JP2023044915A - Distribution type optical fiber strain measurement device and distribution type optical fiber strain measurement method - Google Patents

Distribution type optical fiber strain measurement device and distribution type optical fiber strain measurement method Download PDF

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Abstract

To suppress influence of SPM (Self-Phase Modulation) in a distribution type optical fiber strain measurement device and distribution type optical fiber strain measurement method.SOLUTION: A distribution of frequency changes of natural Brillouin scattering light is acquired with the use of a calibration optical fiber. Then, a shape of an optical pulse is controlled based on an inclination of the distribution of the frequency changes. After the shape of the optical pulse is controlled to be a desired shape, processing is executed to a step of changing over the calibration optical fiber into an optical fiber to be measured so as to calculate the frequency changes. Then, the distribution of strains in a longitudinal direction of the optical fiber to be measured is acquired from the frequency changes of the natural Brillouin scattering light.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、ブリルアン散乱光を用いた時間領域リフレクトメトリ(BOTDR:Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)技術を利用する、分布型光ファイバ歪み測定装置及び分布型光ファイバ歪み測定方法に関する。 The present invention relates to a distributed optical fiber strain measuring device and a distributed optical fiber strain measuring method using Brillouin optical time domain reflectometry (BOTDR) technology using Brillouin scattered light.

光ファイバ自体をセンシング媒体として用いる分布型光ファイバ歪み測定装置では、構造物に貼り付けた光ファイバが構造物の歪みに応じて伸び縮みすることを利用して、構造物の歪み分布を算出する。光ファイバの伸び縮みは、光ファイバを伝搬する光波に対する屈折率を変化させ、これにより光波の伝搬特性が変化する。構造物の歪みによる光波の伝搬特性の変化は、BOTDRと呼ばれる技術により検出できる。 A distributed optical fiber strain measurement device that uses an optical fiber itself as a sensing medium calculates the strain distribution of a structure by utilizing the fact that the optical fiber attached to the structure expands and contracts according to the strain of the structure. . The expansion and contraction of an optical fiber changes the refractive index for light waves propagating through the optical fiber, thereby changing the propagation characteristics of the light waves. Changes in the propagation characteristics of light waves due to structural distortion can be detected by a technique called BOTDR.

BOTDR技術を用いた分布型光ファイバ歪み測定装置では、光パルスを適切な時間幅と繰り返し周期に設定して、光ファイバに入力し、その光ファイバの各点において生じる自然ブリルアン後方散乱光(自然BS光)の中心周波数を計測する(例えば、特許文献1参照)。自然BS光の中心周波数は光ファイバの歪み(伸び又は縮み)量に比例して変化することが知られている。自然BS光の中心周波数の変化量を計測することにより、光ファイバの歪み量、ひいては構造物の歪み量を知ることができる。また、温度変化によっても、自然BS光の中心周波数が変化するので、その変化量から光ファイバの温度、ひいては光ファイバの周囲の温度を知ることができる。 In a distributed optical fiber strain measurement device using the BOTDR technique, an optical pulse is set to an appropriate time width and repetition period, input to an optical fiber, and natural Brillouin backscattered light (natural BS light) is measured (see Patent Document 1, for example). It is known that the center frequency of natural BS light changes in proportion to the amount of strain (extension or contraction) of the optical fiber. By measuring the amount of change in the center frequency of the natural BS light, it is possible to know the amount of strain in the optical fiber and, in turn, the amount of strain in the structure. In addition, since the center frequency of the natural BS light also changes due to changes in temperature, the temperature of the optical fiber and the temperature around the optical fiber can be known from the amount of change.

また、自然BS光は,光ファイバの入力端から入力される光パルス(入力光パルス)の進行方向と逆向きの方向に散乱される光波である。自然BS光は、入力光パルスに対する反射光としてみることができる。従って、光パルスを入力した時刻を基準に、反射光として自然BS光が入力端に戻ってくる時刻を計測することにより、反射点(散乱点)を特定できる。すなわち、自然BS光の中心周波数変化とその戻り時間を同時に計測することにより、光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を知ることができる。 Also, the natural BS light is a light wave scattered in a direction opposite to the traveling direction of the light pulse input from the input end of the optical fiber (input light pulse). Natural BS light can be viewed as reflected light for an input light pulse. Therefore, the reflection point (scattering point) can be specified by measuring the time at which the natural BS light returns to the input end as the reflected light based on the time when the light pulse is input. That is, by simultaneously measuring the change in the center frequency of the natural BS light and its return time, it is possible to know the strain distribution along the longitudinal direction of the optical fiber.

従来、BOTDR技術を用いた分布型光ファイバ歪み測定装置では、スペクトル解析器を用いて周波数を直接計測するのが一般的である。 Conventionally, in a distributed optical fiber strain measuring device using the BOTDR technique, it is common to directly measure the frequency using a spectrum analyzer.

これに対し、特許文献1に開示されている分布型光ファイバ歪み測定装置では、光ファイバから戻ってくる自然BS光を自己遅延干渉計に入力し、自己遅延干渉計からの出力信号の強度変化をもとに自然BS光の位相変化を抽出する。このようにして得られた自然BS光の位相変化は、自己遅延干渉計の遅延時間と自然BS光の周波数変化との積で表される。従って、自己遅延干渉計の既知の遅延時間から周波数変化を算出することができる。 On the other hand, in the distributed optical fiber strain measuring device disclosed in Patent Document 1, the natural BS light returning from the optical fiber is input to the self-delay interferometer, and the intensity change of the output signal from the self-delay interferometer is is used to extract the phase change of the natural BS light. The phase change of the natural BS light thus obtained is represented by the product of the delay time of the self-delay interferometer and the frequency change of the natural BS light. Therefore, the frequency change can be calculated from the known delay time of the self-delay interferometer.

このように、特許文献1に開示されている分布型光ファイバ歪み測定装置では、自己遅延干渉計を用いた自己遅延検波を行う。このため、スペクトル解析器を用いて周波数を直接計測する、一般的な分布型光ファイバ歪み測定装置で不可欠である周波数掃引を行う必要がない。この結果、特許文献1に開示されている分布型光ファイバ歪み測定装置は、従来の一般的な分布型光ファイバ歪み測定装置に比べて、高速な測定ができるというメリットを有する。 Thus, the distributed optical fiber strain measuring apparatus disclosed in Patent Document 1 performs self-delay detection using a self-delay interferometer. For this reason, there is no need to perform frequency sweeping, which is indispensable in a general distributed optical fiber strain measuring device that directly measures the frequency using a spectrum analyzer. As a result, the distributed optical fiber strain measuring device disclosed in Patent Literature 1 has the advantage of being able to perform high-speed measurement compared to conventional general distributed optical fiber strain measuring devices.

特開2016-191659号公報JP 2016-191659 A

R. W. Boyd, “Nonlinear Optics” , Academic PressR. W. Boyd, “Nonlinear Optics” , Academic Press K. Nish Iguchi et al.,” Synthetic Spectrum Approach for Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry,” Sensors 2014, 14, 4731-4754K. Nish Iguchi et al.,” Synthetic Spectrum Approach for Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry,” Sensors 2014, 14, 4731-4754

上述の通り、特許文献1に開示されている分布型光ファイバ歪み測定装置は、一般的な分布型光ファイバ歪み測定装置に比べて、高速な測定ができるというメリットを有する。しかし、その一方で、自己遅延干渉計の出力信号から位相変化を抽出する方式であるため,被測定光ファイバを伝搬する過程で付加的な位相変化があると、本来測定したい歪み・温度変化による位相変化を正しく抽出できないことが懸念される。 As described above, the distributed optical fiber strain measuring device disclosed in Patent Document 1 has the advantage of being able to perform high-speed measurement compared to general distributed optical fiber strain measuring devices. However, on the other hand, since this method extracts the phase change from the output signal of the self-delay interferometer, if there is an additional phase change in the process of propagating through the optical fiber under test, the distortion and temperature change that we originally want to measure will be affected. There is a concern that the phase change cannot be extracted correctly.

光ファイバ伝搬過程で生じる付加的な位相変化の代表的な効果としては、自己位相変調(SPM:Self-Phase Modulation)効果が挙げられる。SPMは、光ファイバを伝搬する光波において、その光波がもつ強度に比例した位相変化が発生するものであり、光ファイバの3次の非線形効果であるKerr効果に由来する。 A representative effect of the additional phase change that occurs in the optical fiber propagation process is the self-phase modulation (SPM) effect. SPM is a phenomenon in which a light wave propagating through an optical fiber undergoes a phase change proportional to the intensity of the light wave, and is derived from the Kerr effect, which is a third-order nonlinear effect of the optical fiber.

