JP2020063971A - 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】測定点数を増加させることなく被測定光ファイバの特性をより短時間で測定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。【解決手段】光ファイバ特性測定装置１は、被測定光ファイバＦＵＴに光を入射させて得られるブリルアン散乱光ＬＳを検出する検出部１６と、検出部１６から出力される検出信号Ｓ１から、ブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得るスペクトル取得部１７と、スペクトル取得部１７で得られたブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定するとともに、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、スペクトル取得部１７でブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を変更するスペクトル解析部１８と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、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。

光ファイバ特性測定装置は、連続光又はパルス光を被測定光ファイバに入射させ、被測定光ファイバ内において生ずる散乱光又は反射光を検出して被測定光ファイバの長さ方向における温度分布、歪み分布、その他の特性を測定する装置である。この光ファイバ特性測定装置では、検出される散乱光又は反射光が被測定光ファイバに影響を及ぼす物理量（例えば、温度や歪み）に応じて変化するため、被測定光ファイバそのものがセンサとして用いられる。

このような光ファイバ特性測定装置の１つに、ＢＯＣＤＲ（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）方式のものがある。このＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、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、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と参照光（ポンプ光と同様の周波数変調がされた光）とを干渉させたものを検出する。そして、得られた検出信号からブリルアン散乱光のスペクトル（以下、「ブリルアンゲインスペクトル」という）を得て、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」という）を求めることにより被測定光ファイバの特性を測定するものである。

ＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置では、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している。ここで、被測定光ファイバ内における相関ピークの間隔は、ポンプ光及び参照光の変調周波数に反比例する。また、ポンプ光及び参照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。このため、相関ピークを移動させつつ各相関ピークが現れる位置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温度分布や歪み分布を測定することができる。尚、ＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置の詳細については、例えば以下の特許文献１を参照されたい。

特許第５１０５３０２号公報

ところで、上述したＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置では、高い空間分解能で被測定光ファイバの長さ方向をもれなく測定したり、測定精度を劣化させることなく測定可能な温度や歪みの範囲（測定ダイナミックレンジ）を広くしたりするには、測定点数を増やすことが必要である。しかしながら、ＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置では、測定点数が多くなるにつれて測定時間が長くなるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、測定点数を増加させることなく被測定光ファイバの特性をより短時間で測定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、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置（１）は、被測定光ファイバ（ＦＵＴ）に光（ＬＰ）を入射させて得られるブリルアン散乱光（ＬＳ）を検出する検出部（１６）と、前記検出部から出力される検出信号（Ｓ１）から、前記ブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得るスペクトル取得部（１７）と、前記スペクトル取得部で得られた前記ブリルアンゲインスペクトルを解析してブリルアン周波数シフト量を求めることにより前記被測定光ファイバの特性を測定するとともに、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を変更するスペクトル解析部（１８）と、を備える。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記スペクトル解析部が、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に基づいて次回得られるであろうピーク周波数を予測し、該予測結果に基づいて前記周波数範囲を変更する。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記スペクトル解析部が、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数の経時変化を示すデータ又は前記ブリルアンゲインスペクトルの経時変化を示すデータを用いて機械学習を行うことによって得られた学習モデル（ＬＭ）を用いて、前記次回得られるであろうピーク周波数を予測する演算部（３１）と、前記演算部の予測結果に基づいて前記周波数範囲を動的に変更する設定制御部（３２）と、を備える。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記スペクトル解析部が、前記演算部の予測結果と、前記演算部の予測結果に基づいて前記周波数範囲を変更した後に得られる前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数との誤差が予め規定された閾値よりも小さくなるように前記機械学習を行い、前記演算部で用いられる前記学習モデルの更新を行う学習部（３３）を備える。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記設定制御部が、前記演算部で予測されたピーク周波数に対して非対称となるように前記周波数範囲を変更する。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記スペクトル解析部が、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を、予め設定された基準周波数範囲よりも狭くなるように変更する。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記スペクトル解析部が、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を前記基準周波数範囲よりも狭くなるように変更した後は、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を、当該周波数範囲の広さを変えることなく変更する。

また、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記被測定光ファイバに対する温度又は歪みの伝達を緩衝する緩衝部（ＢＬ１、ＢＬ２）を備える。

また、本発明の一態様による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、前記ポンプ光を前記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で生じた前記ブリルアン散乱光を出力する第２光分岐部（１３）と、を備え、前記検出部が、前記ブリルアン散乱光と前記参照光との干渉光を検出する。

本発明の一態様による光ファイバ特性測定方法は、被測定光ファイバ（ＦＵＴ）に光（ＬＰ）を入射させて得られるブリルアン散乱光（ＬＳ）を検出する検出ステップ（Ｓ１１、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２８）と、前記検出ステップで得られる検出信号から、前記ブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得るスペクトル取得ステップ（Ｓ１１、Ｓ１５、Ｓ２２、Ｓ２８）と、前記スペクトル取得ステップで得られた前記ブリルアンゲインスペクトルを解析してブリルアン周波数シフト量を求めることにより前記被測定光ファイバの特性を測定するとともに、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、次に前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を変更するスペクトル解析ステップ（Ｓ１２〜Ｓ１４、Ｓ１６、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２７、Ｓ２９、Ｓ３１）と、を有する。

本発明によれば、測定点数を増加させることなく被測定光ファイバの特性をより短時間で測定することができる。

本発明の第１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。 本発明の第１実施形態におけるスペクトル取得部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第１動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第１動作例を説明するための補足図である。 本発明の第１実施形態における測定レンジの変更例を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第２動作例を示すフローチャートである。 本発明の第２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図である。 本発明の第３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図である。 本発明の第３実施形態において、機械学習で用いられる再帰ニューラルネットワークの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の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。以下では、まず本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。

〔概要〕
本発明の実施形態は、測定点数を増加させることなく被測定光ファイバの特性をより短時間で測定することを可能とするものである。ここで、被測定光ファイバの特性を測定するためには、被測定光ファイバの長さ方向に設定される測定点毎に、ブリルアンゲインスペクトルを得る必要がある。このため、測定点数は、被測定光ファイバの長さ方向に設定される測定点の数と、ブリルアンゲインスペクトルを得るために周波数軸方向に設定される測定点の数との積によって定まる。

高い空間分解能で被測定光ファイバの長さ方向をもれなく測定したり、測定精度を劣化させることなく測定可能な温度や歪みの範囲（測定ダイナミックレンジ）を広くしたりするには、測定点数を増やすことが必要である。しかしながら、測定点数が増えるにつれて測定時間が長くなってしまう。

本発明の実施形態は、被測定光ファイバに光を入射させて得られるブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得た後に、ブリルアンゲインスペクトルを解析して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特性を測定する。そして、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、次にブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲（測定レンジ）を変更するようにしている。

