JP2019117167A - 光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリルアン散乱光の戻りを待つことなく、ポンプ光を被測定光ファイバに入射させて被測定光ファイバの特性を測定することが可能な特性測定装置等を提供する。【解決手段】光ファイバ特性測定装置１は、周波数変調された連続光Ｌ１を出力する光源部１１と、連続光Ｌ１をポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐する第１光分岐部１２と、ポンプ光ＬＰを被測定光ファイバＦＵＴの一端から入射させ、被測定光ファイバＦＵＴ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光ＬＳを出力する第２光分岐部１５と、後方散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光を検出する検出部１７と、検出部１７から出力される検出信号を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する測定部（取得部１８、演算部１９）と、光源部１１を制御して、連続光Ｌ１の変調周波数を、その変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更する制御部２０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被測定対象である光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光に基づいて光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関する。

光伝送媒体の１つである光ファイバ中に光を入射させることによって発生するブリルアン散乱は、その光ファイバに加わる歪みや光ファイバの温度によって変化する。このブリルアン散乱に起因する光の周波数シフト量を測定することで、光ファイバの長さ方向の歪み分布や温度分布を測定する方法が知られている。例えば、橋、ビル等の構造物に光ファイバを張り巡らせ、上記の方法に基づいてこの光ファイバの歪み箇所を特定することで、これらの構造物に生じた歪みを検知することができる。このような測定方法として、いわゆるＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式及びＢＯＣＤＲ（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）方式等が知られている。

ＢＯＴＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバの一端から光パルスを入射させることによって得られるブリルアン散乱の後方散乱光（ブリルアン散乱光）を検出して、ブリルアン散乱光の入射光に対する周波数シフト量（以下、ブリルアン周波数シフト量と称する）及びブリルアン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定する。このブリルアン散乱光は、被測定光ファイバの歪みや温度に依存して速度が変化する音響波によってドップラー効果を受けるため、入射光とは異なる周波数にシフトする。上記のブリルアン周波数シフト量を測定することで、被測定光ファイバの歪みの大きさや温度を測定することができ、更に、ブリルアン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定することで、被測定光ファイバの長さ方向における位置を特定することができる。

ＢＯＣＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバの一端から周波数変調された連続光であるポンプ光を入射させることによって得られるブリルアン散乱光を検出してブリルアン周波数シフト量を測定する。以下の特許文献１及び非特許文献１に記載されている通り、このＢＯＣＤＲ方式の測定方法においては、ブリルアン散乱光と参照光とを干渉させることにより、被測定光ファイバ中において「相関ピーク」が現れる特定の位置におけるブリルアン散乱光を選択的に抽出する。例えば、正弦波周波数変調が与えられた連続光を被測定光ファイバ内に入射させる場合、被測定光ファイバ内における相関ピークの間隔は、正弦波周波数変調の変調周波数に反比例する。更に、連続光の変調周波数を掃引することで、被測定光ファイバの長さ方向に沿って相関ピークを移動させることができる。相関ピークを移動させつつ各相関ピーク点におけるブリルアン周波数シフト量を求めることにより、被測定光ファイバの長さ方向における歪み分布や温度分布を測定することができる。

上記のＢＯＣＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバ中の数ｃｍ程度の狭い領域でのブリルアン散乱光を、被測定光ファイバの長さ方向における特定の位置に対応した干渉出力として選択的に出力することができる。また、光パルスではなく連続光を被測定光ファイバに入射させるため、被測定光ファイバ内で生じる後方散乱光の信号強度が高く、測定値の積分処理が不要であるため、測定時間を短縮することができる。このＢＯＣＤＲ方式の測定方法における空間分解能及び測定時間は、光パルスを被測定光ファイバに入射させるＢＯＴＤＲ方式の測定方法における空間分解能（通常、１ｍ以上）や、測定時間（数分〜数十分）よりも優れている。

ここで、上記のＢＯＣＤＲ方式の測定方法において、被測定光ファイバの長さが上述の相関ピークの間隔よりも長くなる場合には、被測定光ファイバ中に複数の相関ピークが現れることになる。このような場合には、複数の相関ピークのうちの１つを選択し、選択した相関ピークが現れる位置におけるブリルアン散乱光のみが抽出され、他の相関ピークが現れる位置におけるブリルアン散乱光が抽出されないようにして、クロストークを避ける必要がある。このような相関ピークを選択する手法として、時間ゲート法と呼ばれる手法がある。この手法は、正弦波周波数変調が与えられた連続光をパルス状に整形して被測定光ファイバに入射させ、ブリルアン散乱光の受光タイミングを調整することで、被測定光ファイバの任意の相関ピークを選択する手法である。尚、時間ゲート法の詳細については、例えば以下の非特許文献１を参照されたい。

特許第５１０５３０２号公報

Yosuke Mizuno et al.，"Measurement range enlargement in Brillouin optical correlation-domain reflectometry based on temporal gating scheme"，Optics Express Vo.17，No.11，p.9040-9046

ところで、従来の時間ゲート法は、上述の通り、正弦波周波数変調が与えられた連続光をパルス状に整形したもの（以下、変調パルス光という）を被測定光ファイバに入射させ、ブリルアン散乱光の受光タイミングを調整することで、被測定光ファイバの任意の相関ピークを選択するものである。このため、従来の時間ゲート法では、被測定ファイバの一端から変調パルス光が入射されてから、その変調パルス光が被測定光ファイバの他端に到達することによって得られるブリルアン散乱光（被測定光ファイバの他端におけるブリルアン散乱光）が被測定光ファイバの一端に戻ってくるまでは、次の変調パルス光を被測定光ファイバに入射させることができない。

図９は、従来の時間ゲート法の問題点を説明するための図である。この図９では、横軸に時間をとり、縦軸に被測定光ファイバの一端からの距離をとってある。ここでは、被測定光ファイバの一端（距離が０である位置）からの距離がｄ１００，ｄ２００である位置に相関ピークが現れるものとする。図９では、被測定光ファイバに入射される変調パルス光Ｐ１００，Ｐ２００、被測定光ファイバの一端から射出されるブリルアン散乱光ＬＳ１００、及び参照光ＬＲ１００を図示している。

変調パルス光Ｐ１００は、時刻ｔ１００で被測定光ファイバに入射される１番目のパルス光であり、変調パルス光Ｐ２００は、時刻ｔ２００で被測定光ファイバに入射される２番目のパルス光である。尚、変調パルス光Ｐ１００，Ｐ２００及びブリルアン散乱光ＬＳ１００については、図示の都合上、紙面右方向に光強度をとってある。また、図９では、理解を容易にするために、変調パルス光Ｐ１００，Ｐ２００、ブリルアン散乱光ＬＳ１００、及び参照光ＬＲ１００については、正弦波周波数変調に用いられる変調信号ｍ１００を併せて図示している。尚、変調パルス光Ｐ１００，Ｐ２００及び参照光ＬＲ１００の変調には、同じ変調信号ｍ１００（変調周波数ｆｍ、変調振幅Δｆｍ）が用いられる。変調パルス光Ｐ１００，Ｐ２００のパルス幅は、変調信号ｍ１００の変調周期の１周期又は半周期に設定される。図９では、変調信号ｍ１００の変調周期の半周期に設定された例を示している。