BOTDRで検出する自然BS光は極めて微弱であるので,通常は信号対雑音比(S/N比)を上げるために光ファイバに入力する光パルスのピーク強度を出来るだけ高くすることが望ましい。しかしながら、入力パルスのピーク強度を高めていくと、自ずと付加的な位相変化をもたらすSPMの影響も顕著になる。 Since the natural BS light detected by the BOTDR is extremely weak, it is usually desirable to increase the peak intensity of the optical pulse input to the optical fiber as much as possible in order to increase the signal-to-noise ratio (S/N ratio). However, as the peak intensity of the input pulse is increased, the effect of SPM, which naturally causes additional phase changes, also becomes significant.

この発明は、上述の状況に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、SPMの影響を抑圧可能な、分布型光ファイバ歪み測定装置及び分布型光ファイバ歪み測定方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation. An object of the present invention is to provide a distributed optical fiber strain measuring apparatus and a distributed optical fiber strain measuring method capable of suppressing the influence of SPM.

上述した目的を達成するために、この発明の分布型光ファイバ歪み測定装置は、光源部と、分岐部と、光周波数シフタ部と、遅延部と、合波部と、コヒーレント検波部と、局発電気信号生成部と、ミキサーと、信号処理装置とを備えて構成される。 To achieve the above object, the distributed optical fiber strain measuring apparatus of the present invention includes a light source section, a branch section, an optical frequency shifter section, a delay section, a combining section, a coherent detection section, a local It comprises a power generation signal generator, a mixer, and a signal processor.

光源部は、プローブ光として光パルスを生成する。分岐部は、プローブ光により光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する。光周波数シフタ部は、第1光路に設けられており、第1光路を伝搬する光にビート周波数の周波数シフトを与える。遅延部は、第2光路に設けられており、第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。合波部は、第1光路及び第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する。コヒーレント検波部は、合波光をヘテロダイン検波して差周波をビート信号として出力する。局発電気信号生成部は、ビート信号と同じ周波数を持つ局発電気信号を生成する。ミキサーは、ビート信号と局発電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号として出力する。信号処理装置は、ホモダイン信号に含まれる位相差信号に対して所定の処理を行い、ビート信号の強度変化に基づいて、自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出し、自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する。 The light source unit generates a light pulse as probe light. The splitter splits the naturally Brillouin scattered light generated in the optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path. The optical frequency shifter section is provided on the first optical path, and imparts a beat frequency shift to the light propagating on the first optical path. The delay section is provided in the second optical path and gives a delay of delay time τ to light propagating in the second optical path. The combining unit combines the lights propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light. The coherent detector heterodyne-detects the combined light and outputs the difference frequency as a beat signal. The local electrical signal generator generates a local electrical signal having the same frequency as the beat signal. The mixer homodyne-detects the beat signal and the local electrical signal and outputs a homodyne signal. The signal processing device performs predetermined processing on the phase difference signal included in the homodyne signal, calculates the frequency change of the natural Brillouin scattered light based on the intensity change of the beat signal, and calculates the frequency change of the natural Brillouin scattered light. , to obtain the strain distribution along the length of the optical fiber.

信号処理装置は、さらに、自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得し、周波数変化の分布の傾きに基づいて、光源部で生成される光パルスの形状を制御するフィードバック信号を生成し、フィードバック信号を光源部に送る。 The signal processing device further acquires the frequency change distribution of the naturally Brillouin scattered light, generates a feedback signal for controlling the shape of the light pulse generated by the light source unit based on the slope of the frequency change distribution, and feeds back Send a signal to the light source.

また、この発明の分布型光ファイバ歪み測定装置の他の好適実施形態によれば、光源部と、分岐部と、遅延部と、合波部と、コヒーレント検波部と、信号処理装置とを備えて構成される。 According to another preferred embodiment of the distributed optical fiber strain measuring apparatus of the present invention, it comprises a light source section, a branch section, a delay section, a multiplexing section, a coherent detection section, and a signal processing device. consists of

光源部は、プローブ光として光パルスを生成する。分岐部は、プローブ光により光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する。遅延部は、第2光路に設けられており、第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。合波部は、第1光路及び第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する。コヒーレント検波部は、合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する。信号処理装置は、位相差信号に対して所定の処理を行い、自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出し、自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する。 The light source unit generates a light pulse as probe light. The splitter splits the naturally Brillouin scattered light generated in the optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path. The delay section is provided in the second optical path and gives a delay of delay time τ to light propagating in the second optical path. The combining unit combines the lights propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light. The coherent detector homodyne-detects the combined light and outputs the difference frequency as a phase difference signal. The signal processing device performs predetermined processing on the phase difference signal, calculates the frequency change of the naturally Brillouin scattered light, and obtains the strain distribution along the longitudinal direction of the optical fiber from the frequency change of the naturally Brillouin scattered light. do.

信号処理装置は、さらに、自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得し、周波数変化の分布の傾きに基づいて、光源部で生成される光パルスの形状を制御するフィードバック信号を生成し、フィードバック信号を光源部に送る。 The signal processing device further acquires the frequency change distribution of the naturally Brillouin scattered light, generates a feedback signal for controlling the shape of the light pulse generated by the light source unit based on the slope of the frequency change distribution, and feeds back Send a signal to the light source.

この発明の信号処理装置の好適な実施形態によれば、光ファイバとして、被測定光ファイバと校正用光ファイバとが切り換え可能に設けられ、フィードバック信号の生成は、校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を用いて行われる。あるいは、光ファイバとして、被測定光ファイバと校正用光ファイバとが直列に接続されて設けられ、フィードバック信号の生成は、校正用光ファイバに対応する区間で発生する自然ブリルアン散乱光を用いて行われる。 According to a preferred embodiment of the signal processing apparatus of the present invention, the optical fiber to be measured and the optical fiber for calibration are switchably provided, and the generation of the feedback signal is performed by the natural signal generated in the optical fiber for calibration. It is performed using Brillouin scattered light. Alternatively, the optical fiber to be measured and the calibration optical fiber are connected in series, and the feedback signal is generated using the natural Brillouin scattered light generated in the section corresponding to the calibration optical fiber. will be

また、この発明の分布型光ファイバ歪み測定方法は、以下の過程を備える。先ず、プローブ光として光パルスを生成する。次に、プローブ光により校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する。次に、第1光路を伝搬する光にビート周波数の周波数シフトを与える。また、第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。次に、第1光路及び第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をヘテロダイン検波して差周波をビート信号として出力する。また、ビート信号と同じ周波数を持つ局発電気信号を生成する。次に、ビート信号と局発電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号として出力する。次に、ホモダイン信号に含まれる位相差信号に対して所定の処理を行い、ビート信号の強度変化に基づいて、自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出する。次に、自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得する。そして、周波数変化の分布の傾きに基づいて、光パルスの形状を制御する。 Also, the distributed optical fiber strain measuring method of the present invention comprises the following steps. First, an optical pulse is generated as probe light. Next, the natural Brillouin scattered light generated in the optical fiber for calibration by the probe light is split into the first optical path and the second optical path. Next, the light propagating through the first optical path is given a frequency shift of the beat frequency. Also, a delay of delay time τ is given to the light propagating through the second optical path. Next, the lights propagating through the first optical path and the second optical path are combined to generate combined light. Next, the combined light is subjected to heterodyne detection and the difference frequency is output as a beat signal. It also generates a local oscillator signal having the same frequency as the beat signal. Next, the beat signal and the local oscillator signal are homodyne-detected and output as a homodyne signal. Next, a predetermined process is performed on the phase difference signal included in the homodyne signal, and the frequency change of the natural Brillouin scattered light is calculated based on the intensity change of the beat signal. Next, the frequency change distribution of the natural Brillouin scattered light is obtained. Then, the shape of the optical pulse is controlled based on the slope of the frequency change distribution.

光パルスの形状が所望の形状に制御された後、校正用光ファイバを被測定光ファイバに切り換えて周波数変化を算出する過程までを行い、自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、被測定光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する。 After the shape of the light pulse is controlled to the desired shape, the calibration optical fiber is switched to the optical fiber to be measured, and the process of calculating the frequency change is performed. Obtain the strain distribution along the longitudinal direction.

また、この発明の分布型光ファイバ歪み測定方法の他の好適実施形態によれば、以下の過程を備えて構成される。先ず、プローブ光として光パルスを生成する。次に、プローブ光により校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する。次に、第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。次に、第1光路及び第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する。次に、位相差信号に対して所定の処理を行い、自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出する。次に、自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得する。そして、周波数変化の分布の傾きに基づいて、光パルスの形状を制御する。 According to another preferred embodiment of the distributed optical fiber strain measuring method of the present invention, it comprises the following steps. First, an optical pulse is generated as probe light. Next, the natural Brillouin scattered light generated in the optical fiber for calibration by the probe light is split into the first optical path and the second optical path. Next, a delay of delay time τ is given to the light propagating through the second optical path. Next, the lights propagating through the first optical path and the second optical path are combined to generate combined light. Next, the combined light is homodyne-detected and the difference frequency is output as a phase difference signal. Next, predetermined processing is performed on the phase difference signal to calculate the frequency change of the natural Brillouin scattered light. Next, the frequency change distribution of the natural Brillouin scattered light is acquired. Then, the shape of the optical pulse is controlled based on the slope of the frequency change distribution.