つまり、本実施形態では、直近に得られたピーク周波数に基づいて、測定レンジを周波数軸方向に動的にシフトさせ、被測定光ファイバの特性を測定する（ブリルアン周波数シフト量を求める）ために必要な周波数範囲のブリルアンゲインスペクトルのみを得るようにしている。これにより、測定点数を増加させることなく被測定光ファイバの特性をより短時間で測定することを可能にしている。

〔第１実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置の構成〉
図１は、本発明の第１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、第２光分岐部１３、光遅延部１４、光結合部１５、検出部１６、スペクトル取得部１７、スペクトル解析部１８、及び制御部１９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にポンプ光ＬＰを入射させて得られるブリルアン散乱光ＬＳに基づいて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する、所謂ＢＯＣＤＲ方式の測定装置である。上記のポンプ光ＬＰは、周波数変調が与えられた連続光である。上記のブリルアン散乱光ＬＳは、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である。尚、被測定光ファイバＦＵＴは、ポンプ光ＬＰ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、説明を簡単にするために、被測定光ファイバＦＵＴには相関ピークが１つのみ現れるとする。

光源部１１は、光源１１ａと変調部１１ｂとを備えており、制御部１９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１９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）及び振幅が制御部１９によって制御される。

第１光分岐部１２は、光源部１１から出力された連続光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。第２光分岐部１３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、第１光分岐部１２と接続される。第２ポートは、被測定光ファイバＦＵＴと接続される。第３ポートは、光結合部１５と接続される。第２光分岐部１３は、第１ポートから入力されるポンプ光ＬＰ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からのブリルアン散乱光ＬＳを第３ポートに出力する。このような第２光分岐部１３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。

光遅延部１４は、第１光分岐部１２で分岐された参照光ＬＲを所定の時間だけ遅延させる。光遅延部１４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１４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の外部に配置するためである。尚、光遅延部１４は、第１光分岐部１２と第２光分岐部１３との間に設けられていても良い。

光結合部１５は、第２光分岐部１３の第３ポートから出力される被測定光ファイバＦＵＴからのブリルアン散乱光ＬＳと、第１光分岐部１２から出力されて光遅延部１４を介した参照光ＬＲとを結合させる。また、光結合部１５は、結合させ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１６に出力する。光結合部１５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。このような光結合部１５としては、例えば光カプラを用いることができる。

検出部１６は、光結合部１５から出力される２つの光に含まれるブリルアン散乱光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１６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、光結合部１５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１６からは、ブリルアン散乱光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）である検出信号Ｓ１が出力される。

スペクトル取得部１７は、検出部１６から出力される検出信号Ｓ１の周波数特性を測定する。つまり、スペクトル取得部１７は、検出部１６から出力される検出信号Ｓ１から、ブリルアンゲインスペクトルを得る。ここで、スペクトル取得部１７がブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲（測定レンジ）は、スペクトル解析部１８から出力される設定信号Ｓ２に基づいて設定される。このようにするのは、測定点数を増加させることなく被測定光ファイバＦＵＴの特性をより短時間で測定することを可能にするためである。

スペクトル取得部１７は、例えば、スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ：Electrical Spectrum Analyzer）を備えていても良い。或いは、スペクトル取得部１７は、オシロスコープ等の時間軸測定器と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）を行う変換器とを備えており、時間軸測定器で取得した時間的に連続なデータを、変換器でスペクトルデータに変換するものであっても良い。尚、スペクトル取得部１７の構成例について後述する。

スペクトル解析部１８は、スペクトル取得部１７で得られたブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定する。このスペクトル解析部１８は、求め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良い。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良い。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。

また、スペクトル解析部１８は、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、スペクトル取得部１７の測定レンジを設定（変更）する。例えば、スペクトル解析部１８は、スペクトル取得部１７の測定レンジを、予め設定された基準測定レンジ（基準周波数範囲）よりも狭くなるように設定する。尚、基準測定レンジは、例えば被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼすと見込まれる温度や歪みの最大変化量等を考慮して設定される。このような設定を行うことで、ブリルアンゲインスペクトルを得るために周波数軸方向に設定される測定点の数が少なくなるため、被測定光ファイバＦＵＴの特性をより短時間で測定することが可能になる。

スペクトル解析部１８は、例えば、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数を中心として対称となるようにスペクトル取得部１７の測定レンジを設定しても良い。つまり、スペクトル解析部１８は、測定レンジの最も低い周波数とピーク周波数との差の絶対値と、測定レンジの最も高い周波数とピーク周波数との差の絶対値とが等しくなるように測定レンジを設定しても良い。或いは、スペクトル解析部１８は、上記のピーク周波数を中心として非対称となるようにスペクトル取得部１７の測定レンジを設定しても良い。

また、スペクトル解析部１８は、スペクトル取得部１７の測定レンジを、上記の基準測定レンジよりも狭くなるように設定（変更）した後は、測定レンジの広さ（幅）を変えることなく測定レンジを変更するようにしても良い。例えば、測定レンジの広さを一定に保ったまま、測定レンジを周波数軸方向にシフトするといった具合である。このような測定レンジの変更を行う場合には、１つの測定レンジを測定するのに必要な時間が一定になるため、例えば温度上昇が一定の場合に適用すると有効である。また、このような測定レンジの変更を行う場合に得られるデータは、等価時間サンプリングしたものとなるため、フィルタ処理等の各種処理や、後述する機械学習を行う場合等に有効である。

また、スペクトル解析部１８は、スペクトル取得部１７の測定レンジを、上記の基準測定レンジよりも狭くなるように設定（変更）した後は、測定レンジの広さ（幅）を変えつつ測定レンジを周波数軸方向にシフトするようにしても良い。例えば、測定レンジ（の温度が高い側）を徐々に広げていくといった具合である。このような測定レンジの変更を行う場合には、例えば温度上昇が一定ではなく、指数関数や二次関数のように急上昇する場合に、ピークのレンジアウトを防ぐことができるという点で有効である。尚、このような測定レンジの変更を行う場合に得られるデータは、等価時間サンプリングしたものではなくなるというデメリットもあるが、データを補間し、リサンプリングすることで等間隔の時系列データを得ることが可能である。

制御部１９は、スペクトル解析部１８の解析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１９は、光源部１１に設けられた変調部１１ｂ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ｆｍを変更させる。連続光Ｌ１の変調周波数ｆｍを変更させるのは、例えば被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に沿って相関ピークを移動させるためである。尚、制御部１９は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータで実現することができる。

図２は、本発明の第１実施形態におけるスペクトル取得部の構成例を示すブロック図である。尚、図２に示すスペクトル取得部１７は、スペクトラムアナライザを備える構成のものである。図２に示す通り、スペクトル取得部１７は、第１ミキサ２１、第１局部発振器２２、第１フィルタ２３、第２ミキサ２４、第２局部発振器２５、第２フィルタ２６、Ａ／Ｄ変換器２７、メモリ２８、及び局部発振器制御部２９を備える。

