JP2023079423A - 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】従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができ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を提供する。【解決手段】光ファイバ特性測定装置１は、周波数変調された連続光Ｌ１をポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐する光分岐部１２と、ポンプ光ＬＰをパルス化したポンプパルス光Ｐを被測定光ファイバＦＵＴの一端から入射させ、被測定光ファイバＦＵＴ内で生じたブリルアン散乱光を出力する光分岐部１６と、ブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光を検出する光検出部１９と、光検出部１９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求める周波数解析部２０と、ブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出する二倍波成分検出部２２と、二倍波成分に基づいて、被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する測定部２３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又は歪み分布、被測定光ファイバの振動、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、ブリルアン光相関領域反射計測法（ＢＯＣＤＲ法：Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）によるものがある。ＢＯＣＤＲ法による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変調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法による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、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法による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１，２を参照されたい。

特許第６７９１１１３号公報 特開２０２１－０８９１９６号公報

ところで、被測定光ファイバから射出されるブリルアン散乱光は微弱であるため、ＢＯＣＤＲ法による光ファイバ特性測定装置で得られるブリルアンゲインスペクトルは、ノイズが重畳されたものであったり、ベースライン（基準線）が不安定なものであったりする。このため、従来のＢＯＣＤＲ法による光ファイバ特性測定装置では、ブリルアンゲインスペクトルに重畳されているノイズを除去するための処理を長時間に亘って行う必要があり、測定時間が長くなるという問題がある。また、ブリルアンゲインスペクトルのレベル変動によってベースラインが不安定であることから、安定的な測定を行うことが難しいという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができ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、２）は、周波数変調された変調光（Ｌ１）をポンプ光（ＬＰ）と参照光（ＬＲ）とに分岐する第１光分岐部（１２）と、前記ポンプ光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）の一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光（ＬＳ）を出力する第２光分岐部（１６）と、前記第２光分岐部から出力される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第１検出部（１９）と、前記第１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求める解析部（２０）と、前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出する第２検出部（２２、３１）と、前記第２検出部で検出された前記二倍波成分に基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部（２３）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、前記第２検出部が、前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルと、前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する検波信号（Ｓｄ）とを混合して前記二倍波成分を得るヘテロダイン検出器（２２ａ）と、前記ヘテロダイン検出器で得られた前記二倍波成分を通過させるフィルタ（２２ｂ）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、前記変調光を射出する光源部（１１）と、前記光源部に供給される前記変調光の変調周波数を有する変調信号（Ｓｍ）と、前記ヘテロダイン検出器に供給される前記検波信号とを発生する信号発生部（１０）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、前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルをディジタル信号に変換する第１変換部（２１）を備えており、前記第２検出部が、前記第１変換部でディジタル信号に変換されたブリルアンゲインスペクトルに対するディジタル信号処理を行って前記二倍波成分を検出し、前記測定部が、前記第２検出部で検出された前記二倍波成分を用いたディジタル信号処理を行って、前記被測定光ファイバの特性を測定する。

或いは、本発明の一態様による光ファイバ特性測定装置は、前記第２検出部で検出された前記二倍波成分をディジタル信号に変換する第２変換部（３２）を備えており、前記測定部が、前記第２変換部でディジタル信号に変換された前記二倍波成分を用いたディジタル信号処理を行って、前記被測定光ファイバの特性を測定する。

本発明の一態様による光ファイバ特性測定方法は、周波数変調された変調光（Ｌ１）をポンプ光（ＬＰ）と参照光（ＬＲ）とに分岐する第１光分岐ステップ（Ｓ１２）と、前記ポンプ光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）の一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光（ＬＳ）を出力する第２光分岐ステップ（Ｓ１３）と、前記第２光分岐ステップで出力された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第１検出ステップ（Ｓ１４）と、前記第１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求める解析ステップ（Ｓ１５）と、前記解析ステップで求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出する第２検出ステップ（Ｓ１６）と、前記第２検出ステップで検出された前記二倍波成分に基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定ステップ（Ｓ１７）と、を有する。

本発明によれば、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができるという効果がある。

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実施形態における二倍波成分検出部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態におけるブリルアン散乱光の検出原理を説明するための図である。 本発明の第１実施形態におけるブリルアン散乱光の検出原理を説明するための図である。 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ブロック図である。