光パルスの形状が所望の形状に制御された後、校正用光ファイバを被測定光ファイバに切り換えて周波数変化を算出する過程までを行い、自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、被測定光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する。 After the shape of the light pulse is controlled to the desired shape, the calibration optical fiber is switched to the optical fiber to be measured, and the process of calculating the frequency change is performed. Obtain the strain distribution along the longitudinal direction.

この発明の分布型光ファイバ歪み測定装置及び分布型光ファイバ歪み測定方法によれば、自己遅延ヘテロダイン干渉計又は自己遅延ホモダイン干渉計において、光源部で生成されるプローブ光としての光パルスのパルス形状を所望の形状に制御することによりSPMの影響を抑圧できる。 According to the distributed optical fiber strain measuring device and the distributed optical fiber strain measuring method of the present invention, in the self-delay heterodyne interferometer or the self-delay homodyne interferometer, the pulse shape of the light pulse as the probe light generated in the light source unit can be controlled to a desired shape to suppress the influence of SPM.

測定装置の模式的なブロック図である。It is a typical block diagram of a measuring device. 励起光パルスのピークパワーを変えた時の、規格化ビート強度及びBFSを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing normalized beat intensity and BFS when the peak power of the excitation light pulse is changed; 非線形位相シフトと、パルス包絡線関数の積を示す図である。FIG. 10 illustrates the product of a nonlinear phase shift and a pulse envelope function; 励起光パルスの立ち上がり、又は、立ち下がりを5次のスーパーガウシアンに固定し、もう一方の次数を5次から1次まで変化させた場合の結果を示す図である。It is a figure which shows the result when the rise or fall of an excitation light pulse is fixed to quintic super-Gaussian, and the other order is changed from 5th order to 1st order.

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but each drawing is merely a schematic representation to the extent that the present invention can be understood. Further, although preferred configuration examples of the present invention will be described below, they are merely preferred examples. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and many modifications and variations that can achieve the effects of the present invention can be made without departing from the scope of the configuration of the present invention.

(構成)
図1を参照して、この発明の一実施形態に係る光ファイバ歪み測定装置(以下、単に測定装置とも称する。)について説明する。図1は、測定装置の模式的なブロック図である。
(composition)
With reference to FIG. 1, an optical fiber strain measuring device (hereinafter also simply referred to as a measuring device) according to one embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic block diagram of a measuring device.

測定装置は、光源部10、サーキュレータ20、光バンドパスフィルタ30、光増幅器32、自己遅延ヘテロダイン干渉計40、コヒーレント検波部60、ミキサー70、電気フィルタ72、信号処理装置74、及び、局発電気信号源80を備えて構成される。なお、信号処理装置74の機能及び動作を除いては、特許文献1などに開示されている任意好適な従来公知の構成にすることができるので、従来公知の構成については、説明を省略することもある。 The measurement device includes a light source unit 10, a circulator 20, an optical bandpass filter 30, an optical amplifier 32, a self-delay heterodyne interferometer 40, a coherent detection unit 60, a mixer 70, an electrical filter 72, a signal processing device 74, and a local oscillator. It comprises a signal source 80 . Except for the functions and operations of the signal processing device 74, any suitable conventionally known configuration disclosed in Patent Document 1 or the like can be used, so description of the conventionally known configuration will be omitted. There is also

光源部10は、プローブ光を生成する。光源部10は、レーザー光源12、光変調器14、及び、任意波形発生器16を備えて構成される。 The light source unit 10 generates probe light. The light source unit 10 comprises a laser light source 12 , an optical modulator 14 and an arbitrary waveform generator 16 .

ここで、測定装置は、周波数変化に応じた位相差を測定する。このため、レーザー光源12の周波数揺らぎは、自然BS光の中心周波数変化よりも十分に小さくなければならない。そこで、レーザー光源12として周波数安定化レーザーが用いられる。例えば、測定対象となる光ファイバ(以下、被測定光ファイバとも称する。)100の歪みを0.008%としたとき、自然BS光の中心周波数変化は4MHzに相当する。このため、0.008%程度の歪みを測定するには、光源12の周波数揺らぎは4MHzより十分に小さいことが望ましい。レーザー光源12で生成された連続光は、光変調器14に送られる。 Here, the measuring device measures the phase difference according to the frequency change. Therefore, the frequency fluctuation of the laser light source 12 should be sufficiently smaller than the change in the center frequency of the natural BS light. Therefore, a frequency stabilized laser is used as the laser light source 12 . For example, when the strain of the optical fiber to be measured (hereinafter also referred to as the optical fiber to be measured) 100 is 0.008%, the change in the center frequency of the natural BS light corresponds to 4 MHz. Therefore, in order to measure a distortion of about 0.008%, it is desirable that the frequency fluctuation of the light source 12 is sufficiently smaller than 4 MHz. Continuous light generated by the laser light source 12 is sent to the optical modulator 14 .

光変調器14は、任意好適な従来周知の、音響光学(AO:Acoust Optic
al)変調器又は電気光学(EO:Electric Optical)変調器を用いて構成される。光変調器14は、任意波形発生器16で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。従って、光パルスのパルス形状は、電気パルスのパルス形状に応じて定まる。なお、一般的には、任意波形発生器16と光変調器14の間に、電気ドライバーアンプが設けられる場合も多いが、自明な構成であるため、図示及び説明を省略する。
Optical modulator 14 may be any suitable conventionally known acousto-optic (AO)
a) Modulator or constructed with an Electro-Optical (EO) modulator. The optical modulator 14 generates optical pulses from continuous light according to the electrical pulses generated by the arbitrary waveform generator 16 . Therefore, the pulse shape of the optical pulse is determined according to the pulse shape of the electrical pulse. In general, an electric driver amplifier is often provided between the arbitrary waveform generator 16 and the optical modulator 14, but the illustration and description are omitted because the configuration is self-explanatory.

光変調器14で生成される光パルスの繰り返し周期は、被測定光ファイバ100aを光パルスが往復するのに要する時間よりも長く設定される。この光パルスが、プローブ光として、光源部10から出力される。 The repetition period of the optical pulse generated by the optical modulator 14 is set longer than the time required for the optical pulse to reciprocate through the optical fiber 100a to be measured. This light pulse is output from the light source unit 10 as probe light.

この光源部10から出力されたプローブ光は、サーキュレータ20を経て、入力光パルスとして、被測定光ファイバ100a又は校正用光ファイバ100bの入力端に入力される。なお、サーキュレータ20に換えて、光カプラを用いても良い。 The probe light output from the light source unit 10 passes through the circulator 20 and is input as an input light pulse to the input end of the optical fiber 100a to be measured or the calibration optical fiber 100b. An optical coupler may be used instead of the circulator 20. FIG.

被測定光ファイバ100aは、例えば、歪や温度の測定対象となる構造物(測定対象構造物)に取り付けられる。一方、校正用光ファイバ100bは、歪みがなく、かつ、温度が一定の環境に設置されるのが望ましい。校正用光ファイバ100bの長さは、SPMの効果が明瞭に観測できる程度の長さに調整しておくのがよい。SPMの効果をより明瞭にするために、校正用光ファイバ100bとして高非線形光ファイバを用いてもよい。 The optical fiber 100a to be measured is attached to, for example, a structure (structure to be measured) whose strain or temperature is to be measured. On the other hand, it is desirable that the calibration optical fiber 100b be installed in an environment where there is no distortion and the temperature is constant. The length of the calibration optical fiber 100b is preferably adjusted to such a length that the effect of SPM can be clearly observed. A highly nonlinear optical fiber may be used as the calibration optical fiber 100b in order to make the effect of SPM clearer.

被測定光ファイバ100aと校正用光ファイバ100bとは別系統であり、校正時には校正用光ファイバ100bが、測定時には被測定光ファイバ100aが、切り換えて用いられる。なお、校正用光ファイバ100bと被測定光ファイバ100aとの間の切り換えは、任意好適な手法で行えばよく、ここでは説明を省略する。以下の説明では、被測定光ファイバ100aと校正用光ファイバ110bを光ファイバ100と総称することもある。 The optical fiber to be measured 100a and the optical fiber for calibration 100b are separate systems, and the optical fiber for calibration 100b is switched for calibration and the optical fiber for measurement 100a is used for measurement. The switching between the optical fiber for calibration 100b and the optical fiber to be measured 100a may be performed by any suitable method, and the description thereof is omitted here. In the following description, the optical fiber 100a to be measured and the calibration optical fiber 110b may be collectively referred to as the optical fiber 100. FIG.