第１ミキサ２１は、検出部１６から出力される検出信号Ｓ１と、第１局部発振器２２から出力される第１局部発振信号とを混合し、検出信号Ｓ１の周波数変換を行う。第１ミキサ２１で行われる検出信号Ｓ１の周波数変換は、検出信号Ｓ１の周波数をより高い周波数に変換するもの（アップコンバート）であっても良く、検出信号Ｓ１の周波数をより低い周波数に変換するもの（ダウンコンバート）であっても良い。第１フィルタ２３は、第１ミキサ２１から出力される信号に含まれる不要な信号（例えば、第１ミキサ２１で発生するスプリアス信号）を除去する。

第２ミキサ２４は、第１フィルタ２３を介した信号と、第２局部発振器２５から出力される第２局部発振信号とを混合し、第１フィルタ２３を介した信号の周波数変換を行う。第２ミキサ２４で行われる周波数変換は、第１フィルタ２３を介した信号の周波数を、Ａ／Ｄ変換器２７でサンプリング可能な程度の低い周波数に変換するもの（ダウンコンバート）である。第２フィルタ２６は、第１フィルタ２３と同様に、第２ミキサ２４から出力される信号に含まれる不要な信号を除去する。

Ａ／Ｄ変換器２７は、第２フィルタ２６を介した信号をサンプリングしてディジタル信号に変換する。メモリ２８は、Ａ／Ｄ変換器２７で変換されたディジタル信号を記憶する。局部発振器制御部２９は、スペクトル解析部１８から出力される設定信号Ｓ２に基づいて、第１局部発振器２２及び第２局部発振器２５を制御する。具体的に、局部発振器制御部２９は、設定信号Ｓ２に基づいて設定される測定レンジにおけるブリルアンゲインスペクトルが得られるように、第１局部発振器２２から出力される第１局部発信信号及び第２局部発振器２５から出力される第２局部発信信号の周波数を変化させる制御を行う。

〈光ファイバ特性測定装置の動作〉
《第１動作例》
図３は、本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第１動作例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に設定された１つの測定点の特性を測定する際の動作を示すものである。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る。

図４は、本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第１動作例を説明するための補足図である。この図４では、スペクトル取得部１７で得られるブリルアンゲインスペクトルの一例を示している。尚、図４では、横軸に周波数をとり、縦軸に光強度をとっている。以下では、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度、又は被測定光ファイバＦＵＴに加わる歪みが変化し、図４に示すブリルアンゲインスペクトルＳＰ１が、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ２に変化する場合を例に挙げて説明する。この場合において、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数は、ピーク周波数ＰＫ１からピーク周波数ＰＫ２にシフトするとする。

図３に示すフローチャートの処理が開始されると、まず予め設定された基準測定レンジＭＲ０（図４参照）でブリルアンゲインスペクトルを測定する処理が行われる（ステップＳ１１：検出ステップ、スペクトル取得ステップ）。この処理では、最初にスペクトル解析部１８からスペクトル取得部１７に設定信号Ｓ２が出力されて、スペクトル取得部１７の測定レンジが基準測定レンジＭＲ０に設定される。その後、光源部１１に設けられた変調部１１ｂが制御部１９によって制御され、光源１１ａからは変調周波数ｆｍ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、第２光分岐部１３を介して被測定光ファイバＦＵＴに入射し、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播していく。これに伴い、被測定光ファイバＦＵＴ内ではブリルアン散乱光ＬＳが順次発生し、ポンプ光ＬＰが伝播する方向とは反対方向に伝播して被測定光ファイバＦＵＴの一端から順次射出される。

被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出されたブリルアン散乱光ＬＳは、第２光分岐部１３を介して光結合部１５に入射する。光結合部１５に入射したブリルアン散乱光ＬＳは、第１光分岐部１２で分岐されて光遅延部１４を介した参照光ＬＲと結合し、その干渉光が検出部１６で検出される。上記の干渉光が検出されると、検出部１６からスペクトル取得部１７に検出信号Ｓ１が出力される。

スペクトル取得部１７に検出信号Ｓ１が入力されると、スペクトル取得部１７に予め設定された測定レンジに従って、図２に示す局部発振器制御部２９によって、第１局部発振器２２及び第２局部発振器２５が制御され、周波数軸方向に設定される測定点の光強度が順次測定される。例えば、図４に示す基準測定レンジＭＲ０が１０００［ＭＨｚ］であって、基準測定レンジＭＲ０内に１［ＭＨｚ］の間隔で測定点が設定されている場合には、測定点の数は１０００点（測定点が基準測定レンジＭＲ０の両端に設定されるときには１００１点）になる。このような場合には、１０００点（又は、１００１点）の測定点の全てで光強度が測定される。スペクトル取得部１７の測定結果は、測定データとしてスペクトル取得部１７に設けられているメモリ２８に順次記憶される。このようにしてブリルアンゲインスペクトル（例えば、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ１）が測定される。

次に、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を解析する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ１２：スペクトル解析ステップ）。具体的には、スペクトル取得部１７のメモリ２８に記憶されている測定データがスペクトル解析部１８に読み出される。そして、読み出した測定データに対し、平滑化処理、雑音除去のためのフィルタリング処理、最大値の抽出処理、カーブフィッティング処理等がスペクトル解析部１８で行われてピーク周波数（例えば、ピーク周波数ＰＫ１）が求められる。尚、スペクトル解析部１８では、以上の処理とともに、ブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定する処理も行われる。

次いで、ピーク周波数近傍の測定レンジを決定する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ１３：スペクトル解析ステップ）。例えば、図４に示す通り、基準測定レンジＭＲ０よりも狭く、ピーク周波数ＰＫ１が含まれる測定レンジＭＲ１を決定する処理がスペクトル解析部１８で行われる。尚、測定レンジＭＲ１は、ピーク周波数ＰＫ１に対して対称であっても良く、非対称であっても良い。そして、スペクトル解析部１８からスペクトル取得部１７に設定信号Ｓ２が出力され、決定された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ１）をスペクトル取得部１７に設定する処理が行われる（ステップＳ１４：スペクトル解析ステップ）。

このような処理が行われることにより、周波数軸方向に設定される測定点の数が減るため、被測定光ファイバＦＵＴの特性の測定に要する時間を短縮することができる。例えば、図４に示す測定レンジＭＲ１が２００［ＭＨｚ］である場合には、測定点の数は２００点（測定点が測定レンジＭＲ１の両端に設定されるときには２０１点）になる。この場合においては、測定点の数を、基準測定レンジＭＲ０に設定される測定点（１０００点又は１００１点）の約５分の１に減らすことができるため、測定時間も約５分の１に短縮することができる。