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、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができるようにするものである。具体的には、被測定光ファイバから射出さ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に重畳されているノイズを除去するための処理を短くする（或いは、無くす）ことで、測定に要する時間を従来よりも短くするものである。また、ブリルアンゲインスペクトルのレベル変動を抑制してベースラインを安定化することで、安定的な測定を行うようにするものである。

被測定光ファイバから射出されるブリルアン散乱光は微弱であるため、ＢＯＣＤＲ法による光ファイバ特性測定装置で得られるブリルアンゲインスペクトルは、ノイズが重畳されたものであったり、ベースライン）が不安定なものであったりする。このため、従来のＢＯＣＤＲ法による光ファイバ特性測定装置では、ブリルアンゲインスペクトルに重畳されているノイズを除去するための処理を長時間に亘って行う必要があり、測定時間が長くなっていた。また、ブリルアンゲインスペクトルのレベル変動によってベースラインが不安定であることから、安定的な測定を行うことが難しかった。

本発明の実施形態は、まず、周波数変調された変調光をポンプ光と参照光とに分岐し、ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させて被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光を得る。次に、ブリルアン散乱光と参照光との干渉光を検出して、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求める。そして、求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出し、検出された二倍波成分に基づいて、被測定光ファイバの特性を測定する。これにより、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができる。

〔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、信号発生部１０、光源部１１、光分岐部１２（第１光分岐部）、パルス化部１３、光遅延部１４、光増幅部１５、光分岐部１６（第２光分岐部）、光増幅部１７、合波部１８、光検出部１９（第１検出部）、周波数解析部２０（解析部）、Ａ／Ｄ変換部２１（第１変換部）、二倍波成分検出部２２（第２検出部）、及び測定部２３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にポンプパルス光Ｐ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法による光ファイバ特性測定装置である。尚、上記のポンプパルス光Ｐは、周波数変調が与えられた連続光としてのポンプ光ＬＰをパルス化したものである。また、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。

被測定光ファイバＦＵＴは、ポンプパルス光Ｐの波長等に応じて任意のものを用いることができる。また、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの長さは、相関ピークの間隔ｄｍよりも長いものとし、被測定光ファイバＦＵＴには複数の相関ピークが存在するものとする。

信号発生部１０は、光源部１１に供給される変調信号Ｓｍ、パルス化部１３に供給されるパルス化信号Ｓｐ、及び二倍波成分検出部２２に供給される検波信号Ｓｄを発生する。変調信号Ｓｍは、光源部１１から周波数変調された連続光Ｌ１（変調光）を出力させるための信号である。変調信号Ｓｍの周波数（変調周波数ｆｍ）は、予め規定された周波数範囲で掃引される。パルス化信号Ｓｐは、連続光としてのポンプ光ＬＰをパルス化するための信号である。検波信号Ｓｄは、変調信号Ｓｍの２倍の周波数を有する信号である。

光源部１１は、光源１１ａと駆動信号生成部１１ｂとを備えており、信号発生部１０から出力される変調信号Ｓｍを用いて、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、駆動信号生成部１１ｂから出力される駆動信号Ｄ１に応じて周波数変調された連続光Ｌ１を出力する。

駆動信号生成部１１ｂは、信号発生部１０から出力される変調信号Ｓｍを用いて、周波数変調された連続光Ｌ１を光源１１ａから出力させるための駆動信号Ｄ１を生成する。具体的に、駆動信号生成部１１ｂは、直流バイアス電流と正弦波交流電流とを加算して駆動信号Ｄ１を生成する。この駆動信号Ｄ１は、正弦波状の信号であり、その周波数（変調周波数ｆｍ）は、信号発生部１０から供給される変調信号Ｓｍによって規定される。

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。パルス化部１３は、信号発生部１０から出力されるパルス化信号Ｓｐを用いて、第１光分岐部１２で分岐されたポンプ光ＬＰをパルス化する。このようなパルス化部１３を設けるのは、時間ゲート法で用いるポンプパルス光Ｐを得るためである。ここで、ポンプパルス光Ｐのパルス幅ｔｐｗは、ポンプパルス光Ｐが被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播する際に、ポンプパルス光Ｐ内に相関ピークが１つのみ含まれるように設定される。具体的には、以下の（１）式が満たされるように、ポンプパルス光Ｐのパルス幅ｔｐｗが設定される。
ｔｐｗ≦１／ｆｍ …（１）