光ファイバ100の入力端に入力された光パルスが、光ファイバ100を伝搬する間に生じる自然BS光は、光ファイバ100の入力端から出力される。光ファイバ100から出力された自然BS光は、サーキュレータ20を経て、光バンドパスフィルタ30に送られる。光バンドパスフィルタ30は、10GHz程度の透過帯域を有しており、自然BS光のみを透過する。光バンドパスフィルタ30を透過した自然BS光は、光増幅器32に送られる。光増幅器32は自然BS光を増幅して自己遅延干渉計である自己遅延ヘテロダイン干渉計40に送る。 A natural BS light generated while an optical pulse input to the input end of the optical fiber 100 propagates through the optical fiber 100 is output from the input end of the optical fiber 100 . The natural BS light output from the optical fiber 100 passes through the circulator 20 and is sent to the optical bandpass filter 30 . The optical bandpass filter 30 has a transmission band of approximately 10 GHz and transmits only natural BS light. The natural BS light that has passed through the optical bandpass filter 30 is sent to the optical amplifier 32 . Optical amplifier 32 amplifies the natural BS light and sends it to self-delay heterodyne interferometer 40, which is a self-delay interferometer.

自己遅延ヘテロダイン干渉計40は、分岐部42、光周波数シフタ部44、偏波制御部46、遅延部48、及び、合波部50を備えて構成される。 The self-delay heterodyne interferometer 40 comprises a splitter 42 , an optical frequency shifter 44 , a polarization controller 46 , a delayer 48 and a multiplexer 50 .

分岐部42は、光バンドパスフィルタ30及び光増幅器32を経て送られた自然BS光を、第1光路及び第2光路に2分岐する。 The splitter 42 splits the natural BS light sent through the optical bandpass filter 30 and the optical amplifier 32 into a first optical path and a second optical path.

光周波数シフタ部44は、第1光路に設けられている。光周波数シフタ部44は、局発電気信号源80で生成された局発電気信号を用いて、第1光路を伝搬する光に対して、所定の周波数シフトを与える。局発電気信号源80は、上述の局発電気信号を生成し、光周波数シフタ部44及びミキサー70に送る。なお、局発電気信号の周波数をビート周波数と称することもある。 The optical frequency shifter section 44 is provided on the first optical path. The optical frequency shifter unit 44 uses the local electrical signal generated by the local electrical signal source 80 to apply a predetermined frequency shift to the light propagating along the first optical path. The local electrical signal source 80 generates the local electrical signal described above and sends it to the optical frequency shifter section 44 and the mixer 70 . Note that the frequency of the local oscillator signal is sometimes called a beat frequency.

偏波制御部46及び遅延部48は、第2光路に設けられている。偏波制御部46は、第2光路を伝搬する光の偏波を制御する。 The polarization control section 46 and the delay section 48 are provided on the second optical path. The polarization controller 46 controls polarization of light propagating through the second optical path.

遅延部48は、第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える。この遅延部48は、受動部品である、任意好適な従来公知の遅延線で構成することができる。 The delay unit 48 delays the light propagating through the second optical path by the delay time τ. The delay section 48 can be constructed of any suitable conventionally known delay line, which is a passive component.

合波部50は、第1光路及び第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する。合波部50で生成された合波光は、自己遅延ヘテロダイン干渉計40から出力されてコヒーレント検波部60に送られる。 The multiplexing unit 50 multiplexes the light propagating through the first optical path and the second optical path to generate multiplexed light. The combined light generated by the combining section 50 is output from the self-delay heterodyne interferometer 40 and sent to the coherent detection section 60 .

コヒーレント検波部60は、合波光をヘテロダイン検波してビート信号を生成する。コヒーレント検波部60は、例えば、バランス型フォトダイオード(PD)62とFET増幅器64を備えて構成される。 A coherent detector 60 heterodyne-detects the combined light to generate a beat signal. The coherent detector 60 comprises, for example, a balanced photodiode (PD) 62 and an FET amplifier 64 .

コヒーレント検波部60で生成されたビート信号はミキサー70に送られる。 A beat signal generated by the coherent detector 60 is sent to the mixer 70 .

ミキサー70は、ビート信号と局発電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。ここで、ビート信号と局発電気信号の周波数は、いずれも局発電気信号源80の発振周波数(ビート周波数)である。従って、ビート信号と局発電気信号とをホモダイン検波することにより、自然BS光の周波数変化が位相差として出力される。ホモダイン信号は、電気フィルタ72に送られる。電気フィルタ72は、この例では、ローパスフィルタ(LPF)である。 The mixer 70 homodyne-detects the beat signal and the local electrical signal to generate a homodyne signal. Here, the frequencies of the beat signal and the local oscillator signal are both the oscillation frequency (beat frequency) of the local oscillator signal source 80 . Therefore, by homodyne-detecting the beat signal and the local oscillator signal, the frequency change of the natural BS light is output as a phase difference. The homodyne signal is sent to electrical filter 72 . The electrical filter 72 is a low pass filter (LPF) in this example.

電気フィルタ72は、ホモダイン信号から和周波成分をカットして位相差に対応する電圧値を示す位相差信号を生成する。この位相差信号は信号処理装置74に送られ、所定の処理が行われる。 The electrical filter 72 cuts the sum frequency component from the homodyne signal to generate a phase difference signal indicating a voltage value corresponding to the phase difference. This phase difference signal is sent to the signal processing device 74 and subjected to predetermined processing.

信号処理装置74は、特許文献1に開示されている光ファイバ歪み測定装置と同様に、ビート信号の強度変化に基づいて、自然BS光の位相変化を抽出し、さらに、自然BS光の周波数変化を算出する。その後、自然BS光の周波数変化から、光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得し、測定対象の歪みや温度変化を得る。 Similar to the optical fiber strain measuring device disclosed in Patent Document 1, the signal processing device 74 extracts the phase change of the natural BS light based on the intensity change of the beat signal, and further extracts the frequency change of the natural BS light. Calculate After that, the strain distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is obtained from the frequency change of the natural BS light, and the strain and temperature change of the object to be measured are obtained.

この発明に係る測定装置では、信号処理装置74は、フィードバック信号を生成する。フィードバック信号は、光源部10に送られ、任意波形発生器16の制御信号として入力される。任意波形発生器16は、この制御信号として入力されるフィードバック信号に応じて、電気パルスのパルス形状を変化させ、この結果、光源部10から出力されるプローブ光としての光パルスのパルス形状は、所望にパルス形状に制御される。光パルスのパルス形状については、後述する。 In the measuring device according to the invention, the signal processor 74 generates a feedback signal. The feedback signal is sent to the light source section 10 and input as a control signal for the arbitrary waveform generator 16 . The arbitrary waveform generator 16 changes the pulse shape of the electric pulse according to the feedback signal input as the control signal, and as a result, the pulse shape of the optical pulse as the probe light output from the light source unit 10 is The desired pulse shape is controlled. The pulse shape of the optical pulse will be described later.

(動作)
先ず、光ファイバにおけるSPMによる付加的な位相変化が、自己遅延検波型BOTDRの性能にどのように影響するかを説明する。
(motion)
First, we describe how the additional phase change due to SPM in the optical fiber affects the performance of the self-delay-detecting BOTDR.

光ファイバを伝搬する励起光パルス、自然BS光を誘発する音響波(圧力波)、及び、自然BS光の電界振幅(包絡関数)を,それぞれ、E(z,t)、ρ(z,t)、及び、E(z、t)とすると、光ファイバにおけるこれらの発展方程式は、以下の式(1a)~(1c)で与えられる(例えば、非特許文献1参照)。 Let E p (z, t) and ρ(z, t) and E s (z, t), these evolution equations in the optical fiber are given by the following equations (1a) to (1c) (see, for example, Non-Patent Document 1).

Figure 2023044915000002
Figure 2023044915000002

ここで、v、α、及び、γは、それぞれ、被測定光ファイバ中の、群速度、光損失係数、及び、非線形定数である。また、κは、音響波と励起光パルスの結合定数であり、κ=γω/4cnρである。ここで、ω、c、及び、nは、それぞれ、励起光パルスの角周波数、真空中の光速、及び、光ファイバの屈折率である。なお、励起光パルスの角周波数ωは、搬送波周波数fに対して、ω=2πfで与えられる。また、ρ、及び、γは、それぞれ、音響波(圧力波)が存在しているときの、光ファイバの平均密度、及び、電気歪み係数である。 where v g , α, and γ are the group velocity, optical loss coefficient, and nonlinear constant in the optical fiber under test, respectively. κ is the coupling constant between the acoustic wave and the excitation light pulse, and κ=γ e ω p /4cnρ 0 . where ω p , c, and n are the angular frequency of the excitation light pulse, the speed of light in vacuum, and the refractive index of the optical fiber, respectively. The angular frequency ω p of the excitation light pulse is given by ω p =2πf 0 with respect to the carrier frequency f 0 . Also, ρ 0 and γ e are the average density and electrical strain coefficient of the optical fiber, respectively, when an acoustic wave (pressure wave) is present.