図９に示す通り、変調パルス光Ｐ１００が被測定光ファイバに入射されることによって、被測定光ファイバの一端からの距離がｄ２００である位置におけるブリルアン散乱光が得られる。また、変調パルス光Ｐ２００が被測定光ファイバに入射されることによって、被測定光ファイバの一端からの距離がｄ１００である位置におけるブリルアン散乱光が得られる。図９に示す例では、これらのブリルアン散乱光が全く同じタイミング（時刻ｔ３００）で被測定光ファイバの一端から射出されて、参照光ＬＲ１００と干渉する。このとき、被測定光ファイバの一端からの距離がｄ１００である位置での歪み（或いは、温度）と、被測定光ファイバの一端からの距離がｄ２００である位置での歪み（或いは、温度）とを個別に測定することはできない。

このように、従来の時間ゲート法では、被測定ファイバの一端から変調パルス光（例えば、変調パルス光Ｐ１００）を入射させてから、被測定光ファイバの他端におけるブリルアン散乱光（例えば、距離ｄ２００におけるブリルアン散乱光ＬＳ１００）が被測定光ファイバの一端に戻ってくるまでの間に、次の変調パルス光（例えば、変調パルス光Ｐ２００）を被測定光ファイバに入射させてしまうと、被測定光ファイバの特性を測定することができない場合がある。このため、従来の時間ゲート法では、被測定光ファイバの他端におけるブリルアン散乱光が被測定光ファイバの一端に戻ってきてから、次の変調パルス光を被測定光ファイバに入射させなければならない。従って、従来の時間ゲート法を用いるＢＯＣＤＲ方式の測定方法では、被測定光ファイバの長さが長くなるにつれて測定に要する時間が長くなるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被測定光ファイバにポンプ光を入射させることによって得られるブリルアン散乱光の戻りを待つことなく、ポンプ光を被測定光ファイバに入射させて被測定光ファイバの特性を測定することができ、これにより測定に要する時間を短縮することが可能な光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光ファイバ特性測定装置は、周波数変調された連続光（Ｌ１）を出力する光源部（１１）と、前記連続光をポンプ光（ＬＰ）と参照光（ＬＲ）とに分岐する第１光分岐部（１２）と、前記ポンプ光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）の一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光（ＬＳ）を出力する第２光分岐部（１５）と、前記後方散乱光と前記参照光との干渉光を検出する検出部（１７）と、前記検出部から出力される検出信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部（１８、１９）と、前記光源部を制御して、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更する制御部（２０）と、を備える
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記光源部を制御して、前記変調周波数とともに前記連続光の変調振幅を変更する。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記被測定光ファイバの長手方向における空間分解能が前記単位毎に一定となるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する。
或いは、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記被測定光ファイバの長手方向における空間分解能が前記単位毎に互いに異なるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記変調周波数と、前記変調周波数と前記変調振幅との組み合わせとが前記単位毎に互いに異なるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部の制御の下で、前記第１光分岐部と前記第２光分岐部との間の光路を切断状態又は導通状態にする光ゲート部（１４）を更に備える。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部は、前記光ゲート部を制御して、前記ポンプ光を前記変調周期の１周期又は半周期のパルス幅を有するパルス状の光（Ｐ）に整形する。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部は、前記第１光分岐部と前記第２光分岐部との間の光路が切断状態である場合に、前記後方散乱光の戻り時間を考慮して前記光源部を制御し、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更することによって前記後方散乱光に干渉させる前記参照光を得る。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記ポンプ光を前記パルス状の光に整形する場合における前記変調周波数の変更順と、前記参照光を得る場合における前記変調周波数の変更順とを異ならせる。
或いは、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記制御部が、前記ポンプ光を前記パルス状の光に整形する場合における前記変調周波数の変更順及び変更タイミングと、前記参照光を得る場合における前記変調周波数の変更順及び変更タイミングとをそれぞれ同じにする。
本発明の光ファイバ特性測定方法は、光源部（１１）から出力される周波数変調された連続光（Ｌ１）の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更するステップ（Ｓ１２）と、前記変調周波数が変更された光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）の一端から入射させて得られる前記被測定光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光（ＬＳ）と、前記変調周期の１周期又は半周期を単位として周波数変調された参照光（ＬＲ）との干渉光を検出するステップ（Ｓ１９）と、前記干渉光の検出結果を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定するステップ（Ｓ２０）と、を有する。
また、本発明の光ファイバ特性測定方法は、前記後方散乱光の戻り時間を考慮して、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更して前記参照光を得るステップ（Ｓ１６〜Ｓ１８）を有する。
本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記変調周波数が変更された前記連続光を、前記変調周期の１周期又は半周期のパルス幅を有し、前記被測定光ファイバの一端から入射させるパルス状の光に整形するステップ（Ｓ１３）を有する。

本発明によれば、被測定光ファイバにポンプ光を入射させることによって得られるブリルアン散乱光の戻りを待つことなく、ポンプ光を被測定光ファイバに入射させて被測定光ファイバの特性を測定することができるという効果がある。これにより、測定に要する時間を短縮することが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の測定原理を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の一動作例を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の光路長を示す図である。 本発明の一実施形態において、被測定光ファイバの測定点まで距離と、参照光及び後方散乱光が検出部に到達するのに要する時間の差との関係を示す図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の他の動作例を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の他の動作例を説明するための図である。 従来の時間ゲート法の問題点を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法について詳細に説明する。

〈光ファイバ特性測定装置の構成〉
図１は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、光源部１１、第１光分岐部１２、光遅延部１３、光ゲート部１４、第２光分岐部１５、合波部１６、検出部１７、取得部１８（測定部）、演算部１９（測定部）、及び制御部２０を備える。本実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、被測定光ファイバＦＵＴに変調パルス光Ｐ（周波数変調が与えられた連続光としてのポンプ光ＬＰをパルス状に整形したもの）を入射させて得られる後方散乱光（被測定光ファイバＦＵＴ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光）に基づいて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する、いわゆるＢＯＣＤＲ方式の測定装置である。尚、被測定光ファイバＦＵＴは、変調パルス光Ｐの波長等に応じて任意のものを用いることができる。また、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴには複数の相関ピークが存在するものとする。

光源部１１は、光源１１ａと変調部１１ｂとを備えており、制御部２０の制御の下で周波数変調された連続光Ｌ１を出力する。光源１１ａは、例えば分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ：Distributed Feed-Back Laser Diode）等の半導体レーザ素子を備えており、変調部１１ｂから出力される変調信号ｍ１に応じて周波数変調された連続光Ｌ１を出力する。変調部１１ｂは、制御部２０の制御の下で、光源１１ａから出力される連続光Ｌ１を周波数変調するための変調信号ｍ１を出力する。この変調信号ｍ１は、例えば正弦波状の信号であり、その周波数（変調周波数ｆｍ）及び振幅（変調振幅Δｆｍ）が制御部２０によって制御される。以下、制御部２０によって制御される変調周波数ｆｍ及び変調振幅Δｆｍを「変調パラメータ」ということもある。