光遅延部１４は、パルス化部１３でパルス化されたポンプ光ＬＰ（ポンプパルス光Ｐ）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。

光増幅部１５は、光遅延部１４を介したポンプパルス光Ｐを増幅する。この光増幅部１５は、例えば、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier：エルビウム添加光ファイバ増幅器）等の光増幅器を備えており、ポンプパルス光Ｐを所定の増幅率で増幅する。

光分岐部１６は、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを備える。第１ポートは、光増幅部１５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、光増幅部１７と接続される。光分岐部１６は、第１ポートから入力されるポンプパルス光Ｐを第２ポートに出力する。また、第２ポートから入力される被測定光ファイバＦＵＴからのブリルアン散乱光ＬＳを第３ポートに出力する。このような光分岐部１６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。

光増幅部１７は、光分岐部１６の第３ポートから出力されるブリルアン散乱光ＬＳを増幅する。この光増幅部１７は、光増幅部１５と同様に、例えば、ＥＤＦＡ等の光増幅器を備えており、光分岐部１６の第３ポートから出力されるブリルアン散乱光ＬＳを所定の増幅率で増幅する。

合波部１８は、光増幅部１７で増幅されたブリルアン散乱光ＬＳと、光分岐部１２で分岐された参照光ＬＲとを結合させる。また、合波部１８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つの光に分岐して光検出部１９に出力する。合波部１８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。このような合波部１８としては、例えば、光カプラを用いることができる。

光検出部１９は、合波部１８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。光検出部１９は、例えば、２つのフォトダイオード（ＰＤ: Photo Diode）１９ａ，１９ｂからなるバランスド・フォトダイオードと、合波器１９ｃとを備える。フォトダイオード１９ａ，１９ｂは、合波部１８から出力される２つの光をそれぞれ受光する。フォトダイオード１９ａ，１９ｂの受光信号は合波器１９ｃに入力される。合波器１９ｃ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。

周波数解析部２０は、光検出部１９から出力される検出信号Ｓ１の周波数解析を行う。つまり、周波数解析部２０は、光検出部１９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。周波数解析部２０は、例えば、スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ：Electrical Spectrum Analyzer）を備える。周波数解析部２０は、光検出部１９から出力される検出信号Ｓ１を、時間ゲート法で規定される期間の間に取り込む。これにより、被測定光ファイバＦＵＴに複数の相関ピークが存在しても、被測定光ファイバＦＵＴの特性を問題なく測定することができる。

尚、周波数解析部２０は、スペクトラムアナライザに代えて、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る構成であっても良い。このような構成の周波数解析部２０は、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。

Ａ／Ｄ変換部２１は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルをディジタル信号に変換する。尚、周波数解析部２０が、高速フーリエ変換を行う変換器を備えるものである場合には、周波数解析部２０からはスペクトルデータ（ディジタル信号に変換されたブリルアンゲインスペクトル）が出力されるため、Ａ／Ｄ変換部２１を省略することができる。

二倍波成分検出部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１でディジタル信号に変換されたブリルアンゲインスペクトルに対するディジタル信号処理を行って、周波数解析部２０で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる二倍波成分を検出する。ここで、二倍波成分とは、連続光Ｌ１の変調周波数ｆｍの二倍の周波数（２ｆｍ）を有する成分である。このような二倍波成分を検出するのは、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルに重畳されるノイズを除去するとともに、ベースラインの変動を抑制することで、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うようにするためである。

この二倍波成分は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルの周波数（２ｆｍ）における強度を示すものであり、そのブリルアンゲインスペクトルが被測定光ファイバＦＵＴのどの位置で得られたものであるかに応じて大きさが変動する。例えば、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルが、相関ピークが現れる位置で得られたものである場合には、二倍波成分の大きさは最も大きくなる。

図２は、本発明の第１実施形態における二倍波成分検出部の内部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、二倍波成分検出部２２は、ヘテロダイン検出器２２ａ及びフィルタ２２ｂを備える。ヘテロダイン検出器２２ａは、Ａ／Ｄ変換部２１で変換されたディジタル信号と信号発生部１０から出力された検波信号Ｓｄとを混合して二倍波成分を得る。フィルタ２２ｂは、ヘテロダイン検出器２２ａで得られた二倍波成分を通過させる。このフィルタ２２ｂとしては、例えば、バンドパスフィルタ又はローパスフィルタを用いることができる。