ここで扱う励起光パルスはナノ秒オーダーである。従って、使用する光ファイバとして標準的な光ファイバ(ITU-T G652、SMF)を想定すると、2次分散により光パルスが広がる相互作用長である分散長は数万kmに及ぶ。このため、高々数10kmの距離スケールでは,時間的な光パルスの形状は変化しないと考えることができる。そこで、包絡関数の2回微分として現れる2次分散の項は無視している。 The excitation light pulse dealt with here is nanosecond order. Therefore, assuming that a standard optical fiber (ITU-T G652, SMF) is used as the optical fiber, the dispersion length, which is the interaction length in which the optical pulse spreads due to secondary dispersion, reaches tens of thousands of kilometers. Therefore, it can be considered that the temporal shape of the optical pulse does not change on a distance scale of at most several tens of kilometers. Therefore, the second-order variance term that appears as the second derivative of the envelope function is ignored.

また、Γ=Γ/2であり、Γは、音響波すなわちフォノンの減数定数(=スペクトル線幅)である。ω(=2πf)は、ブリルアン角周波数シフトであり、fは、ブリルアン周波数シフト(BFS)を表す。 Also, Γ=Γ B /2, where Γ B is the subtrahend constant (=spectral line width) of the acoustic wave, that is, the phonon. ω B (=2πf B ) is the Brillouin angular frequency shift and f B represents the Brillouin frequency shift (BFS).

R(z,t)は、Langevin noise(ランジュバン力によるランダム雑音)を表している。一般的には、Langevin noiseを白色ガウス雑音と考えてよいので、期待値を<・>で表すと、以下の式(2a)~(2c)に示される統計的性質を有する。 R(z,t) represents Langevin noise. In general, Langevin noise can be considered as white Gaussian noise, so if the expected value is expressed by <·>, it has the statistical properties shown in the following equations (2a) to (2c).

Figure 2023044915000003
Figure 2023044915000003

ここで、k及びTは、それぞれ、ボルツマン定数及び温度である。また、v、及び、Aeffは、それぞれ、光ファイバ中の音速、及び、光ファイバの有効断面積である。上記式(2a)~(2c)を用いて、上記式(1a)~(1c)の微分方程式を解く(例えば、非特許文献2参照)。上記式(1a)で、初期条件E(0,t)=P 1/2f(t)を用い、t’=t-z/vとすると、以下の式(3)が得られる。 where k B and T are the Boltzmann constant and temperature, respectively. Also, v a and A eff are the speed of sound in the optical fiber and the effective area of the optical fiber, respectively. Using the above equations (2a) to (2c), the differential equations of the above equations (1a) to (1c) are solved (for example, see Non-Patent Document 2). Using the initial condition E p (0, t)=P 0 1/2 f(t) in the above equation (1a) and setting t′=tz/v g , the following equation (3) is obtained .

Figure 2023044915000004
Figure 2023044915000004

また、上記式(1c)から以下の式(4)が得られる。 Moreover, the following formula (4) is obtained from the above formula (1c).

Figure 2023044915000005
Figure 2023044915000005

ここで、ρ(z,t)ρ*(z’,t’)の期待値は、上記式(2b)を用いると、以下の式(5)のように計算できる。 Here, the expected value of ρ(z, t) ρ*(z', t') can be calculated as in the following formula (5) using the above formula (2b).

Figure 2023044915000006
Figure 2023044915000006

従って、入力端(z=0)で観測される自然BS光は、初期条件E(L,L/v)=0を用いると、以下の式(6)となる。ここで、E(0,t)=E(t)としている。 Therefore, the natural BS light observed at the input end (z=0) is given by the following equation (6) using the initial condition E s (L, L/v g )=0. Here, E s (0, t)=E s (t).

Figure 2023044915000007
Figure 2023044915000007

自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いたBOTDR(SDH-BOTDR)では、光ファイバの入力端側から出力される自然BS光に対して,自己遅延ヘテロダイン検波を行う。自己遅延ヘテロダイン干渉計の出力信号をバランス検波した後の信号は、Re{E (t-τ)E(t)exp(-iωt)}となる。ここで、ω=2πfであり、fは、光周波数シフタ部44における周波数シフト量、すなわち、局発電気信号源80の発振周波数である。 In BOTDR (SDH-BOTDR) using a self-delay heterodyne interferometer, self-delay heterodyne detection is performed on natural BS light output from the input end of an optical fiber. A signal after balance detection of the output signal of the self-delay heterodyne interferometer is Re{E s * (t−τ)E s (t) exp(−iω m t)}. Here, ω m =2πf m , and f m is the frequency shift amount in the optical frequency shifter section 44 , that is, the oscillation frequency of the local oscillator electric signal source 80 .

このバランス検波した後の信号の位相変化からBFSを見積もるが、E(t)は、ランダムな雑音因子Rを含んでいるために散乱光波形は激しく揺いでしまい、BFSを算出することはできない。そこで、実際の計測では平均化処理を施している。ここでは、Re{E (t-τ)E(t)exp(-iωt)}の期待値を求めることにより揺らぎを除去して、BFSを見積もる。これは、極限まで平均化した場合に相当すると考えることができる。上記式(5)を用いて、期待値Re{E (t-τ)E(t)exp(-iωt)}を計算すると、以下の式(7)~(11)が得られる。 The BFS is estimated from the phase change of the signal after this balanced detection, but since E s (t) contains a random noise factor R, the scattered light waveform fluctuates violently, and the BFS cannot be calculated. . Therefore, averaging processing is performed in actual measurement. Here, the expected value of Re{E s * (t−τ)E s (t)exp(−iω m t)} is obtained to remove the fluctuation and estimate the BFS. This can be thought of as equivalent to averaging to the limit. When the expected value Re {E s * (t−τ) E s (t) exp(−iω m t)} is calculated using the above equation (5), the following equations (7) to (11) are obtained. be done.

Figure 2023044915000008
Figure 2023044915000008

この上記式(11)で与えられるΔφSPM(z、t)が、SPMによる位相変化を与えるので、上記式(8)~(10)を用いて、SPMの影響を見積もることができる。 Since Δφ SPM (z, t) given by equation (11) above gives the phase change due to SPM, the influence of SPM can be estimated using equations (8) to (10) above.

ここでは、例として、励起光パルスのパルス形状を立ち上がり及び立ち下がりが5次スーパーガウシアン、パルス幅を2.5nsec、自己遅延干渉計の遅延量τを1nsec、光ファイバ長を500mとする。なお、光ファイバの歪み及び温度変化はないものと仮定する。また、立ち上がり及び立ち下がりがともに5次スーパーガウシアンのパルス形状は、ほぼ矩形となる。 Here, as an example, the pulse shape of the excitation light pulse is assumed to be fifth-order super-Gaussian for rise and fall, pulse width of 2.5 nsec, delay amount τ of the self-delay interferometer of 1 nsec, and optical fiber length of 500 m. It is assumed that there is no distortion of the optical fiber and no temperature change. Moreover, the pulse shape of the fifth-order super-Gaussian both rising and falling is almost rectangular.

ここで、励起光パルスのピークパワーが0.5W、1W、2W、5W、10W及び15Wである場合の、BFS(単位:MHz)と、規格化したビート強度を計算する。図2は、励起光パルスのピークパワーを変えた時の、規格化ビート強度及びBFSを示す図である。図2では、横軸に光ファイバの入力端からの距離(単位:km)をとって示し、左軸に規格化ビート強度をとって示し、右軸にBFS(単位:MHz)をとって示している。図2中、符号Aで示す点線は規格化ビート強度であり、符号Bで示す実線はBFSである。 Here, BFS (unit: MHz) and normalized beat intensity are calculated when the peak power of the excitation light pulse is 0.5 W, 1 W, 2 W, 5 W, 10 W and 15 W. FIG. FIG. 2 is a diagram showing normalized beat intensity and BFS when the peak power of the excitation light pulse is changed. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the distance (unit: km) from the input end of the optical fiber, the left axis indicates the normalized beat intensity, and the right axis indicates the BFS (unit: MHz). ing. In FIG. 2, the dotted line indicated by symbol A is normalized beat strength, and the solid line indicated by symbol B is BFS.

図2に示されるように、BFSは、励起光パルスのピークパワーにほぼ依存せず一定値となる。ここでは、光ファイバの歪み及び温度変化がないものとしているので、BFSは0となる。一方、ビート信号の強度は、入力端からの距離が大きくなるにつれて小さくなる傾向があるが、励起光パルスのピークパワーが高くなるにつれ、SPMの影響により変化が顕著になることが分かる。 As shown in FIG. 2, BFS is a constant value that is almost independent of the peak power of the excitation light pulse. Here, since it is assumed that there is no distortion of the optical fiber and no change in temperature, the BFS is 0. On the other hand, the intensity of the beat signal tends to decrease as the distance from the input end increases.