ここで、図４に例示する通り、ピーク周波数ＰＫ１が存在するのは、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ１のごく一部である。このため、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ１のピーク周波数ＰＫ１の近傍の測定データを得るだけで、ブリルアン周波数シフト量を求めることは可能である。つまり、ブリルアン周波数シフト量を求めるためには、基準測定レンジＭＲ０の全体に亘ってブリルアンゲインスペクトルＳＰ１を測定する必要は必ずしも無く、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ１のピーク周波数ＰＫ１の近傍のみの測定を行えば良い。

以上の処理が終了すると、新たに設定された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ１）でブリルアンゲインスペクトルを測定する処理が行われる（ステップＳ１５：検出ステップ、スペクトル取得ステップ）。ブリルアンゲインスペクトルが測定されると、測定されたブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を解析する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ１６：スペクトル解析ステップ）。これらステップＳ１４，Ｓ１５の処理はそれぞれ、ステップＳ１１，Ｓ１２と同様の処理であるため、ここでの詳細な説明は省略する。尚、この処理とともに、スペクトル解析部１８では、ブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定する処理も行われる。

以上の処理が終了すると、ピーク位置（ピーク周波数）が変化したか否かがスペクトル解析部１８で判断される。例えば、図４に示すピーク周波数ＰＫ１の変化量が、予め規定された閾周波数を超えたか否かが判断される。尚、機械学習を伴うＭＴ法（マハラノビス・タグチ法）のように、累積した測定データから上記の閾周波数を決定するようにしても良い。ピーク位置が変化していないと判断された場合（ステップＳ１７の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、測定終了か否かが制御部１９で判断される（ステップＳ１８）。例えば、光ファイバ特性測定装置１に対して測定終了の指示がなされたか否かが判断される。

測定終了ではないと判断された場合（ステップＳ１８の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１５〜ステップＳ１７の処理が再び行われる。つまり、ステップＳ１４で設定された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ１）でブリルアンゲインスペクトルを測定し、ピーク周波数を解析し、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ＦＵＴの特性を測定する処理が再び行われる。

ここで、例えば、ブリルアンゲインスペクトルが、図４に示す通り、ブリルアンゲインスペクトルＳＰ１からブリルアンゲインスペクトルＳＰ２に変化し、そのピーク周波数が、ピーク周波数ＰＫ１からピーク周波数ＰＫ２にシフトしたとする。すると、スペクトル解析部１８では、ピーク位置が変化したと判断され、ステップＳ１７の判断結果が「ＹＥＳ」になる。すると、シフト後のピーク周波数（ピーク周波数ＰＫ２）近傍の測定レンジを決定する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ１３）。

例えば、図４に示す通り、基準測定レンジＭＲ０よりも狭く、シフト後のピーク周波数ＰＫ２が含まれる測定レンジＭＲ２を決定する処理がスペクトル解析部１８で行われる。尚、測定レンジＭＲ２は、ピーク周波数ＰＫ２に対して対称であっても良く、非対称であっても良い。また、測定レンジＭＲ２の幅は、測定レンジＭＲ１の幅と同じであっても、異なっていても良い。そして、スペクトル解析部１８からスペクトル取得部１７に設定信号Ｓ２が出力され、決定された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ２）をスペクトル取得部１７に設定する処理が行われる（ステップＳ１４）。

以上の処理が終了すると、新たに設定された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ２）でブリルアンゲインスペクトルを測定する処理がスペクトル取得部１７で行われる（ステップＳ１５）。また、測定されたブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を解析する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ１６）。そして、ピーク位置が変化したか否かがスペクトル解析部１８で判断される（ステップＳ１７）。

以降、ピーク位置が変化したと判断された場合（ステップＳ１７の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ステップＳ１３〜ステップＳ１７の処理が行われ、ピーク位置が変化していないと判断された場合（ステップＳ１７の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１５〜ステップＳ１８の処理が行われる。尚、測定終了であると判断された場合（ステップＳ１８の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、図３に示す一連の処理が終了する。

図５は、本発明の第１実施形態における測定レンジの変更例を説明するための図である。尚、ここでは、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度を測定する場合の測定レンジの変更例について説明する。いま、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度が、図５中のグラフＧ１に示す通り、ある時点までは２７［℃］で一定であるが、その後に急激に３００［℃］まで上昇する変化をするものとする。

具体的に、グラフＧ１に示す例では、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度は、時刻ｔ１（例えば、１秒）では２７［℃］であり、時刻ｔ２（例えば、２秒）では１１８［℃］になり、時刻ｔ３（例えば、３秒）では２０９［℃］になり、時刻ｔ４（例えば、４秒）では３００［℃］になっている。この例において、温度上昇の傾斜が９１［℃／ｓｅｃ］であるとすると、温度上昇が開始されてから３秒で２７［℃］から３００［℃］に達することになる。

また、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度とブリルアン周波数シフト量（ＢＦＳ）とは対応関係にある。具体的に、図５に示す通り、ブリルアン周波数シフト量は、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度が２７［℃］の場合には１０．８５［ＧＨｚ］であり、１１８［℃］の場合には１０．９４［ＧＨｚ］であり、２０９［℃］の場合には１１．０３［ＧＨｚ］であり、３００［℃］の場合には１１．１２［ＧＨｚ］である。

図５に示す例において、温度の変化が生ずる前の時刻ｔ１における測定レンジＭＲ１１は、例えば１０．７０〜１１．００［ＧＨｚ］のブリルアン周波数シフト量を測定可能な周波数範囲に設定される。尚、このときのブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数は、１０．８５［ＧＨｚ］である。上記の測定レンジＭＲ１１は、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数（１０．８５［ＧＨｚ］）を中心とした±０．１５［ＧＨｚ］の範囲である。

温度が上昇し始めた時刻ｔ２において、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数は、１０．８５［ＧＨｚ］から１０．９４［ＧＨｚ］にシフトする。このシフトに合わせて、次の測定レンジＭＲ１２は、例えば１０．７９〜１１．０９［ＧＨｚ］に設定される。尚、上記の測定レンジＭＲ１２は、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数（１０．９４［ＧＨｚ］）を中心とした±０．１５［ＧＨｚ］の範囲である。

次に、時刻ｔ３において、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数は、１０．９４［ＧＨｚ］から１１．０３［ＧＨｚ］にシフトする。このシフトに合わせて、次の測定レンジＭＲ１３は、例えば１０．８８〜１１．１８［ＧＨｚ］に設定される。尚、上記の測定レンジＭＲ１３は、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数（１１．０３［ＧＨｚ］）を中心とした±０．１５［ＧＨｚ］の範囲である。

続いて、時刻ｔ４において、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数は、１１．０３［ＧＨｚ］から１１．１２［ＧＨｚ］にシフトする。このシフトに合わせて、次の測定レンジＭＲ１４は、例えば１０．９７〜１１．２７［ＧＨｚ］に設定される。尚、上記の測定レンジＭＲ１４は、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数（１１．１２［ＧＨｚ］）を中心とした±０．１５［ＧＨｚ］の範囲である。