測定部２３は、二倍波成分検出部２２で検出された二倍波成分に基づいて、被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する。具体的に、測定部２３は、二倍波成分検出部２２で検出された二倍波成分を用いたディジタル処理を行って、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を求める。そして、求めたピーク周波数からブリルアン周波数シフト量を求め、このブリルアン周波数シフト量を被測定光ファイバＦＵＴに加わる歪みの大きさや温度変化に換算する。尚、測定部２３は、二倍波成分検出部２２で検出された二倍波成分又は測定された被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、歪み分布）等を表示する表示部を備えていても良い。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。

〈光ファイバ特性測定装置の動作〉
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の長さ方向に沿う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３に示すフローチャートの処理が開始されると、まず、信号発生部１０から駆動信号生成部１１ｂに変調信号Ｓｍが出力される。すると、駆動信号生成部１１ｂから光源１１ａに対し駆動信号Ｄ１が出力され、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が出力される（ステップＳ１１）。尚、信号発生部１０からパルス化部１３にパルス化信号Ｓｐが出力され、信号発生部１０から二倍波成分検出部２２に検波信号Ｓｄが出力される。

光源１１ａから出力された連続光Ｌ１は、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（ステップＳ１２：第１光分岐ステップ）。分岐されたポンプ光ＬＰは、パルス化部１３に入射し、信号発生部１０から出力されるパルス化信号Ｓｐによってパルス化される。これにより、パルス化部１３からは、ポンプパルス光Ｐが出力される。このポンプパルス光Ｐは、光遅延部１４、光増幅部１５、及び光分岐部１６を順に介した後に、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（ステップＳ１３：第２光分岐ステップ）。

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（後方散乱光）が順次発生する。被測定光ファイバＦＵＴ内で発生したブリルアン散乱光ＬＳは、ポンプ光ＬＰが伝播する方向とは反対の方向に伝播して被測定光ファイバＦＵＴの一端から射出される。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、光分岐部１６及び光増幅部１７を順に介して合波部１８に入射する（ステップＳ１３：第２光分岐ステップ）。

合波部１８に入射したブリルアン散乱光ＬＳは、光分岐部１２で分岐された参照光ＬＲと結合し、その干渉光が光検出部１９で検出される（ステップＳ１４：第１検出ステップ）。上記の干渉光が検出されると、光検出部１９から周波数解析部２０に対して検出信号Ｓ１が出力される。周波数解析部２０に検出信号Ｓ１が入力されると、周波数解析部２０において、検出信号Ｓ１の周波数解析が行われ、ブリルアンゲインスペクトルが求められる（ステップＳ１５：解析ステップ）。

周波数解析部２０で求められたブリルアンゲインスペクトルは、Ａ／Ｄ変換部２１でディジタル信号に変換された後に、二倍波成分検出部２２に入力される。そして、二倍波成分検出部２２において、Ａ／Ｄ変換部２１でディジタル信号に変換されたブリルアンゲインスペクトルに対するディジタル信号処理が行われて、周波数解析部２０で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる二倍波成分が検出される（ステップＳ１６：第２検出ステップ）。

続いて、二倍波成分検出部２２で検出された二倍波成分を用いたディジタル処理を行って、ブリルアンゲインスペクトルのピーク周波数を求める処理が測定部２３で行われる。そして、求めたピーク周波数からブリルアン周波数シフト量を求め、このブリルアン周波数シフト量を被測定光ファイバＦＵＴに加わる歪みの大きさや温度変化等に換算して被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する処理が測定部２３で行われる（ステップＳ１７：測定ステップ）。

以上の処理が終了すると、測定終了であるか否かが不図示の制御部で判断される（ステップＳ１８）。例えば、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向における測定点の全てについて測定が終了したか（掃引が完了したか）否かが判断される。測定終了ではないと制御部が判断した場合（ステップＳ１８の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１１に戻り、測定点の位置を変更して光源１１ａの変調周波数ｆｍを再設定した上で、ステップＳ１１～Ｓ１７の処理が行われる。

これに対し、測定終了であると不図示の制御部が判断した場合（ステップＳ１８の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、測定結果を表示する処理が、例えば、測定部２３で行われる（ステップＳ１９）。例えば、横軸が被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向における位置であり、縦軸が被測定光ファイバＦＵＴに加わる歪みの大きさであるグラフ（歪み分布を示すグラフ）を表示する処理が行われる。以上の処理にて、図３に示す一連の処理が終了する。