第１光分岐部１２は、光源部１１から入力された連続光Ｌ１を、予め規定された強度比（例えば、１対１）のポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐する。光遅延部１３は、第１光分岐部１２で分岐されたポンプ光ＬＰを所定の時間だけ遅延させる。光遅延部１３は、例えば、所定の長さの光ファイバを含む。光ファイバの長さを変更することで、遅延時間を調節することができる。このような光遅延部１３を設けるのは、変調周波数ｆｍの掃引を行っても現れる位置が移動しない０次相関ピークを被測定光ファイバＦＵＴの外部に配置しつつ、一度に多くの変調パルス光Ｐを被測定光ファイバＦＵＴに入射可能とするためである。

光ゲート部１４は、ポンプ光ＬＰの強度を増減させることで、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路（正確には、光遅延部１３と第２光分岐部１５との間の光路）を切断状態又は導通状態にする。ここで、切断状態とは、ポンプ光ＬＰの強度を減少させ、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路が実質的に切断された状態にあることを意味し、導通状態とは、ポンプ光ＬＰの強度を増加させ、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路が実質的に接続された状態にあることを意味する。光ゲート部１４の切断・導通状態は、制御部２０によって制御される。このような光ゲート部１４を設けるのは、ポンプ光ＬＰをパルス状に整形して、時間ゲート法で用いる変調パルス光Ｐを得るためである。また、変調パルス光Ｐとは別に生成される参照光ＬＲが、変調パルス光Ｐとして被測定光ファイバＦＵＴに入射するのを防止するためである。

第２光分岐部１５は、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを備える。第１ポートは、光ゲート部１４と接続される。第２ポートは、光コネクタＣＮを介して被測定光ファイバＦＵＴと接続される。尚、光コネクタＣＮは、第２光分岐部１５の第２ポートから伸びる経路と被測定光ファイバＦＵＴとを結ぶコネクタである。第３ポートは、合波部１６と接続される。第２光分岐部１５は、第１ポートから入力される変調パルス光Ｐを第２ポートに出力する。また、第２ポートから入力される被測定光ファイバＦＵＴからの後方散乱光ＬＳを第３ポートに出力する。このような第２光分岐部１５としては、例えば光サーキュレータを用いることができる。

合波部１６は、第２光分岐部１５の第３ポートから出力される被測定光ファイバＦＵＴからの後方散乱光ＬＳと、第１光分岐部１２から出力される参照光ＬＲとを合波する。また、合波部１６は、合波した光を予め規定された強度比（例えば、１対１）の２つの光に分岐して検出部１７に出力する。合波部１６によって分岐された２つの光の各々は、例えば被測定光ファイバＦＵＴからの後方散乱光の５０％と参照光の５０％とを含む。

検出部１７は、合波部１６から出力される２つの光に含まれる後方散乱光ＬＳと、参照光ＬＲとを干渉させることによって光ヘテロダイン検波を行う。検出部１７は、例えば、２つのフォトダイオード（ＰＤ: Photo Diode）を直列接続してなるバランスド・フォトダイオードを備えており、合波部１６から出力される２つの光を２つのフォトダイオードによってそれぞれ受光する。検出部１７からは、後方散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの周波数差分を示す干渉信号（ビート信号：検出信号）が出力される。

取得部１８は、検出部１７から出力される電気的なビート信号を取得し、取得したビート信号の周波数特性を測定する。取得部１８は、例えば、スペクラムアナライザ等を含んでよい。或いは、取得部１８は、オシロスコープ等の時間軸測定器で時間的に連続なデータを取得した後、別途、高速フーリエ変換等の技術を用いてスペクトルデータに変換するものであっても良い。

演算部１９は、取得部１８で測定したスペクトルデータからブリルアン周波数シフト量を演算する。この演算部１９は、演算により得られたブリルアン周波数シフト量を、歪みや温度等の物理情報として表示する表示部を含んでよい。また、被測定光ファイバＦＵＴの歪みや温度等の情報を、その測定対象である物体の状態を意味する情報に解釈して表示部に表示してもよい。表示部は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置等である。尚、演算部１９は、演算が終了した場合に、その演算結果や演算が終了した旨を制御部２０に出力する。

制御部２０は、演算部１９の演算結果等を参照しつつ、光ファイバ特性測定装置１の動作を統括して制御する。例えば、制御部２０は、光源部１１を制御して、光源部１１から出力される連続光Ｌ１の変調周波数を変更する。具体的に、制御部２０は、光源部１１から出力される連続光Ｌ１の変調周波数を、その変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更する。尚、本実施形態では、制御部２０が、変調周期の半周期を単位として連続光Ｌ１の変調周波数を変更する場合を例に挙げて説明する。詳細は後述するが、このような変更を行うのは、被測定光ファイバＦＵＴに変調パルス光Ｐを入射させることによって得られる後方散乱光ＬＳの戻りを待つことなく、次の変調パルス光Ｐを被測定光ファイバＦＵＴに入射させて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定可能にするためである。ここで、上記の変調パルス光Ｐは、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の半周期をパルス幅とするパルス状の光である。このような変調パルス光Ｐを被測定光ファイバＦＵＴに入射して得られる後方散乱光ＬＳは、変調周期の半周期を単位として周波数が異なり、且つ変調周期の半周期をパルス幅とするパルス状の光となる。

また、制御部２０は、光源部１１を制御して、光源部１１から出力される連続光Ｌ１の変調周波数とともに変調振幅を変更する。このような変更を行うのは、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向における空間分解能Δｚが上記の単位毎に一定となるようにするためである。ここで、空間分解能Δｚは、変調信号ｍ１の変調周波数と変調振幅との積に反比例する。このため、制御部２０は、変更後の変調周波数と変調振幅との積が、変更前の変調周波数と変調振幅との積に等しくなるように、変更後の変調周波数に応じて変調振幅を変更する制御を行うことで、空間分解能Δｚを一定にする。

ここで、空間分解能Δｚを一定にする変調パラメータ（変調周波数ｆｍ、変調振幅Δｆｍ）の組み合わせは複数存在する。このため、空間分解能Δｚを一定にする変調パラメータの組み合わせを、予め制御部２０に複数用意しておき、制御部２０が、この組み合わせの中から上記の単位毎に１つを選択するようにするのが良い。尚、予め制御部２０に用意される複数の組み合わせは、変調周波数が互いに異なっていることが望ましい。また、制御部２０は、変調パルス光Ｐを生成する場合に、一度選択した変調パラメータを選択肢から外すようにしても良い。このようにすることで、変調周波数と、変調周波数と変調振幅との組み合わせとを上述した単位毎に互いに異ならせることができる。尚、変調パラメータの組み合わせは、例えばテーブル形式で用意されていても良い。

また、制御部２０は、光ゲート部１４を制御して、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路を切断状態又は導通状態にする。制御部２０は、被測定光ファイバＦＵＴに入射させる変調パルス光Ｐを生成する場合には、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路が、切断状態から導通状態になった後に再び切断状態になるよう光ゲート部１４を制御してポンプ光ＬＰをパルス状に整形する。ここで、制御部２０は、変調パルス光Ｐのパルス幅が、変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期となるように光ゲート部１４を制御する。尚、本実施形態では、制御部２０が、変調パルス光Ｐのパルス幅が、変調周期の半周期となるように光ゲート部１４を制御する場合を例に挙げて説明する。