このように、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度の変化に起因するブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に応じて、測定レンジ（測定レンジＭＲ１１〜ＭＲ１４）が順次設定（変更）される。このようにすることで、限定された測定レンジ（測定レンジＭＲ１１〜ＭＲ１４）のみを測定すれば良くなるため、被測定光ファイバＦＵＴの特性の測定に要する時間を短縮することができる。また、測定レンジ（測定レンジＭＲ１１〜ＭＲ１４）を順次設定（変更）することで、十分な測定ダイナミックレンジを確保することもできる。

尚、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度の上昇速度が速く、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定ができない場合も考えられる。このような場合としては、例えば、図５に示す測定レンジＭＲ１２を設定した時点で、既に被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度が３００［℃］に達している場合が挙げられる。このような場合には、例えば測定レンジを拡大して再測定するか、或いは、従来と同様に、基準測定レンジＭＲ０の全体に亘ってブリルアンゲインスペクトルを再測定するといった手法を用いることができる。例えば、図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１６の処理にてピーク周波数が得られなかった場合には、ステップＳ１１の処理に戻って基準測定レンジＭＲ０の全体に亘ってブリルアンゲインスペクトルを再測定するようにしても良い。

《第２動作例》
図６は、本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の第２動作例を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に設定された複数の異なる測定点の特性を測定する際の動作を示すものである。本動作例においては、スペクトル取得部１７の測定レンジの設定が各々の測定点について個別に行われる。尚、図６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る。

図６に示すフローチャートの処理が開始されると、まず初期測定を行う測定点を決定する処理が行われる（ステップＳ２１）。ここで、初期測定とは、スペクトル取得部１７の測定レンジを基準測定レンジＭＲ０に設定し、測定点の各々で最初に行うブリルアンゲインスペクトルの測定をいう。具体的に、ステップＳ２１では、被測定光ファイバＦＵＴに沿って設定された複数の異なる測定点のうち、初期測定を行う１つの測定点を決定する処理が制御部１９で行われる。初期測定を行う測定点が決定されると、光源部１１に設けられた変調部１１ｂが制御部１９によって制御され、決定された測定点に相関ピークが現れるように、変調信号ｍ１の周波数（変調周波数ｆｍ）が調整される。

次に、予め設定された基準測定レンジＭＲ０（図４参照）でブリルアンゲインスペクトルを測定する処理が行われる（ステップＳ２２：検出ステップ、スペクトル取得ステップ）。この処理では、図３に示すステップＳ１１と同様に、最初にスペクトル解析部１８からスペクトル取得部１７に設定信号Ｓ２が出力されて、スペクトル取得部１７の測定レンジが基準測定レンジＭＲ０に設定される。その後、制御部１９の制御によって、変調周波数ｆｍで周波数変調された連続光Ｌ１が光源部１１から射出される。そして、ポンプ光ＬＰを被測定光ファイバＦＵＴに入射させて得られるブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光が検出部１６で検出され、検出部１６から出力された検出信号Ｓ１からブリルアンゲインスペクトルを得る処理がスペクトル取得部１７で行われる。

次に、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を解析する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ２３：スペクトル解析ステップ）。具体的には、図３に示すステップＳ１２と同様に、スペクトル取得部１７のメモリ２８に記憶されている測定データを読み出し、読み出した測定データに対し、最大値の抽出処理等の各種処理を行ってピーク周波数を求める処理が行われる。尚、スペクトル解析部１８では、以上の処理とともに、ブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定する処理も行われる。

次いで、ピーク周波数近傍の測定レンジを決定して記憶する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ２４：スペクトル解析ステップ）。例えば、図３に示すステップＳ１３と同様に、図４に示す基準測定レンジＭＲ０よりも狭く、ピーク周波数ＰＫ１が含まれる測定レンジＭＲ１を決定し、決定した測定レンジＭＲ１を記憶する処理がスペクトル解析部１８で行われる。尚、測定レンジＭＲ１は、ピーク周波数ＰＫ１に対して対称であっても良く、非対称であっても良い。

続いて、他の測定点を測定するか否か（他の測定点について初期測定を行うか否か）が制御部１９で判断される（ステップＳ２５）。例えば、被測定光ファイバＦＵＴに沿って設定された複数の異なる測定点のうち、初期測定を行っていない測定点が存在する場合には、ステップＳ２５の判断結果は「ＹＥＳ」になる。ステップＳ２５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理が繰り返し行われる。このようにして、被測定光ファイバＦＵＴに沿って設定された複数の異なる測定点の各々について初期測定が実施される。

これに対し、例えば、被測定光ファイバＦＵＴに沿って設定された複数の異なる測定点のうち、初期測定を行っていない測定点が存在しない場合には、ステップＳ２５の判断結果は「ＮＯ」になる。ステップＳ２５の判断結果が「ＮＯ」の場合には、初期測定が終了して、通常測定に移行する。ここで、通常測定とは、基準測定レンジよりも狭い測定レンジをスペクトル取得部１７に設定して行うブリルアンゲインスペクトルの測定をいう。

通常測定に移行すると、まず通常測定を行う測定点を設定する処理が行われる（ステップＳ２６）。具体的には、被測定光ファイバＦＵＴに沿って設定された複数の異なる測定点のうち、通常測定を行う１つの測定点を設定する処理が制御部１９で行われる。通常測定を行う測定点が設定されると、ステップＳ２１と同様に、光源部１１に設けられた変調部１１ｂが制御部１９によって制御され、設定された測定点に相関ピークが現れるように、変調信号ｍ１の周波数（変調周波数ｆｍ）が調整される。

次に、ステップＳ２４の処理で記憶された測定レンジを読み出してスペクトル取得部１７に設定する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ２７：スペクトル解析ステップ）。具体的には、ステップＳ２６で設定された測定点についての測定レンジが読み出される。そして、スペクトル解析部１８からスペクトル取得部１７に設定信号Ｓ２が出力され、読み出された測定レンジ（例えば、測定レンジＭＲ１）をスペクトル取得部１７に設定する処理が行われる。

次いで、設定された測定レンジでブリルアンゲインスペクトルを測定する処理が行われる（ステップＳ２８：検出ステップ、スペクトル取得ステップ）。この処理では、制御部１９の制御によって、変調周波数ｆｍで周波数変調された連続光Ｌ１が光源部１１から射出される。そして、ポンプ光ＬＰを被測定光ファイバＦＵＴに入射させて得られるブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光が検出部１６で検出され、検出部１６から出力された検出信号Ｓ１からブリルアンゲインスペクトルを得る処理がスペクトル取得部１７で行われる。

続いて、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を解析する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ２９：スペクトル解析ステップ）。具体的には、ステップＳ２３と同様に、スペクトル取得部１７のメモリ２８に記憶されている測定データを読み出し、読み出した測定データに対し、最大値の抽出処理等の各種処理を行ってピーク周波数を求める処理が行われる。尚、スペクトル解析部１８では、以上の処理とともに、ブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定する処理も行われる。