図2からは、一見、SPMの影響はビート信号強度に大きく現れるものの、BFSへの影響は軽微であるという結果に見える。この結果が妥当か考察する。自己遅延検波型のBOTDRでは、励起光パルスに生じたSPMによる位相シフトは,受信側で観測される自然BS光において、直接的には非線形位相シフトΔφSPM(z、t)として、現れ、最終的には、上記式(8)及び(9)の積分の結果に影響する。 As can be seen from FIG. 2, the effect of the SPM appears to be large on the beat signal intensity, but the effect on the BFS is slight. Consider whether this result is valid. In the self-delay detection type BOTDR, the phase shift caused by the SPM in the excitation light pulse appears directly as a nonlinear phase shift Δφ SPM (z, t) in the natural BS light observed on the receiving side, and finally Specifically, it affects the integration results of equations (8) and (9) above.

ΔφSPM(z、t)は、以下の式(12)で与えられる、励起光パルスが距離zで散
乱されて時刻tに受信端に戻るときの自然BS光に重畳されたSPMによる位相シフトと、以下の式(13)で与えられる、遅延干渉計において遅延時間τだけ遅れて重ね合わされる自然BS光の位相シフトとの差、すなわち、パルス包絡線の二乗の差分となっている。
Δφ SPM (z, t) is the phase shift due to the SPM superimposed on the natural BS light when the excitation light pulse is scattered at a distance z and returns to the receiving end at time t, given by the following equation (12): , the difference from the phase shift of the natural BS light that is superimposed with a delay time τ in the delay interferometer given by the following equation (13), that is, the squared difference of the pulse envelope.

Figure 2023044915000009
Figure 2023044915000009

図3は、t=2×0.45[km]/vとしたときの、上記式(11)で与えられる、非線形位相シフトと、上記式(8)及び(9)に現れる、パルス包絡線関数の積を示す図である。図3では、横軸に光ファイバの入力端からの距離をとって示し、右軸にSPMによる非線形位相シフトをとって示し、左軸に規格化パルス強度をとって示している。図3では、符号Aで示す破線は、上記式(12)を規格化したものであり、符号Bで示す破線は、上記式(13)を規格化したものであり、符号Cで示す実線は、上記式(8)及び(9)に現れる、パルス包絡線関数の積であり、符号Dで示す実線は、SPMによる位相シフトΔφNL(単位:rad)である。なお、励起光パルスのピークパワーを10Wとしている。 FIG. 3 shows the nonlinear phase shift given by equation (11) above and the pulse envelope FIG. 10 is a diagram showing the product of line functions; In FIG. 3, the horizontal axis indicates the distance from the input end of the optical fiber, the right axis indicates the nonlinear phase shift due to SPM, and the left axis indicates the normalized pulse intensity. In FIG. 3, the dashed line indicated by symbol A is the normalization of the above equation (12), the broken line indicated by the symbol B is the normalization of the above equation (13), and the solid line indicated by symbol C is , is the product of the pulse envelope functions appearing in equations (8) and (9) above, and the solid line labeled D is the phase shift Δφ NL (in rad) due to the SPM. Note that the peak power of the excitation light pulse is 10W.

ここで、f(t-2z/v-τ)f(t-2z/v)は偶関数、ΔφSPM(z、t)は奇関数であるので、上記式(9)で表される積分の被積分関数は、奇関数の積分と考えて良い。また、積分領域[0、L]の中の極短い領域のみ積分に寄与するので、積分により得られるQ(t)はtに関係なくほぼゼロと考えて良い。一方、式(8)で表される積分の被積分関数は偶関数なので、I(t)は正の有限値を持つと考えられる。すなわち、Q(t)/I(t)は、ほぼゼロとなる。したがって、図2に示されるように、BFSもゼロ近傍の値をとる。一方、ビート信号強度である(I(t)+Q(t)1/2は、I(t)が支配的になり、ΔφSPM(z、t)の値に依存して変化するものと考えられる。 Here, f(t−2z/v g −τ)f(t−2z/v g ) is an even function, and Δφ SPM (z, t) is an odd function, so expressed by the above equation (9) The integrand of an integral can be thought of as the integral of an odd function. Also, since only a very short region in the integration region [0, L] contributes to integration, Q(t) obtained by integration can be considered to be almost zero regardless of t. On the other hand, since the integrand function of the integration represented by Equation (8) is an even function, I(t) can be considered to have a positive finite value. That is, Q(t)/I(t) becomes almost zero. Therefore, as shown in FIG. 2, BFS also takes a value near zero. On the other hand, the beat signal intensity (I(t) 2 +Q(t) 2 ) 1/2 is dominated by I(t) and varies depending on the value of Δφ SPM (z, t). it is conceivable that.

単純には、cos(ΔφNL)≦1なので、SPMの影響がある、すなわち、ΔφSPM(z、t)≠0とすると、I(t)が支配的であるビート信号強度は、図2に示されるように低下する。 Simply, since cos(Δφ NL )≦1, there is an influence of SPM, that is, if Δφ SPM (z, t)≠0, the beat signal strength dominated by I(t) is shown in FIG. Decrease as shown.

BFSにおいて、SPMの影響があまり見られないという結果は、光ファイバ全長にわたって、各点で生じた散乱光を重ね合わせる、すなわち、積分すると、SPMによる非線形周波数シフトの影響が相殺されることを示している。これには、上記式(9)で与えられるQ(t)の被積分関数が奇関数となるようにバランスがとれていることが前提となる。このことは裏を返せば、このバランスが崩れると、BFSへの影響が顕著になることを示している。 The result that the effect of SPM is not significant in BFS indicates that the effect of nonlinear frequency shift due to SPM can be canceled by superimposing, i.e., integrating, the scattered light generated at each point over the length of the optical fiber. ing. This presupposes that the integrand of Q(t) given by the above equation (9) is balanced so that it is an odd function. In other words, if this balance is disturbed, the effect on BFS becomes significant.

ここでいうバランスとは、励起光パルスの形状の対称性に他ならない。計算上は、励起光パルスに理想的な対称性を持たせることができるが、実際の装置に実装されるパルス光源では、少なからず立ち上がりや立ち下がりの急峻さなどに差があると考えられる。そこで、励起パルスの形状が非対称となる場合について、BFS及びビート信号強度にSPMがどう影響するか同様の計算により見積もった。 The balance here is nothing but the symmetry of the shape of the excitation light pulse. In terms of calculation, the excitation light pulse can be given ideal symmetry, but it is considered that the pulse light source implemented in an actual device has not a little difference in the sharpness of rise and fall. Therefore, in the case where the shape of the excitation pulse is asymmetrical, the effect of the SPM on the BFS and the beat signal intensity was estimated by similar calculations.

図4は、励起光パルスの立ち上がり、又は立ち下がりの形状を変化させた場合の結果を示す図である。図4(A)は、立ち下がりを5次のスーパーガウシアンに固定し、立ち上がりの次数を5次から1次のスーパーガウシアンに変化させている。ここで、1次のスーパーガウシアンは、通常のガウシアン形状である。図4(B)は、立ち上がりを5次のスーパーガウシアンに固定し、立ち下がりの次数を5次から1次のスーパーガウシアンに変化させている。図4(C)は、励起光パルスの立ち上がり、又は立ち下がりの形状を変化させた場合の、規格化ビート強度及びBFSを示す図である。図4(A)~(C)では、横軸に光ファイバの入力端からの距離(単位:km)をとって示している。図4(A)及び(B)では、縦軸に、励起光パルスのピークパワー(任意単位)をとって示している。また図4(C)では、左軸に規格化ビート強度をとって示し、右軸にBFS(単位:MHz)をとって示している。図4中、符号I~IVで示す線は、立下りが5次のスーパーガウシアンであり、立ち上がりが、それぞれ、1次~4次のスーパーガウシアンである。符号Vで示す線は、立ち上がり及び立下りがともに5次のスーパーガウシアンである。また、符号VI~IXで示す線は、立ち上がりが5次のスーパーガウシアンであり、立下りが、それぞれ、4次~1次のスーパーガウシアンである。 FIG. 4 is a diagram showing the results when the shape of the rise or fall of the excitation light pulse is changed. In FIG. 4A, the falling edge is fixed to the 5th order super Gaussian, and the rising order is changed from the 5th order to the 1st order super Gaussian. Here, the first-order super-Gaussian is a normal Gaussian shape. In FIG. 4B, the rising edge is fixed to the 5th order super Gaussian, and the falling edge order is changed from the 5th order to the 1st order super Gaussian. FIG. 4C is a diagram showing normalized beat intensity and BFS when the shape of the rise or fall of the excitation light pulse is changed. In FIGS. 4A to 4C, the horizontal axis represents the distance (unit: km) from the input end of the optical fiber. In FIGS. 4A and 4B, the vertical axis represents the peak power (arbitrary unit) of the pumping light pulse. In FIG. 4C, the left axis indicates normalized beat intensity, and the right axis indicates BFS (unit: MHz). In FIG. 4, the lines indicated by symbols I to IV are super-gaussian with fifth-order falling, and super-gaussian with first-order to fourth-order rising, respectively. The line denoted by symbol V is a super-gaussian with 5th order both rising and falling. Lines VI to IX have rises of fifth-order Super-Gaussian, and falls of fourth-order to first-order Super-Gaussians, respectively.