また、制御部２０は、後方散乱光ＬＳと干渉させるための参照光ＬＲを生成する場合には、光ゲート部１４を制御して、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路を切断状態にする。そして、制御部２０は、後方散乱光ＬＳの戻り時間を考慮して光源部１１を制御し、連続光Ｌ１の変調周波数を、その変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更することによって参照光ＬＲを生成する。尚、本実施形態では、制御部２０が、参照光ＬＲを生成する場合には、変調周期の１周期を単位として変調周波数を変更する場合を例に挙げて説明する。

〈光ファイバ特性測定装置の測定原理〉
図２は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の測定原理を説明するための図である。この図２では、横軸に時間をとり、縦軸に被測定光ファイバＦＵＴの一端からの距離をとってある。ここでは、被測定光ファイバの一端（距離が０である位置）からの距離がｄ１，ｄ２である位置に相関ピークが現れるものとする。図２では、被測定光ファイバＦＵＴに入射される変調パルス光Ｐ１，Ｐ２、被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出される後方散乱光ＬＳ１，ＬＳ２、及び参照光ＬＲ１を図示している。

変調パルス光Ｐ１は、時刻ｔ１で被測定光ファイバに入射される１番目のパルス光であり、変調パルス光Ｐ２は、時刻ｔ２で被測定光ファイバに入射される２番目のパルス光である。後方散乱光ＬＳ１は、測定光ファイバの一端からの距離がｄ２である位置に変調パルス光Ｐ１が到達することによって得られるブリルアン散乱光であり、後方散乱光ＬＳ２は、測定光ファイバの一端からの距離がｄ１である位置に変調パルス光Ｐ２が到達することによって得られるブリルアン散乱光である。

尚、変調パルス光Ｐ１，Ｐ２及び後方散乱光ＬＳ１，ＬＳ２については、図示の都合上、紙面右方向に光強度をとってある。また、図２では、理解を容易にするために、変調パルス光Ｐ１，Ｐ２、後方散乱光ＬＳ１，ＬＳ２、及び参照光ＬＲ１については、周波数変調に用いられる変調信号ｍ１を併せて図示している。変調パルス光Ｐ１は、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調されており、変調パルス光Ｐ２は、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調されている。尚、変調周波数ｆ２と変調振幅Δｆ２との積は、変調周波数ｆ１と変調振幅Δｆ１との積と等しい。また、変調パルス光Ｐ１のパルス幅は、変調周波数ｆ１に応じた変調周期の半周期に設定されており、変調パルス光Ｐ２のパルス幅は、変調周波数ｆ２に応じた変調周期の半周期に設定されている。

図２に示す通り、時刻ｔ１で被測定光ファイバＦＵＴに入射された変調パルス光Ｐ１が、被測定光ファイバＦＵＴの一端からの距離がｄ２である位置に到達すると、後方散乱光ＬＳ１が得られる。また、時刻ｔ２で被測定光ファイバＦＵＴに入射された変調パルス光Ｐ２が、被測定光ファイバＦＵＴの一端からの距離がｄ１である位置に到達すると、後方散乱光ＬＳ２が得られる。図２に示す例では、後方散乱光ＬＳ１，ＬＳ２は、全く同じタイミング（時刻ｔ３）で被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出されて受光される。

従来の時間ゲート法では、図９を用いて説明した通り、異なる位置で得られた後方散乱光（ブリルアン散乱光）が同じタイミングで受光されると、各々を個別に測定することはできなかった。これに対し、本実施形態では、互いに異なる変調パラメータで周波数変調された変調パルス光Ｐ１，Ｐ２を被測定光ファイバＦＵＴに入射させている。このため、変調パルス光Ｐ１によって得られる後方散乱光ＬＳ１と、変調パルス光Ｐ２によって得られる後方散乱光Ｓ２とが、図２に示す通り、重なり合っていたとしても、各々を識別することができる。

図２に示す例では、後方散乱光ＬＳ１，ＬＳ２が重なり合った状態で受光されるタイミング（時刻ｔ３）では、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された参照光ＬＲ１が合波部１６（図１参照）に入力される。このため、このタイミングにおいて、参照光ＬＲ１と強い干渉を生ずるのは、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて変調された変調パルス光Ｐ１によって得られた後方散乱光ＬＳ１のみである。尚、このタイミングにおいて、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて変調された変調パルス光Ｐ２によって得られた後方散乱光ＬＳ２は、参照光ＬＲ１と干渉しても、変調周波数ｆ１と変調周波数ｆ２との周波数差によるビート成分が生ずるため、平均すると信号強度は低くなる。

このような原理によって、変調パルス光Ｐ１により得られる後方散乱光ＬＳ１の戻りを待つことなく、次の変調パルス光Ｐ２を被測定光ファイバＦＵＴに入射させても、被測定光ファイバＦＵＴに現れる複数の相関ピークの中から１つの相関ピークを選択することができる。このため、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴに変調パルス光Ｐ１を入射させることによって得られる後方散乱光ＬＳ１の戻りを待つことなく、次の変調パルス光Ｐ２を被測定光ファイバＦＵＴに入射させて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定することが可能である。尚、後方散乱光ＬＳ２を選択したい場合には、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された参照光ＬＲ１と干渉させればよい。

〈光ファイバ特性測定装置の動作〉
図３は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作例を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートは、例えば光ファイバ特性測定装置１に対して測定開始の指示がなされることによって開始され、被測定光ファイバＦＵＴの測定条件によっては一定の周期で繰り返されることもある。

図４は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の一動作例を説明するための図である。尚、図４は、図２と同様の図である。但し、図４の縦軸は図２とは異ならせてあり、距離がｄ１１，ｄ１２，ｄ１３である位置に相関ピークが現れるものとする。尚、図４では、距離がｄ１１である位置に被測定光ファイバの一端が配置されているとする。図４では、被測定光ファイバＦＵＴに入射される変調パルス光Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出される後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３、及び参照光ＬＲ２を図示している。尚、変調パルス光Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３、及び変調信号ｍ１の表記については、図２と同様である。

図３に示すフローチャートの処理が開始されると、まず光ファイバ特性測定装置１の制御部２０において、変調パラメータを選択する処理が行われる（ステップＳ１１）。例えば、空間分解能Δｚを一定にする変調パラメータの組み合わせが制御部２０に予め複数用意されている場合には、それらの中から１つの組み合わせを選択する処理が行われる。ここでは、変調周波数がｆ１であり、変調振幅がΔｆ１である変調パラメータの組み合わせが選択されたとする。

次に、選択された変調パラメータに基づいて、光源部１１から射出される連続光Ｌ１の変調周波数及び変調振幅を変更する処理が制御部２０によって行われる（ステップＳ１２）。具体的には、光源部１１に設けられた変調部１１ｂが制御部２０によって制御され、変調部１１ｂから出力される変調信号ｍ１の周波数を変調周波数ｆ１に設定するとともに、変調信号ｍ１の振幅を変調振幅Δｆ１に設定する処理が行われる。このような変調信号ｍ１が光源１１ａに入力されると、光源１１ａからは変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１で周波数変調された連続光Ｌ１が射出される。