以上の処理が終了すると、ピーク位置（ピーク周波数）が変化したか否かがスペクトル解析部１８で判断される（ステップＳ３０）。具体的には、ステップＳ２６で設定された測定点において、ステップＳ２９の処理にて新たに求められたピーク周波数が、先に求められていたピーク周波数（例えば、初期測定で求められていたピーク周波数）から変化したか否かが判断される。この判断は、第１動作例と同様に、例えば、ピーク周波数の変化量が、予め規定された閾周波数を超えたか否かによって行われる。尚、機械学習を伴うＭＴ法（マハラノビス・タグチ法）のように、累積した測定データから上記の閾周波数を決定するようにしても良い。

ピーク位置が変化したと判断された場合には、ステップＳ３０の判断結果が「ＹＥＳ」になる。すると、ピーク周波数近傍の測定レンジを変更する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ３１：スペクトル解析ステップ）。例えば、スペクトル取得部１７に設定される測定レンジを、図４に示す測定レンジＭＲ１から測定レンジＭＲ２に変更する処理が行われる。

続いて、測定終了か否かが制御部１９で判断される（ステップＳ３２）。例えば、光ファイバ特性測定装置１に対して測定終了の指示がなされたか否かが判断される。測定終了ではないと判断された場合（ステップＳ３２の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ２６の処理に戻り、通常測定を行う新たな測定点が制御部１９によって設定され、ステップＳ２７〜Ｓ２９の処理が行われる。尚、ステップＳ２６の処理で、先に設定した測定点と同じ測定点を設定すれば、１つの測定点を計測して測定することができる。

ステップＳ２７〜Ｓ２９の処理が終了すると、ステップＳ２６で設定された測定点において、ピーク位置（ピーク周波数）が変化したか否かがスペクトル解析部１８で判断される（ステップＳ３０）。ピーク位置が変化したと判断された場合（ステップＳ３０の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、ピーク周波数近傍の測定レンジを変更する処理がスペクトル解析部１８で行われる（ステップＳ３１）。

これに対し、ピーク位置が変化していないと判断された場合（ステップＳ３０の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ３１の処理は行われず、測定終了か否かが制御部１９で判断される（ステップＳ３２）。測定終了ではないと判断された場合（ステップＳ３２の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ２６の処理に再び戻る。これに対し、測定終了であると判断された場合（ステップＳ３２の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、図６に示す一連の処理が終了する。

尚、本動作例においても、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの周囲温度の上昇速度が速く、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定ができない場合も考えられる。このような場合には、第１動作例と同様に、例えば測定レンジを拡大して再測定するか、或いは、スペクトル取得部１７の測定レンジを基準測定レンジＭＲ０に設定して初期測定を再度実施するといった手法を用いることができる。例えば、図６に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２９の処理にてピーク周波数が得られなかった場合には、ステップＳ３１の処理に移って測定レンジを広げた上でブリルアンゲインスペクトルを再測定するようにしても良い。

以上の通り、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴにポンプ光ＬＰを入射させて得られるブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光を検出部１６で検出し、検出部１６から出力された検出信号Ｓ１からブリルアンゲインスペクトルを得ている。そして、得られたブリルアンゲインスペクトルを解析して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ＦＵＴの特性を測定するとともに、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、次にブリルアンゲインスペクトルを得る測定レンジを変更するようにしている。これにより、例えばブリルアンゲインスペクトルを得るために周波数軸方向に設定される測定点の数が少なくなるため、被測定光ファイバＦＵＴの特性をより短時間で測定することができる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２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図である。本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、図７（ａ）に示す通り、被測定光ファイバＦＵＴに対する温度の伝達を緩衝する緩衝層ＢＬ１（緩衝部）を備える。或いは、本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、図７（ｂ）に示す通り、被測定光ファイバＦＵＴに対する歪みの伝達を緩衝する緩衝層ＢＬ２（緩衝部）を備える。尚、被測定光ファイバＦＵＴに接続される光ファイバ特性測定装置本体の構成は、第１実施形態と同様である。

上述した第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に応じてブリルアンゲインスペクトルの測定レンジの設定を行うものであった。しかしながら、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの変化が大きい場合には、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定ができない可能性が考えられる。

本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、図７（ａ）に示す緩衝層ＢＬ１又は図７（ｂ）に示す緩衝層ＢＬ２を備えることによって、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの伝達を緩衝している。これにより、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化を遅延させて、ピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定を可能とするようにしている。尚、本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの絶対値を正確に測定するという点では十分ではないと考えられるが、それらの急激な変化をもれなく捉えるという点において有効である。

図７（ａ）に示す例において、被測定光ファイバＦＵＴは、測定対象ＴＧ１の温度を測定するように配置されている。測定対象ＴＧ１は、温度を測定する任意の対象であり、その状態は、固体、液体、気体、プラズマの何れであっても良い。緩衝層ＢＬ１は、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向の任意の位置において、測定対象ＴＧ１と被測定光ファイバＦＵＴとの間に配置される。尚、緩衝層ＢＬ１は、被測定光ファイバＦＵＴの全長に亘って設けられていても良い。緩衝層ＢＬ１としては、例えば熱容量の大きな鉄鋼等の金属材料を用いることができる。

図７（ａ）に示す通り、測定対象ＴＧ１と被測定光ファイバＦＵＴとの間に緩衝層ＢＬ１を設けることで、測定対象ＴＧ１の温度が急激に変化したとしても、被測定光ファイバＦＵＴに対する温度の伝達を遅延させることができる。これにより、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化も遅延することから、ピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定が可能になる。尚、図７（ａ）に示す例は、例えば温度変化の検知漏れが無く、一定の閾値を超えた場合に警報をならす必要がある用途において有効である。

図７（ｂ）に示す例において、被測定光ファイバＦＵＴは、測定対象ＴＧ２の歪みを測定するように配置されている。測定対象ＴＧ２は、歪みを測定する任意の対象であり、例えば構造物、建物等である。緩衝層ＢＬ２は、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向の任意の位置において、測定対象ＴＧ２と被測定光ファイバＦＵＴとの間に設けられ、接着、ろう付け、固定ジグによるクランプ等の方法で、測定対象ＴＧ２及び被測定光ファイバＦＵＴに固定される。尚、緩衝層ＢＬ２は、被測定光ファイバＦＵＴの全長に亘って設けられていても良い。緩衝層ＢＬ２としては、例えば測定対象ＴＧ２が金属であるときには、金属よりも剛性の低い樹脂材料（例えば、プラスチック系樹脂材料）を用いることができる。

図７（ｂ）に示す通り、測定対象ＴＧ２と被測定光ファイバＦＵＴとの間に緩衝層ＢＬ２を設けることで、例えば図７（ｂ）に示す矢印方向に測定対象ＴＧ２が急激に伸長（或いは、収縮）したとしても、被測定光ファイバＦＵＴに対する歪みの伝達を緩衝することができる。これにより、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化が遅延することから、ピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定が可能になる。尚、図７（ｂ）に示す例は、例えば歪み変化の検知漏れが無く、一定の閾値を超えた場合に警報をならす必要がある用途において有効である。