図4(C)に示されるように、符号Vから符号Iに向けて、及び、符号Vから符号IXに向けて、すなわち、入力パルスの非対称性が大きくなるにつれて、BFSの変化が大きくなることが分かる。これは、上記式(9)で与えられるQ(t)の積分においてSPMによる非線形位相シフトが相殺せず残留するためである。 As shown in FIG. 4C, the change in BFS increases from code V to code I and from code V to code IX, that is, as the asymmetry of the input pulse increases. I understand. This is because the nonlinear phase shift due to the SPM remains without being canceled in the integration of Q(t) given by equation (9) above.

このように、実際の装置を構成する上では、SPMの影響を抑制するために、入力光パルスの形状の対称性まで考慮する必要がある。特に、距離レンジの拡大、あるいは、入力パルス幅の狭窄化により空間分解能の向上を図る場合には、SPMの影響がより顕著に表れる。従って、入力パルスの対称性は装置設計の重要なポイントになる。 Thus, in constructing an actual device, it is necessary to consider even the symmetry of the shape of the input optical pulse in order to suppress the influence of SPM. In particular, the effect of SPM becomes more pronounced when attempting to improve the spatial resolution by expanding the distance range or narrowing the input pulse width. Therefore, the symmetry of the input pulse becomes an important point in device design.

そこで、先ず、光源部10にて生成した光パルスを、サーキュレータ20を経て校正用光ファイバ100bに入力する。信号処理装置74は、歪み、温度分布のない校正用光ファイバ100bの長手方向に沿ったBFS分布を取得する。そして、信号処理装置74は、BFS分布に傾きが出ないように、任意波形発生器16にて生成される電気パルスの形状を制御するフィードバック信号を生成する。このフィードバック信号は、光源部10の任意波形発生器16に送られる。光源部10の任意波形発生器16は、フィードバック信号に応じて電気パルスのパルス形状を制御し、その結果、光変調器14で生成される光パルスの形状が制御される。 Therefore, first, an optical pulse generated by the light source unit 10 is input to the calibration optical fiber 100b through the circulator 20. As shown in FIG. The signal processing device 74 acquires the BFS distribution along the longitudinal direction of the calibration optical fiber 100b without distortion and temperature distribution. The signal processor 74 then generates a feedback signal that controls the shape of the electrical pulse generated by the arbitrary waveform generator 16 so that the BFS distribution does not have a slope. This feedback signal is sent to the arbitrary waveform generator 16 of the light source section 10 . The arbitrary waveform generator 16 of the light source section 10 controls the pulse shape of the electrical pulse according to the feedback signal, and as a result, the shape of the optical pulse generated by the optical modulator 14 is controlled.

SPMの影響が抑圧できていることは、励起光パルスの入力パワーを変化させたときに、図4(C)中、符号Vで示したようなBFSの傾きが出ないということをもって確認できる。SPMの抑圧を確認した後、被測定光ファイバ100aへの切り換えを行い、例えば、被測定光ファイバ100aを設置した測定対象構造物の歪みや温度変化などの測定を行う。 The fact that the influence of SPM can be suppressed can be confirmed by the fact that when the input power of the excitation light pulse is changed, the slope of the BFS as indicated by symbol V in FIG. 4(C) does not appear. After confirming that the SPM is suppressed, the optical fiber 100a is switched to and, for example, the strain and temperature change of the structure to be measured in which the optical fiber 100a is installed are measured.

以上説明したように、自己遅延検波型BOTDRにおいては、光ファイバでのSPMがBFS計測に及ぼす影響が、入力光パルスの非対称性等の形状に大きく依存する。SPMと入力光パルス形状がBFSにどのように反映されるかが分かったので、歪みや温度変化がなくBFS分布が予め一様になることが分かっている校正用光ファイバに対するBFS計測結果から、パルス形状を制御し、SPMの影響を最小化できる。SPMの影響抑圧により入力光パルスのピークパワーを上げることが可能になるので、BFS計測におけるS/N比が向上し、したがって計測精度の改善につながる。 As described above, in self delay detection BOTDR, the influence of SPM in an optical fiber on BFS measurement greatly depends on the shape of the input optical pulse, such as asymmetry. Since we know how the SPM and the input optical pulse shape are reflected in the BFS, the BFS measurement results for the calibration optical fiber, which is known to have a uniform BFS distribution in advance without strain or temperature change, yields The pulse shape can be controlled to minimize the effects of SPM. Suppression of the influence of SPM makes it possible to increase the peak power of the input optical pulse, which improves the S/N ratio in BFS measurement, thus leading to improved measurement accuracy.

ここでは、図1を参照して最初に、歪み・温度分布のない校正用光ファイバ100bに
接続して、SPMの影響が最小になるようにパルス形状を最適化し、その後、被測定光ファイバに接続して測定する例を説明したがこれに限定されない。例えば、校正用光ファイバ100bと被測定光ファイバ100aを直列に接続し,校正用光ファイバ100bに対応する区間のBFSを用いてパルス形状を調整しても良い。
Here, referring to FIG. 1, first, an optical fiber 100b for calibration without strain and temperature distribution is connected, and the pulse shape is optimized so as to minimize the influence of SPM. Although an example of connecting and measuring has been described, the present invention is not limited to this. For example, the optical fiber for calibration 100b and the optical fiber to be measured 100a may be connected in series, and the pulse shape may be adjusted using the BFS of the section corresponding to the optical fiber for calibration 100b.

ここでは、測定装置が自己遅延ヘテロダイン干渉計を備える例を説明したが、これに限定されない。自己遅延干渉計を、自己遅延ホモダイン干渉計としてもよい。自己遅延ホモダイン干渉計は、光周波数シフタ部を備えない点が、自己遅延ヘテロダイン干渉計と異なる。この場合、コヒーレント検波部60で生成されるホモダイン信号がそのまま位相差信号に対応するため、局発電気信号生成部、ミキサー、及び、電気フィルタが不要となる。この自己遅延ホモダイン干渉計を備える測定装置は、光周波数シフタ部や局発電気信号源を備えないため、自己遅延ヘテロダイン干渉計を備える測定装置に比べて、製造コストの面で有利である。 Here, an example in which the measurement device includes a self-delay heterodyne interferometer has been described, but the present invention is not limited to this. The self-delay interferometer may be a self-delay homodyne interferometer. The self-delay homodyne interferometer differs from the self-delay heterodyne interferometer in that it does not include an optical frequency shifter section. In this case, the homodyne signal generated by the coherent detection section 60 directly corresponds to the phase difference signal, so that the local electrical signal generation section, mixer, and electrical filter are not required. A measuring apparatus equipped with this self-delayed heterodyne interferometer does not include an optical frequency shifter section or a local oscillator electric signal source, so it is more advantageous in terms of manufacturing cost than a measuring apparatus equipped with a self-delayed heterodyne interferometer.

10 光源部
12 レーザー光源
14 光変調器
16 任意波形発生器
20 サーキュレータ
30 光バンドパスフィルタ
32 光増幅器
40 自己遅延ヘテロダイン干渉計
42 分岐部
44 光周波数シフタ部
46 偏波制御部
48 遅延部
50 合波部
60 コヒーレント検波部
62 バランス型PD
64 FET増幅器
70 ミキサー
72 電気フィルタ(LPF)
74 信号処理装置
80 局発電気信号源
100 光ファイバ
100a 被測定光ファイバ
100b 校正用光ファイバ
10 light source unit 12 laser light source 14 optical modulator 16 arbitrary waveform generator 20 circulator 30 optical bandpass filter 32 optical amplifier 40 self-delay heterodyne interferometer 42 branch unit 44 optical frequency shifter unit 46 polarization control unit 48 delay unit 50 multiplexing Part 60 Coherent detection part 62 Balanced PD
64 FET amplifier 70 mixer 72 electrical filter (LPF)
74 signal processor 80 local electric signal source 100 optical fiber 100a optical fiber to be measured 100b optical fiber for calibration

Claims (7)