光源１１ａから射出された連続光Ｌ１は、第１光分岐部１２に入射してポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐される。分岐されたポンプ光ＬＰは、光遅延部１３を介した後に、光ゲート部１４に入射する。すると、制御部２０によって光ゲート部１４が制御され、ポンプ光ＬＰをパルス状に整形して変調パルス光Ｐを生成する処理が行われる（ステップＳ１３）。尚、生成された変調パルス光Ｐのパルス幅は、変調周波数ｆ１に応じた変調周期の半周期である。

光ゲート部１４によって生成された変調パルス光Ｐは、第２光分岐部１５及び光コネクタＣＮを順に介し、変調パルス光Ｐ１１として被測定光ファイバＦＵＴに入射する。その後、変調パルス光Ｐ１１は、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播していく（図４参照）。尚、第１光分岐部１２で分岐された参照光ＬＲは合波部１６に入射するものの、後方散乱光ＬＳの測定には寄与しない。

次いで、被測定光ファイバＦＵＴの測定に用いる変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了したか否かが制御部２０で判断される（ステップＳ１４）。変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了していないと判断された場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、制御部２０において、再び変調パラメータを選択する処理が行われる（ステップＳ１１）。ここでは、変調周波数がｆ２であり、変調振幅がΔｆ２である変調パラメータの組み合わせが選択されたとする。

変調パラメータの選択が行われると、先ほどと同様に、光源部１１から射出される連続光Ｌ１の変調周波数及び変調振幅を変更する処理（ステップＳ１２）、及び第１光分岐部１２で分岐されたポンプ光ＬＰをパルス状に整形して変調パルス光Ｐを生成する処理が行われる（ステップＳ１３）。これにより、変調周波数ｆ２で変調され、変調周波数ｆ２に応じた変調周期の半周期であるパルス幅を有する変調パルス光Ｐが生成される。生成された変調パルス光Ｐは、第２光分岐部１５及び光コネクタＣＮを順に介し、変調パルス光Ｐ１２として被測定光ファイバＦＵＴに入射する。その後、変調パルス光Ｐ１２は、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播していく（図４参照）。

続いて、被測定光ファイバＦＵＴの測定に用いる変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了したか否かが制御部２０で判断される（ステップＳ１４）。再び変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了していないと判断された場合（判断結果が「ＮＯ」の場合）には、制御部２０において、再び変調パラメータを選択する処理が行われる（ステップＳ１１）。ここでは、変調周波数がｆ３であり、変調振幅がΔｆ３である変調パラメータの組み合わせが選択されたとする。

変調パラメータの選択が行われると、先ほどと同様に、光源部１１から射出される連続光Ｌ１の変調周波数及び変調振幅を変更する処理（ステップＳ１２）、及び第１光分岐部１２で分岐されたポンプ光ＬＰをパルス状に整形して変調パルス光Ｐを生成する処理が行われる（ステップＳ１３）。これにより、変調周波数ｆ３で変調され、変調周波数ｆ３に応じた変調周期の半周期であるパルス幅を有する変調パルス光Ｐが生成される。生成された変調パルス光Ｐは、第２光分岐部１５及び光コネクタＣＮを順に介し、変調パルス光Ｐ１３として被測定光ファイバＦＵＴに入射する。その後、変調パルス光Ｐ１３は、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播していく（図４参照）。

続いて、被測定光ファイバＦＵＴの測定に用いる変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了したか否かが制御部２０で判断される（ステップＳ１４）。ここで、変調パルス光Ｐの生成及び送出が完了したと判断されたとする。すると、ステップＳ１４の判断結果が「ＹＥＳ」になり、制御部２０によって光ゲート部１４が制御され、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路が切断状態にされる（ステップＳ１５）。

その後、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３の戻り時間（例えば、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３が合波部１６に到達する時間）を算出する処理が制御部２０で行われる（ステップＳ１６）。ここで、被測定光ファイバＦＵＴ内に現れる相関ピークの位置（図４中の距離がｄ１１，ｄ１２，ｄ１３である位置）は既知である。また、変調パルス光Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が送出された時間（或いは、被測定光ファイバＦＵＴに入射した時間）も既知である。このため、制御部２０は、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３の戻り時間（時刻ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６）を算出することができる。

続いて、算出した戻り時間に基づいて、連続光Ｌ１の周波数変調のタイミングを調整する処理が制御部２０によって行われる（ステップＳ１７）。変調パルス光Ｐ１１によって得られる後方散乱光ＬＳ１１を検出するためには、その後方散乱光ＬＳ１１が合波部１６に入射するタイミングで、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入力される必要がある。また、変調パルス光Ｐ１２によって得られる後方散乱光ＬＳ１２を検出するためには、その後方散乱光ＬＳ１２が合波部１６に入射するタイミングで、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入力される必要がある。

同様に、変調パルス光Ｐ１３によって得られる後方散乱光ＬＳ１３を検出するためには、その後方散乱光ＬＳ１３が合波部１６に入射するタイミングで、変調パラメータ（変調周波数ｆ３、変調振幅Δｆ３）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入力される必要がある。このため、各々の変調パラメータで変調された参照光ＬＲ２が、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３が合波部１６に入射するタイミングと同じタイミングで合波部１６に入射するように、連続光Ｌ１の周波数変調のタイミングを調整する処理が行われる。

以上のタイミング調整が完了すると、調整後のタイミングで連続光Ｌ１を周波数変調して参照光ＬＲ２を生成する処理が制御部２０の制御の下で行われる（ステップＳ１８）。具体的には、光源部１１に設けられた変調部１１ｂが制御部２０によって制御され、ステップＳ１７で調整されたタイミングで、変調部１１ｂから出力される変調信号ｍ１の周波数が変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３に順次設定されるとともに、変調信号ｍ１の振幅が変調振幅Δｆ１，Δｆ２，Δｆ３に順次設定される。このような設定が行われると、光源１１ａからは変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３で順次周波数変調された連続光Ｌ１が射出される。

光源１１ａから射出された連続光Ｌ１は、第１光分岐部１２に入射してポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐される。分岐された参照光ＬＲは、合波部１６に入力され、第２光分岐部１５から出力される後方散乱光ＬＳと合波され、その干渉光が検出部１７で検出される（ステップＳ１９）。ここで、図４に示す通り、後方散乱光ＬＳ１１が合波部１６に入射するタイミング（時刻ｔ１４）で、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入射する。このため、後方散乱光ＬＳ１１と参照光ＬＲ２とが強い干渉を生ずる。

また、後方散乱光ＬＳ１２が合波部１６に入射するタイミング（時刻ｔ１５）で、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入射する。このため、後方散乱光ＬＳ１２と参照光ＬＲ２とが強い干渉を生ずる。また、後方散乱光ＬＳ１３が合波部１６に入射するタイミング（時刻ｔ１６）で、変調パラメータ（変調周波数ｆ３、変調振幅Δｆ３）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が合波部１６に入射する。このため、後方散乱光ＬＳ１３と参照光ＬＲ２とが強い干渉を生ずる。