以上の通り、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴに対する温度又は歪みの伝達を緩衝する緩衝層ＢＬ１，ＢＬ２を備えている。これにより、測定対象ＴＧ１の温度が急激に変化したとしても、被測定光ファイバＦＵＴに対する温度の伝達を遅延させることができる。或いは、測定対象ＴＧ２の急激な変形が生じたとしても、被測定光ファイバＦＵＴに対する歪みの伝達を緩衝することができる。これにより、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの変化が大きくとも、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定を行うことができる。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３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図である。尚、図８では、図１に示すスペクトル取得部１７及びスペクトル解析部１８のみを抜き出して図示しており、スペクトル取得部１７及びスペクトル解析部１８以外の構成（光源部１１〜検出部１６，制御部１９）については図示を省略している。また、スペクトル取得部１７については、メモリ２８のみを図示している。尚、図８では、図１，図２に示した構成に相当する構成については同一の符号を付してある。

前述した第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて次にブリルアンゲインスペクトルを得る測定レンジの設定を行うものであった。しかしながら、このような設定方法では、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの変化に対して後追いになってしまい、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの変化が大きい場合には、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定ができない可能性が考えられる。

上述した第２実施形態の光ファイバ特性測定装置は、図７（ａ），（ｂ）に示す緩衝層ＢＬ１，ＢＬ２を設け、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの伝達を緩衝し、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数の変化を遅延させるようにしている。これにより、ピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定が可能になるものの、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの絶対値を正確に測定するという点において不十分であると考えられる。

本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に基づいて次回得られるであろうピーク周波数を予測し、その予測結果に基づいてスペクトル取得部１７の測定レンジを変更するものである。ピーク周波数の予測は、例えばブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数の経時変化を示すデータを用いて機械学習を行って得られた学習モデルを用いて行われる。本実施形態の光ファイバ特性測定装置において、このようなピーク周波数の予測、及び予測結果に基づく測定レンジの変更は、スペクトル解析部１８で行われる。

図８に示す通り、スペクトル解析部１８は、演算部３１、設定制御部３２、及び学習部３３を備える。演算部３１は、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に基づいて次回得られるであろうピーク周波数を予測する。演算部３１は、学習モデルＬＭを備えており、この学習モデルＬＭと、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られた直近のピーク周波数とを用いて、次回得られるであろうピーク周波数を予測する。

学習モデルＬＭは、例えば、過去に得られたピーク周波数の経時変化を示すデータを用いて機械学習を行うことによって得られる。過去に得られたピーク周波数の経時変化を示すデータに代えて、過去に得られたブリルアンゲインスペクトルの経時変化を示すデータ（つまり、過去にスペクトル取得部１７から順次出力された測定データ）を用いて機械学習を行って、学習モデルＬＭを得ても良い。

本実施形態では、学習モデルＬＭを得るための機械学習として、再帰ニューラルネットワーク（Recurrent Neural Network：ＲＮＮ）を用いる機械学習が行われるとする。尚、学習モデルＬＭを得るための機械学習としては、上記の再帰ニューラルネットワークを用いる機械学習に制限される訳ではなく、サーポートベクタマシン（Support Vector Machine：ＳＶＭ）を用いる機械学習等の任意の機械学習を用いることができる。

図９は、本発明の第３実施形態において、機械学習で用いられる再帰ニューラルネットワークの一例を示す図である。図９に例示する再帰ニューラルネットワークＮ１は、入力層ＬＹ１、隠れ層ＬＹ２、及び出力層ＬＹ３の３層からなるネットワークである。入力層ＬＹ１及び出力層ＬＹ３は１つのノードのみを有しており、隠れ層ＬＹ２は複数のノードを有する。

入力層ＬＹ１のノードには、過去に得られたピーク周波数の経時変化を示すデータが入力される。尚、過去に得られたピーク周波数の経時変化を示すデータに代えて、過去に得られたブリルアンゲインスペクトルの経時変化を示すデータが入力層ＬＹ１のノードに入力されるようにしても良い。ここで、入力層ＬＹ１に入力されるデータの性質に応じて、入力層ＬＹ１のノードを複数にしても良い。

隠れ層ＬＹ２の各ノードは、入力層ＬＹ１のノードに結合されている。隠れ層ＬＹ２の複数のノードは、例えば再帰型のパーセプトロンによって実現される。このため、隠れ層ＬＹ２の複数のノードでは、入力層ＬＹ１のノードに入力されたデータがフィードバックされて一定時間記憶保持される。このようなノードは、過去のデータが保持されることから、今後の状態を予測する上で不可欠である。隠れ層ＬＹ２の複数のノードで用いられる活性化関数（出力値を決定する関数）としては、例えば正規化線形関数（Rectified Linear Unit：ＲｅＬＵ）を用いることができる。尚、活性化関数としては、上記のＲｅＬＵに制限される訳ではなく、ＲｅＬＵ以外の任意の活性化関数を用いることが可能である。

出力層ＬＹ３のノードには、隠れ層ＬＹ２の全てのノードが結合されている。出力層ＬＹ３のノードには、隠れ層ＬＹ２の全てのノードの出力が入力され、出力層ＬＹ３のノードからは、次回得られるであろうと予測されるピーク周波数が出力される。尚、出力層ＬＹ３のノードで用いられる活性化関数としては、線形結合（Linear）の活性化関数を用いることができる。

学習モデルＬＭは、予め用意した入力データと出力データとを組み合わせた訓練データを用い、図９に例示する再帰ニューラルネットワークＮ１を用いた機械学習を行うことで得られる。このような訓練データを用いた機械学習により得られた学習モデルＬＭを用いると、測定対象（温度や歪み）が周期的に変化する場合や、特徴的な変化をする場合等には、一定の誤差範囲内で、学習結果から次の変化を予測することが可能である。

設定制御部３２は、演算部３１で予測されたピーク周波数に基づいて、スペクトル取得部１７に設定する測定レンジを動的に変更する。設定制御部３２は、スペクトル取得部１７に設定する測定レンジを変更する場合には、設定信号Ｓ２を出力する。例えば、設定制御部３２は、演算部３１で予測されたピーク周波数を中心として対称（或いは、非対称）となるようにスペクトル取得部１７の測定レンジを設定する。

ここで、予測されたピーク周波数を中心として非対称となるように測定レンジを設定する場合には、ピーク周波数が変化すると予測される方向に偏るように測定レンジを設定するようにしても良い。例えば、ピーク周波数が高周波側に変化すると予測された場合には、予測されたピーク周波数の高周波側の周波数範囲が広くなるように測定レンジを設定しても良い。