プローブ光として光パルスを生成する光源部と、
前記プローブ光により光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する分岐部と、
前記第1光路に設けられ、前記第1光路を伝搬する光にビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、
前記第2光路に設けられ、前記第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える遅延部と、
前記第1光路及び前記第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波をビート信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記ビート信号と同じ周波数を持つ局発電気信号を生成する局発電気信号生成部と、
前記ビート信号と前記局発電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号として出力するミキサーと、
前記ホモダイン信号に含まれる位相差信号に対して所定の処理を行い、前記ビート信号の強度変化に基づいて、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出し、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、前記光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する信号処理装置と
を備え、
前記信号処理装置は、
前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得し、
前記周波数変化の分布の傾きに基づいて、前記光源部で生成される光パルスの形状を制御するフィードバック信号を生成し、
前記フィードバック信号を前記光源部に送る
ことを特徴とする分布型光ファイバ歪み測定装置。
a light source unit that generates an optical pulse as probe light;
a branching part that branches the natural Brillouin scattered light generated in the optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path;
an optical frequency shifter unit provided in the first optical path and imparting a frequency shift of a beat frequency to light propagating in the first optical path;
a delay unit provided in the second optical path to delay light propagating in the second optical path by a delay time τ;
a combining unit configured to combine the lights propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light;
a coherent detector that heterodyne-detects the combined light and outputs a difference frequency as a beat signal;
a local electrical signal generator that generates a local electrical signal having the same frequency as the beat signal;
a mixer that homodyne-detects the beat signal and the local oscillator signal and outputs a homodyne signal;
A phase difference signal included in the homodyne signal is subjected to a predetermined process, a frequency change of the natural Brillouin scattered light is calculated based on the intensity change of the beat signal, and from the frequency change of the natural Brillouin scattered light, A signal processing device that acquires the strain distribution along the longitudinal direction of the optical fiber,
The signal processing device is
Acquiring the frequency change distribution of the natural Brillouin scattered light,
generating a feedback signal for controlling the shape of the light pulse generated by the light source unit based on the slope of the frequency change distribution;
A distributed optical fiber strain measuring apparatus, wherein the feedback signal is sent to the light source unit.
プローブ光として光パルスを生成する光源部と、
前記プローブ光により光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する分岐部と、
前記第2光路に設けられ、前記第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える遅延部と、
前記第1光路及び前記第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記位相差信号に対して所定の処理を行い、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出し、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、前記光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する信号処理装置と
を備え、
前記信号処理装置は、
前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得し、
前記周波数変化の分布の傾きに基づいて、前記光源部で生成される光パルスの形状を制御するフィードバック信号を生成し、
前記フィードバック信号を前記光源部に送る
ことを特徴とする分布型光ファイバ歪み測定装置。
a light source unit that generates an optical pulse as probe light;
a branching part that branches the natural Brillouin scattered light generated in the optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path;
a delay unit provided in the second optical path to delay light propagating in the second optical path by a delay time τ;
a combining unit configured to combine the lights propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light;
a coherent detector that homodyne-detects the combined light and outputs a difference frequency as a phase difference signal;
Predetermined processing is performed on the phase difference signal to calculate a frequency change of the natural Brillouin scattered light, and from the frequency change of the natural Brillouin scattered light, a strain distribution along the longitudinal direction of the optical fiber is obtained. and a signal processor,
The signal processing device is
Acquiring the frequency change distribution of the natural Brillouin scattered light,
generating a feedback signal for controlling the shape of the light pulse generated by the light source unit based on the slope of the frequency change distribution;
A distributed optical fiber strain measuring apparatus, wherein the feedback signal is sent to the light source unit.
前記光ファイバとして、被測定光ファイバと校正用光ファイバとが切り換え可能に設けられ、
前記フィードバック信号の生成は、前記校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を用いて行われる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の分布型光ファイバ歪測定装置。
As the optical fiber, an optical fiber to be measured and an optical fiber for calibration are switchably provided,
3. The distributed optical fiber strain measuring apparatus according to claim 1, wherein said feedback signal is generated using natural Brillouin scattering light generated in said calibration optical fiber.
前記光ファイバとして、被測定光ファイバと校正用光ファイバとが直列に接続されて設けられ、
前記フィードバック信号の生成は、前記校正用光ファイバに対応する区間で発生する自然ブリルアン散乱光を用いて行われる
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の分布型光ファイバ歪測定装置。
An optical fiber to be measured and an optical fiber for calibration are connected in series as the optical fiber,
3. The distributed optical fiber strain measuring apparatus according to claim 1, wherein said feedback signal is generated using natural Brillouin scattered light generated in a section corresponding to said calibration optical fiber.
前記光源部は、
連続光を生成するレーザー光源と、
電気パルスのパルス形状が前記フィードバック信号に基づく電気パルス駆動信号を生成する任意波形発生器と、
前記連続光を変調して、前記電気パルスのパルス形状に応じたパルス形状の光パルスを生成する光変調器と
を備えることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の分布型光ファイバ歪測定装置。
The light source unit
a laser light source that produces continuous light;
an arbitrary waveform generator for generating an electrical pulse drive signal in which the pulse shape of electrical pulses is based on said feedback signal;
5. The distribution according to any one of claims 1 to 4, further comprising an optical modulator that modulates the continuous light to generate an optical pulse having a pulse shape corresponding to the pulse shape of the electrical pulse. type optical fiber strain measurement device.
プローブ光として光パルスを生成する過程と、
前記プローブ光により校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する過程と、
前記第1光路を伝搬する光にビート周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える過程と、
前記第1光路及び前記第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波をビート信号として出力する過程と、
前記ビート信号と同じ周波数を持つ局発電気信号を生成する過程と、
前記ビート信号と前記局発電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号として出力する過程と、
前記ホモダイン信号に含まれる位相差信号に対して所定の処理を行い、前記ビート信号の強度変化に基づいて、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出する過程と
を有する周波数変化取得過程、
前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得する過程、及び、
前記周波数変化の分布の傾きに基づいて、前記光パルスの形状を制御する過程
を備え、
前記光パルスの形状が所望の形状に制御された後、前記校正用光ファイバを被測定光ファイバに切り換えて前記周波数変化取得過程を行い、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、前記被測定光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する
ことを特徴とする分布型光ファイバ歪み測定方法。
a process of generating an optical pulse as probe light;
a step of bifurcating the natural Brillouin scattered light generated in the calibration optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path;
a step of giving a frequency shift of a beat frequency to the light propagating through the first optical path;
a step of delaying the light propagating through the second optical path by a delay time τ;
a process of combining light propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light;
a step of heterodyne-detecting the combined light and outputting the difference frequency as a beat signal;
generating a local oscillator signal having the same frequency as the beat signal;
a process of homodyne-detecting the beat signal and the local electrical signal and outputting them as a homodyne signal;
a frequency change acquiring step of performing a predetermined process on the phase difference signal included in the homodyne signal and calculating the frequency change of the natural Brillouin scattered light based on the intensity change of the beat signal;
A process of obtaining a frequency change distribution of the naturally Brillouin scattered light, and
A step of controlling the shape of the optical pulse based on the slope of the frequency change distribution;
After the shape of the light pulse is controlled to a desired shape, the optical fiber for calibration is switched to the optical fiber to be measured, the frequency change acquiring process is performed, and the light to be measured is obtained from the frequency change of the natural Brillouin scattered light. A distributed optical fiber strain measuring method, characterized by acquiring a strain distribution along the longitudinal direction of the fiber.
プローブ光として光パルスを生成する過程と、
前記プローブ光により校正用光ファイバで発生する自然ブリルアン散乱光を、第1光路及び第2光路に2分岐する過程と、
前記第2光路を伝搬する光に遅延時間τの遅延を与える過程と、
前記第1光路及び前記第2光路を伝搬する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する過程と、
前記位相差信号に対して所定の処理を行い、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化を算出する過程と
を有する周波数変化取得過程、
前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化の分布を取得する過程、及び、
前記周波数変化の分布の傾きに基づいて、前記光パルスの形状を制御する過程
を備え、
前記光パルスの形状が所望の形状に制御された後、前記校正用光ファイバを被測定光ファイバに切り換えて前記周波数変化取得過程を行い、前記自然ブリルアン散乱光の周波数変化から、前記被測定光ファイバの長手方向に沿った歪みの分布を取得する
ことを特徴とする分布型光ファイバ歪み測定方法。

a process of generating an optical pulse as probe light;
a step of bifurcating the natural Brillouin scattered light generated in the calibration optical fiber by the probe light into a first optical path and a second optical path;
a step of delaying the light propagating through the second optical path by a delay time τ;
a process of combining light propagating through the first optical path and the second optical path to generate combined light;
a process of homodyne-detecting the combined light and outputting the difference frequency as a phase difference signal;
a frequency change acquiring step of performing a predetermined process on the phase difference signal and calculating a frequency change of the natural Brillouin scattered light;
A process of obtaining a frequency change distribution of the naturally Brillouin scattered light, and
A step of controlling the shape of the optical pulse based on the slope of the frequency change distribution;
After the shape of the light pulse is controlled to a desired shape, the optical fiber for calibration is switched to the optical fiber to be measured, the frequency change acquiring process is performed, and the light to be measured is obtained from the frequency change of the natural Brillouin scattered light. A distributed optical fiber strain measuring method, characterized by acquiring a strain distribution along the longitudinal direction of the fiber.

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