図４，図５は、本発明の第１実施形態におけるブリルアン散乱光の検出原理を説明するための図である。ここで、被測定光ファイバＦＵＴに入射するポンプパルス光Ｐは、変調周波数ｆｍで周波数変調されているため、被測定光ファイバＦＵＴから射出されるブリルアン散乱光ＬＳも変調周波数ｆｍで周波数変調されたものとなる。このため、以下では、ブリルアン周波数シフト量が含まれるＧＨｚオーダー以上の第１周波数領域と、ポンプパルス光Ｐの変調周波数ｆｍが含まれるＭＨｚオーダーの第２周波数領域とに分けて説明する。尚、図４は、第１周波数領域についての説明図であり、図５は、第２周波数領域についての説明図である。

図４（ａ）は、被測定光ファイバＦＵＴから射出される後方散乱光の第１周波数領域におけるスペクトルを示すグラフであり、図４（ｂ）は、参照光ＬＲの第１周波数領域におけるスペクトルを示すグラフである。また、図４（ｃ）は、検出信号Ｓ１の第１周波数領域における周波数成分を示すグラフである。図４（ａ）に示す通り、被測定光ファイバＦＵＴから射出される後方散乱光には、ポンプパルス光Ｐのレイリー散乱光Ｒとブリルアン散乱光ＬＳとが含まれる。レイリー散乱光Ｒの周波数ν０は、例えば、２００［ＴＨｚ］程度である。ブリルアン散乱光ＬＳの周波数は、ブリルアン周波数シフト量をΔνとすると、ν０±Δνである。尚、ブリルアン周波数シフト量Δνは、例えば、１１［ＧＨｚ］程度である。

図４（ａ）に示す後方散乱光と図４（ｂ）に示す参照光ＬＲとが合波部１８で合波され、その干渉光が光検出部１９で検出されると、光検出部１９からは、図４（ｃ）に示す周波数成分を有する検出信号Ｓ１が得られる。図４（ｃ）に示す通り、検出信号Ｓ１の周波数成分は、図４（ａ）に示す後方散乱光と図４（ｂ）に示す参照光ＬＲとの差周波（Δν）を示すものとなっている。尚、図４（ａ）に示す後方散乱光と図４（ｂ）に示す参照光ＬＲとの和周波（２ν０＋Δν）も発生するが、周波数が高すぎることから検出信号Ｓ１には含まれない。

検出信号Ｓ１に含まれる周波数成分ＦＣは、ブリルアン散乱光ＬＳに対応するものである。このため、周波数解析部２０において、検出信号Ｓ１に含まれる周波数成分ＦＣのスペクトルを解析し、周波数成分ＦＣのピーク周波数を求めることにより、ブリルアン周波数シフト量Δνを求めることができる。そして、測定部２３において、ブリルアン周波数シフト量Δνを被測定光ファイバＦＵＴに加わる歪みの大きさや温度変化に換算すれば、被測定光ファイバＦＵＴの特性が求められる。

図５（ａ）は、被測定光ファイバＦＵＴから射出される後方散乱光の第２周波数領域におけるスペクトルを示すグラフであり、図５（ｂ）は、参照光ＬＲの第２周波数領域におけるスペクトルを示すグラフである。また、図５（ｃ）は、検出信号Ｓ１の第２周波数領域における周波数成分を示すグラフである。図５（ａ），（ｂ）に示す通り、被測定光ファイバＦＵＴから射出される後方散乱光及び参照光ＬＲは、変調周波数ｆｍで周波数変調されている。尚、変調周波数ｆｍは、例えば、５［ＭＨｚ］又は１０［ＭＨｚ］程度である。

図５（ａ）に示す後方散乱光と図５（ｂ）に示す参照光ＬＲとが合波部１８で合波され、その干渉光が光検出部１９で検出されると、光検出部１９から出力される検出信号Ｓ１は、図５（ｃ）に示す周波数成分が含まれるものとなる。つまり、図５（ｃ）に示す通り、図５（ａ）に示す後方散乱光と図５（ｂ）に示す参照光ＬＲとの差周波を示す周波数成分ＦＣ１と、和周波を示す周波数成分ＦＣ２とが含まれたものとなる。