後方散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光が検出部１７で検出されると、検出部１７から出力される検出信号（後方散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの周波数差分を示すビート信号）を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性が測定される（ステップＳ２０）。具体的に、検出部１７から出力される検出信号が取得部１８によって取得されて、その周波数特性が測定される。そして、演算部１９において、取得部１８で測定されたスペクトルデータからブリルアン周波数シフト量が演算される。尚、演算により得られたブリルアン周波数シフト量は、例えば演算部１９に設けられた不図示の表示部に表示される。以上の処理が終了すると、その旨を示す信号が演算部１９から制御部２０に出力される。以上にて、図３に示す一連の処理が終了する。

〈数値例〉
次に、数値例を挙げて、より具体的に説明する。図５は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の光路長を示す図である。尚、図５においては、光源部１１、第１光分岐部１２、光ゲート部１４、第２光分岐部１５、検出部１７、及び被測定光ファイバＦＵＴのみを図示しており、図１に示す他の構成については図示を省略している。

図５に示す通り、光源部１１と第１光分岐部１２との間の光路長をＰＬ０とし、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路長をＰＬ１とし、第２光分岐部１５と検出部１７との間の光路長をＰＬ２とし、第１光分岐部１２と検出部１７との間の光路長をＰＬ３とする。また、第２光分岐部１５から測定点までの片道の光路長をＬＦとする。尚、ここでは、説明を簡単にするために、光路長ＬＦが０となる位置に、被測定光ファイバＦＵＴの一端が配置されているものとする。つまり、光路長ＬＦは、被測定光ファイバＦＵＴの一端から測定点までの片道の光路長であるとする。

光路長ＬＦが０である場合のポンプ光ＬＰの光路（ポンプ光ＬＰより得られる後方散乱光ＬＳの光路を含む）と参照光ＬＲの光路との光路長差をＤとすると、Ｄ＝（ＰＬ１＋ＰＬ２）−ＰＬ３なる式で表される。尚、参照光ＬＲの光路長が、ポンプ光ＬＰの光路長よりも長い場合には、光路長差Ｄの符号を反転してＤ＞０にする。光路長ＬＦが０以外のときを含めたポンプ光ＬＰの光路と参照光ＬＲの光路との光路長差は、Ｄ＋２×ＬＦなる式で表される。

ここで、上記の光路長差Ｄを５００［ｍ］、光ファイバ中の光速Ｖを２×１０^８［ｍ／ｓ］とする。参照光ＬＲが検出部１７に到達してから、被測定光ファイバＦＵＴの測定点における後方散乱光ＬＳが検出部１７に到達するのに要する時間ｔ_ＬＦは、図６の通りに表される。尚、上記の時間ｔ_ＬＦは、第１光分岐部１２で分岐された参照光ＬＲが検出部１７に到達するのに要する時間と、第１光分岐部１２で参照光ＬＲと同時に分岐されたポンプ光ＬＰに基づく変調パルス光Ｐによって得られる後方散乱光ＬＳが検出部１７に到達するのに要する時間との差（参照光及び後方散乱光が検出部に到達するのに要する時間の差）ということもできる。図６は、本発明の一実施形態において、被測定光ファイバの測定点まで距離と、参照光及び後方散乱光が検出部に到達するのに要する時間の差との関係を示す図である。

例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端から測定点までの距離が０［ｍ］である場合（光路長ＬＦが０［ｍ］である場合）には、参照光ＬＲが検出部１７に到達してから、その測定点（被測定光ファイバＦＵＴの一端付近）で生ずる後方散乱光が検出部１７に到達するのに要する時間ｔ_ＬＦは、は２．５［μｓ］である。また、光路長ＬＦが５００［ｍ］である場合には、時間ｔ_ＬＦは７．５［μｓ］であり、光路長ＬＦが１０００［ｍ］である場合には、時間ｔ_ＬＦは１２．５［μｓ］である。

参照光ＬＲが検出部１７に到達してから、被測定光ファイバＦＵＴの測定点における後方散乱光ＬＳが最も早く検出部１７に到達するのは、光路長ＬＦが０［ｍ］である場合であり、その時間は２．５［μｓ］である。光源部１１の変調部１１ｂから出力される変調信号ｍ１の変調周波数ｆｍが、１０［ＭＨｚ］前後（変調周期１００［ｎｓ］前後）であるとると、この２．５［μｓ］の間に、変調周期の半周期を単位として、変調周波数をおよそ５０回変更することができるため、変調パルス光Ｐをおよそ５０回送出することができる。

ここで、図４中の距離がｄ１１，ｄ１２，ｄ１３である位置を、それぞれ光路長ＬＦが０［ｍ］，５００［ｍ］，１０００［ｍ］である測定点であるとする。すると、変調パルス光Ｐ１１によって得られる後方散乱光ＬＳ１１は、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が検出部１７に到達してから、２．５［μｓ］後に検出部１７に到達する。また、変調パルス光Ｐ１２によって得られる後方散乱光ＬＳ１２は、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された参照光ＬＲ２が検出部１７に到達してから、７．５［μｓ］後に検出部１７に到達する。また、変調パルス光Ｐ１３によって得られる後方散乱光ＬＳ１３は、変調パラメータ（変調周波数ｆ３、変調振幅Δｆ２３にて周波数変調された参照光ＬＲ２が検出部１７に到達してから、１２．５［μｓ］後に検出部１７に到達する。尚、変調パルス光Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３は、検出部１７に後方散乱光（後方散乱光ＬＳ１１）が到達する前に、送出を完了している。

上記の変調周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３を、それぞれ１０．２７［ＭＨｚ］，１０．２０［ＭＨｚ］，１０．１０［ＭＨｚ］とする。各々の変調周波数において、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿う相関ピークの間隔は、およそ１０［ｍ］である。このため、被測定光ファイバＦＵＴ内には複数の相関ピークが現れる。光路長差Ｄが５００［ｍ］である場合に、光路長ＬＦが０［ｍ］，５００［ｍ］，１０００［ｍ］である測定点に現れる相関ピークは、それぞれ５０次，１４９次，２４６次の相関ピークである。図３中のステップＳ１６の処理では、光路長差Ｄ、光路長ＬＦ、及び周波数変調を行うタイミングに基づいて、後方散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３の戻り時間を求めている。

上述した実施形態において、複数の変調パルス光Ｐを送出する場合には、基本的には、相対的に高い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐを先に送出し、相対的に低い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐを後に送出するのが望ましい。このようにすることで、相対的に高い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐによる後方散乱光を被測定光ファイバＦＵＴの一端側で得て、相対的に低い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐによる後方散乱光を被測定光ファイバＦＵＴの他端側で得るようにすることができる。これにより、相対的に高い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐによる後方散乱光と、相対的に低い変調周波数で変調された変調パルス光Ｐによる後方散乱光を被とを時間軸上で離間させることができ、参照光ＬＲを生成する処理（図３中のステップＳ１６〜Ｓ１８の処理）が容易になる。