学習部３３は、演算部３１で用いられる学習モデルＬＭと同様の学習モデルＬＭを備えており、自身が備える学習モデルＬＭ及び演算部３１で用いられる学習モデルＬＭの更新を行う。具体的に、学習部３３は、演算部３１で予測されたピーク周波数の誤差が予め規定された閾値よりも小さくなるように機械学習を行い、自身が備える学習モデルＬＭを更新する。そして、学習部３３は、更新した学習モデルＬＭを、演算部３１で用いられる学習モデルＬＭに反映させて、演算部３１で用いられる学習モデルＬＭを更新する。

例えば、学習部３３は、図９に例示する再帰ニューラルネットワークＮ１を用いる機械学習を行う。この機械学習を行う場合に、学習部３３は、上述した通り、演算部３１で予測されたピーク周波数の誤差が予め規定された閾値よりも小さくなるように機械学習を行う。尚、上記の「ピーク周波数の誤差」とは、正確には、演算部３１で予測されたピーク周波数と、演算部３１で予測されたピーク周波数に基づいて測定レンジを変更した後に得られるブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数との誤差である。

学習部３３を設けることで、光ファイバ特性測定装置の運用が開始された後であっても、演算部３１で用いられる学習モデルＬＭが更新されるため、ピーク周波数の予測精度を高めることができる。尚、説明の便宜のため、図９に示す例では、演算部３１と学習部３３とを別のブロックとして図示しているが、演算部３１及び学習部３３は、１つのブロックにまとめられていても良い。

本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１とは、ピーク周波数の予測結果に基づいてスペクトル取得部１７の測定レンジを変更する点において相違するものの、基本的な動作は第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１と同様である。このため、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に設定された１つの測定点の特性を測定する際には、図３に示すフローチャートと同様の処理が行われる。また、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向に設定された複数の異なる測定点の特性を測定する際には、図６に示すフローチャートと同様の処理が行われる。このため、動作についての詳細な説明は省略する。

以上の通り、本実施形態では、ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に基づいて次回得られるであろうピーク周波数を予測し、その予測結果に基づいてスペクトル取得部１７の測定レンジを変更するようにしている。このため、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの変化が大きい場合であっても、ピーク周波数の変化に追従した測定レンジの設定を可能にしつつ、被測定光ファイバＦＵＴに影響を及ぼす温度や歪みの絶対値を正確に測定することができる。

以上、本発明の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、前述した実施形態では、ＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置を例に挙げて説明したが、ＢＯＣＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置以外の装置にも適用することができる。具体的には、ブリルアンゲインスペクトルを取得し、取得したブリルアンゲインスペクトルを解析してブリルアン周波数シフト量を求める処理を行う装置に適用することができる。このような装置としては、例えば、ＢＯＣＤＡ（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）方式の光ファイバ特性測定装置や、ＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式の光ファイバ特性測定装置が挙げられる。

また、上記実施形態では、説明を簡単にするために、被測定光ファイバＦＵＴには相関ピークが１つのみ現れるとして説明した。被測定光ファイバＦＵＴに相関ピークが複数現れる場合には、例えば、時間ゲート法と呼ばれる手法を用いて、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るようにすれば良い。

また、光遅延部１４は、第１光分岐部１２と光結合部１５との間、又は第１光分岐部１２と第２光分岐部１３との間以外に、第２光分岐部１３と光結合部１５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１３との間に備えても良い。また、ブリルアン散乱光ＬＳを増幅する第２光増幅部を、第２光分岐部１３と光結合部１５との間に備えても良い。また、参照光ＬＲを増幅する第３光増幅部を、第１光分岐部１２と光結合部１５の間に備えても良い。

１ 光ファイバ特性測定装置
１１ 光源部
１２ 第１光分岐部
１３ 第２光分岐部
１６ 検出部
１７ スペクトル取得部
１８ スペクトル解析部
３１ 演算部
３２ 設定制御部
３３ 学習部
ＢＬ１ 緩衝層
ＢＬ２ 緩衝層
ＦＵＴ 被測定光ファイバ
Ｌ１ 連続光
ＬＭ 学習モデル
ＬＰ ポンプ光
ＬＲ 参照光
ＬＳ ブリルアン散乱光
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 設定信号

Claims (10)

1. 被測定光ファイバに光を入射させて得られるブリルアン散乱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から、前記ブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得るスペクトル取得部と、
   前記スペクトル取得部で得られた前記ブリルアンゲインスペクトルを解析してブリルアン周波数シフト量を求めることにより前記被測定光ファイバの特性を測定するとともに、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を変更するスペクトル解析部と、
   を備える光ファイバ特性測定装置。
2. 前記スペクトル解析部は、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に基づいて次回得られるであろうピーク周波数を予測し、該予測結果に基づいて前記周波数範囲を変更する、請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記スペクトル解析部は、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数の経時変化を示すデータ又は前記ブリルアンゲインスペクトルの経時変化を示すデータを用いて機械学習を行うことによって得られた学習モデルを用いて、前記次回得られるであろうピーク周波数を予測する演算部と、
   前記演算部の予測結果に基づいて前記周波数範囲を動的に変更する設定制御部と、
   を備える請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記スペクトル解析部は、前記演算部の予測結果と、前記演算部の予測結果に基づいて前記周波数範囲を変更した後に得られる前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数との誤差が予め規定された閾値よりも小さくなるように前記機械学習を行い、前記演算部で用いられる前記学習モデルの更新を行う学習部を備える、請求項３記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記設定制御部は、前記演算部で予測されたピーク周波数に対して非対称となるように前記周波数範囲を変更する、請求項３又は請求項４記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 前記スペクトル解析部は、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を、予め設定された基準周波数範囲よりも狭くなるように変更する、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. 前記スペクトル解析部は、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を前記基準周波数範囲よりも狭くなるように変更した後は、前記スペクトル取得部で前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を、当該周波数範囲の広さを変えることなく変更する、請求項６記載の光ファイバ特性測定装置。
8. 前記被測定光ファイバに対する温度又は歪みの伝達を緩衝する緩衝部を備える、請求項１から請求項７の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
9. 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、
   前記ポンプ光を前記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で生じた前記ブリルアン散乱光を出力する第２光分岐部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記ブリルアン散乱光と前記参照光との干渉光を検出する、
   請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
10. 被測定光ファイバに光を入射させて得られるブリルアン散乱光を検出する検出ステップと、
    前記検出ステップで得られる検出信号から、前記ブリルアン散乱光のスペクトルであるブリルアンゲインスペクトルを得るスペクトル取得ステップと、
    前記スペクトル取得ステップで得られた前記ブリルアンゲインスペクトルを解析してブリルアン周波数シフト量を求めることにより前記被測定光ファイバの特性を測定するとともに、前記ブリルアンゲインスペクトルを解析して得られたピーク周波数に応じて、次に前記ブリルアンゲインスペクトルを得る周波数範囲を変更するスペクトル解析ステップと、
    を有する光ファイバ特性測定方法。

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