以上の通り、本実施形態では、光源部１１から出力される連続光Ｌ１の変調周波数を、その変調周波数に応じた変調周期の半周期を単位として変更するようにしている。そして、光ゲート部１４によって第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間の光路を切断状態にして、光源部１１から出力される連続光Ｌ１の変調周波数を、後方散乱光ＬＳの戻り時間を考慮して、その変調周波数に応じた変調周期の１周期を単位として変更することによって後方散乱光ＬＳに干渉させる参照光ＬＲを得るようにしている。このため、被測定光ファイバＦＵＴに変調パルス光Ｐを入射させることによって得られる後方散乱光ＬＳの戻りを待つことなく、次の変調パルス光Ｐを被測定光ファイバＦＵＴに入射させて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定することができる。これにより、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの測定に要する時間を短縮することが可能である。尚、被測定光ファイバＦＵＴの長さが長いほど、被測定光ファイバＦＵＴの測定に要する時間を短縮する効果が大きい。

例えば、図５，図６を用いて説明した通り、光路長差Ｄが５００［ｍ］である場合には、参照光ＬＲが検出部１７に到達してから、被測定光ファイバＦＵＴの測定点における後方散乱光ＬＳが最も早く検出部１７に到達する２．５［μｓ］の間に、変調周波数をおよそ５０回変更することができ、これにより変調パルス光Ｐをおよそ５０回送出することができる。ここで、従来の時間ゲート法では、被測定光ファイバＦＵＴの他端における後方散乱光が被測定光ファイバＦＵＴの一端に戻ってきてから、次の変調パルス光を被測定光ファイバＦＵＴに入射させなければならかった。これに対し、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの他端における後方散乱光が被測定光ファイバＦＵＴの一端に戻って来る前に、複数の変調パルス光（上記の例では、およそ５０個の変調パルス光）を被測定光ファイバＦＵＴに入射させることができることから、従来の時間ゲート法に比べて被測定光ファイバＦＵＴの測定に要する時間を大幅に短縮することができる。

また、被測定光ファイバＦＵＴに対し、変調パルス光Ｐを一度に連続して入射させることが可能な数は光路長差Ｄが長いほど大きくなる。例えば、光路長差Ｄが５００［ｍ］である場合には、上述の通り変調パルス光Ｐをおよそ５０回連続して送出することができ、光路長差Ｄが１０００［ｍ］である場合には、変調パルス光Ｐをおよそ１００回連続して送出することができる。このため、被測定光ファイバＦＵＴに連続して入射させる変調パルス光Ｐの数を増加させるには、光遅延部１３を設けることが有効である。

〈第１変形例〉
上述した実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向における空間分解能Δｚが、周波数変調を行う単位毎に一定となるように、変調パラメータ（変調周波数ｆｍ、変調振幅Δｆｍ）を変更する例について説明した。例えば、図２を用いて説明した通り、変調周波数ｆ２と変調振幅Δｆ２との積が、変調周波数ｆ１と変調振幅Δｆ１との積と等しくなるように変更する例について説明した。しかしながら、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向における空間分解能Δｚが、周波数変調を行う単位毎に互いに異なるように変調パラメータ（変調周波数ｆｍ、変調振幅Δｆｍ）を変更するようにしても良い。例えば、図２中の、変調周波数ｆ２と変調振幅Δｆ２との積が、変調周波数ｆ１と変調振幅Δｆ１との積と異なるように変更しても良い。これらの積を異ならせるためには、例えば変調振幅を一定に保ちながら、変調周波数を変えるようにすれば良い。

〈第２変形例〉
上述した実施形態では、図４に示す通り、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向に並んだ測定点を、一端から他端に向かって順次測定していた。このような測定方法は、所謂シーケンシャル測定と呼ばれる測定方法である。これに対し、本変形例は、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向に並んだ測定点を、任意に変更するものである。このような測定方法は、所謂ランダムアクセス測定と呼ばれる測定方法である。

図７は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の他の動作例を説明するための図である。尚、図７は、図４と同様の図である。図７では、距離がｄ２１，ｄ２２，ｄ２３である位置に相関ピークが現れるものとする。尚、距離の関係は、ｄ２１＜ｄ２２＜ｄ２３である。図７では、被測定光ファイバＦＵＴに入射される変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出される後方散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３、及び参照光ＬＲ３を図示している。尚、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３、後方散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３、及び変調信号ｍ１の表記については、図４と同様である。

図７に示す通り、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ２１、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ２２、及び変調パラメータ（変調周波数ｆ３、変調振幅Δｆ３）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ２３が、時刻ｔ２１，ｔ２２，ｔ２３で順次順次送出されたとする。図７に示す例では、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３が、距離ｄ２１，ｄ２３，ｄ２２である位置に到達することで、それぞれ後方散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３が得られる。

ここで、図７に示す通り、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の送出時において、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２の時間位置は近いが、変調パルス光Ｐ２３の時間位置は、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２の時間位置から大きく離れている。これに対し、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３によって得られる後方散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３の戻り時において、後方散乱光ＬＳ２２，ＬＳ２３の時間位置は近いが、後方散乱光ＬＳ２１の時間位置は、後方散乱光ＬＳ２２，ＬＳ２３の時間位置から大きく離れている。

但し、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の時間軸上の並び順、及び後方散乱光ＬＳ２２，ＬＳ２３の時間軸上の並び順は変わっておらず、しかも、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の周波数変調に用いられる変調パラメータの時間軸上の並びと参照光ＬＲ３の周波数変調に用いられる変調パラメータの時間軸上の並びとは同じである。従って、後方散乱光ＬＳ２２，ＬＳ２３が重ならないように、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２の送出タイミングを調整し、且つ、参照光ＬＲ３を生成する際に、連続光Ｌ１を周波数変調するタイミングを適切に調整することで、ランダムアクセス測定を高速に行うことができる。

尚、図７に示す例では、変調パルス光Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３の周波数変調に用いられる変調パラメータの時間軸上の並び（変調周波数の変更順）と参照光ＬＲ３の周波数変調に用いられる変調パラメータの時間軸上の並び（変調周波数の変更順）とを同じにしている。しかしながら、これら変調パラメータの時間軸上の並びを同じにする必要は必ずしも無く、後方散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３が戻ってくるタイミング次第では、参照光ＬＲ３の周波数変調に用いられる変調パラメータの時間軸上の並びを入れ替えるようにしても良い。

〈第３変形例〉
上述した実施形態では、空間分解能Δｚが一定となるようにして、被測定光ファイバＦＵＴの長手方向に並んだ複数の測定点を測定する例について説明した。これに対し、本変形例は、被測定光ファイバＦＵＴの特定の１つの測定点を、空間分解能Δｚを変えながら測定するものである。

図８は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の他の動作例を説明するための図である。尚、図８は、図７と同様の図である。図８では、距離がｄ３０である位置に相関ピークが現れるものとする。図８では、被測定光ファイバＦＵＴに入射される変調パルス光Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３、被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出される後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３、及び参照光ＬＲ４を図示している。尚、変調パルス光Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３、後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３、及び変調信号ｍ１の表記については、図７と同様である。

図８に示す通り、変調パラメータ（変調周波数ｆ１、変調振幅Δｆ１）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ３１、変調パラメータ（変調周波数ｆ２、変調振幅Δｆ２）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ３２、及び変調パラメータ（変調周波数ｆ３、変調振幅Δｆ３）にて周波数変調された変調パルス光Ｐ３３が、時刻ｔ３１，ｔ３２，ｔ３３で順次順次送出されたとする。尚、変調周波数ｆ１と変調振幅Δｆ１との積、変調周波数ｆ２と変調振幅Δｆ２との積、及び変調周波数ｆ３と変調振幅Δｆ３との積は互いに異なる。図８に示す例では、変調パルス光Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３が、距離ｄ３０である位置に到達することで、それぞれ後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３が得られる。

ここで、制御部２０が光源部１１を制御して、参照光ＬＲ４を得る場合における変調周波数の変更順及び変更タイミングを、変調パルス光Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３を生成する場合における変調周波数の変更順及び変更タイミングと同じにすれば、後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３の各々と強い干渉を生ずる参照光ＬＲ４が生成される。このような参照光ＬＲ４と後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３とを干渉させることで、被測定光ファイバＦＵＴの特定の１つの測定点を、空間分解能Δｚを変えながら測定することができる。

以上の通り、本変形例では、同一の測定点を異なる空間分解能Δｚで測定することができ、その測定点の近傍における歪みや温度を、拡大縮小しながら測定する空間分解能可変測定を実現することができる。このような測定が可能となることで、例えば対象物を最初は粗い空間分解能で測定し、何らかの異常の兆候を見つけたときに、速やかに空間分解能を変更することで、異常の発生箇所を速やかに特定するといった運用が可能になる。

尚、本変形例では、第１光分岐部１２と合波部１６との間に遅延量を変えることのできる可変遅延部を設け、後方散乱光ＬＳ３１，ＬＳ３２，ＬＳ３３の戻り時間を考慮して参照光ＬＲの遅延量を調整するように構成することが可能である。このような構成の場合には、制御部２０の制御によって参照光ＬＲ４を生成する処理（図３中のステップＳ１７，Ｓ１８の処理）を省略することができる。

以上、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第１光分岐部１２で分岐されたポンプ光ＬＰをパルス状に整形して変調パルス光Ｐを生成する例について説明したが、必ずしもポンプ光ＬＰをパルス状に整形する必要はない。例えば、変調周波数が、変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更されたポンプ光ＬＰを、被測定光ファイバＦＵＴにそのまま入射させるようにしても良い。

また、上記実施形態では、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の半周期をパルス幅とする変調パルス光Ｐを生成し、変調周期の１周期を単位として変調周波数が変更された参照光ＬＲを生成する例について説明した。しかしながら、変調パルス光Ｐは、変調周期の１周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の１周期をパルス幅とするものであっても良く、参照光ＬＲは、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更されたものであっても良い。

例えば、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の半周期をパルス幅とする変調パルス光Ｐを生成し、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更された参照光ＬＲを生成しても良い。また、変調周期の１周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の１周期をパルス幅とする変調パルス光Ｐを生成し、変調周期の１周期を単位として変調周波数が変更された参照光ＬＲを生成しても良い。或いは、変調周期の１周期を単位として変調周波数が変更され、且つ変調周期の１周期をパルス幅とする変調パルス光Ｐを生成し、変調周期の半周期を単位として変調周波数が変更された参照光ＬＲを生成しても良い。

また、光遅延部１３は、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５との間以外に、第２光分岐部１５と合波部１６との間、又は第１光分岐部１２と合波部１６との間に設けられていても良い。また、ポンプ光ＬＰを増幅する第１光増幅部を、第１光分岐部１２と第２光分岐部１５の間に備えてもよい。また、後方散乱光ＬＳを増幅する第２光増幅部を、前記第２光分岐部１５と合波部１６の間に備えてもよい。また、参照光ＬＲを増幅する第３光増幅部を、前記第１光分岐部１２と合波部１６の間に備えてもよい。

１１ 光源部
１２ 第１光分岐部
１４ 光ゲート部
１５ 第２光分岐部
１７ 検出部
１８ 取得部
１９ 演算部
２０ 制御部
ＦＵＴ 被測定光ファイバ
ＬＰ ポンプ光
Ｌ１ 連続光
ＬＲ 参照光
ＬＳ 後方散乱光
Ｐ 変調パルス光

Claims (13)

1. 周波数変調された連続光を出力する光源部と、
   前記連続光をポンプ光と参照光とに分岐する第１光分岐部と、
   前記ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光を出力する第２光分岐部と、
   前記後方散乱光と前記参照光との干渉光を検出する検出部と、
   前記検出部から出力される検出信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   前記光源部を制御して、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更する制御部と、
   を備える光ファイバ特性測定装置。
2. 前記制御部は、前記光源部を制御して、前記変調周波数とともに前記連続光の変調振幅を変更する、請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記制御部は、前記被測定光ファイバの長手方向における空間分解能が前記単位毎に一定となるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する、請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記制御部は、前記被測定光ファイバの長手方向における空間分解能が前記単位毎に互いに異なるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する、請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記制御部は、前記変調周波数と、前記変調周波数と前記変調振幅との組み合わせとが前記単位毎に互いに異なるように前記変調周波数及び前記変調振幅を変更する、請求項２から請求項４の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 前記制御部の制御の下で、前記第１光分岐部と前記第２光分岐部との間の光路を切断状態又は導通状態にする光ゲート部を更に備える請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
7. 前記制御部は、前記光ゲート部を制御して、前記ポンプ光を前記変調周期の１周期又は半周期のパルス幅を有するパルス状の光に整形する、請求項６記載の光ファイバ特性測定装置。
8. 前記制御部は、前記第１光分岐部と前記第２光分岐部との間の光路が切断状態である場合に、前記後方散乱光の戻り時間を考慮して前記光源部を制御し、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更することによって前記後方散乱光に干渉させる前記参照光を得る、請求項７記載の光ファイバ特性測定装置。
9. 前記制御部は、前記ポンプ光を前記パルス状の光に整形する場合における前記変調周波数の変更順と、前記参照光を得る場合における前記変調周波数の変更順とを異ならせる、請求項８記載の光ファイバ特性測定装置。
10. 前記制御部は、前記ポンプ光を前記パルス状の光に整形する場合における前記変調周波数の変更順及び変更タイミングと、前記参照光を得る場合における前記変調周波数の変更順及び変更タイミングとをそれぞれ同じにする、請求項８記載の光ファイバ特性測定装置。
11. 光源部から出力される周波数変調された連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更するステップと、
    前記変調周波数が変更された光を被測定光ファイバの一端から入射させて得られる前記被測定光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光と、前記変調周期の１周期又は半周期を単位として周波数変調された参照光との干渉光を検出するステップと、
    前記干渉光の検出結果を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定するステップと、
    を有する光ファイバ特性測定方法。
12. 前記後方散乱光の戻り時間を考慮して、前記連続光の変調周波数を、前記変調周波数に応じた変調周期の１周期又は半周期を単位として変更して前記参照光を得るステップを有する請求項１１記載の光ファイバ特性測定方法。
13. 前記変調周波数が変更された前記連続光を、前記変調周期の１周期又は半周期のパルス幅を有し、前記被測定光ファイバの一端から入射させるパルス状の光に整形するステップを有する請求項１１又は請求項１２記載の光ファイバ特性測定方法。

Images