周波数成分ＦＣ１は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルの直流（ＤＣ）成分の強度を示すものであり、周波数成分ＦＣ２は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルの周波数（２ｆｍ）における強度を示すものである。これら周波数成分ＦＣ１，ＦＣ２はそれぞれ、図５（ａ）に示す後方散乱光と図５（ｂ）に示す参照光ＬＲとの差周波及び和周波を示すものであるから、周波数成分ＦＣ１，ＦＣ２の強度は等しい。

従来は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度を示すものとして、図５（ｃ）に示す周波数成分ＦＣ１（合波部１８及び光検出部１９によって得られるＤＣ成分）が用いられていた。しかしながら、この周波数成分ＦＣ１は、ノイズが多くベースラインの変動が引き起こされる。このため、本実施形態では、周波数解析部２０の後段に二倍波成分検出部２２を設け、周波数解析部２０で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる二倍波成分（図５（ｃ）に示す周波数成分ＦＣ２）を検出するようにしている。そして、検出された二倍波成分を、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度として用いるようにしている。これにより、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルに重畳されるノイズが除去されるとともに、ベースラインの変動が抑制され、従来よりも安定的な測定を行うことができる。

以上の通り、本実施形態では、まず、周波数変調された連続光Ｌ１をポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐し、ポンプ光ＬＰをポンプパルス光Ｐに変換してから被測定光ファイバＦＵＴの一端から入射させて被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光ＬＳを得る。次に、ブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光を検出して、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求める。そして、求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出し、検出された二倍波成分に基づいて、被測定光ファイバの特性を測定するようにしている。これにより、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができる。

〔第２実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置の構成〉
図６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ブロック図である。尚、図６においては、図１に示す構成と同じ構成については同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置２は、図１に示す光ファイバ特性測定装置１のＡ／Ｄ変換部２１及び二倍波成分検出部２２を、二倍波成分検出部３１及びＡ／Ｄ変換部３２（第２変換部）に替えた構成である。

つまり、上述した第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、ディジタル信号処理を行って二倍波成分の検出を行うものであった。これに対し、本実施形態の光ファイバ特性測定装置２は、アナログ信号処理を行って二倍波成分の検出を行うものである。

二倍波成分検出部３１は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトルに対するヘテロダイン検波を行って、周波数解析部２０で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる二倍波成分を検出する。尚、本実施形態の光ファイバ特性測定装置２が備える二倍波成分検出部３１と、図１に示す光ファイバ特性測定装置１が備える二倍波成分検出部２２とは、二倍波成分をアナログ信号処理によって検出するのか、ディジタル信号処理によって検出するのかが異なるだけである。

このため、二倍波成分検出部３１は、図２に示す二倍波成分検出部２２が備えるヘテロダイン検出器２２ａ及びフィルタ２２ｂに相当する構成を備える。つまり、二倍波成分検出部３１は、周波数解析部２０で得られたブリルアンゲインスペクトル（アナログ信号）と信号発生部１０から出力された検波信号Ｓｄ（アナログ信号）とを混合して二倍波成分を得るヘテロダイン検出器を備える。また、二倍波成分検出部３１は、ヘテロダイン検出器２２ａで得られた二倍波成分（アナログ信号）を通過させるフィルタを備える。

Ａ／Ｄ変換部３２は、二倍波成分検出部３１で検出された二倍波成分をディジタル信号に変換する。測定部２３は、Ａ／Ｄ変換部３２でディジタル信号に変換された二倍波成分を用いたディジタル処理を行って、被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する。

〈光ファイバ特性測定装置の動作〉
本実施形態の光ファイバ特性測定装置２は、第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１とは、二倍波成分の検出をアナログ信号処理によって行う点が異なるのみであり、基本的には、図３に示すフローチャートに従って動作が行われる。このため、本実施形態の光ファイバ特性測定装置２の動作の詳細な説明は省略する。

以上の通り、本実施形態においても、まず、周波数変調された連続光Ｌ１をポンプ光ＬＰと参照光ＬＲとに分岐し、ポンプ光ＬＰをポンプパルス光Ｐに変換してから被測定光ファイバＦＵＴの一端から入射させて被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光ＬＳを得る。次に、ブリルアン散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの干渉光を検出して、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求める。そして、求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出し、検出された二倍波成分に基づいて、被測定光ファイバの特性を測定するようにしている。これにより、従来よりも短い時間で安定的な測定を行うことができる。

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、パルス化部１３は、ポンプ光ＬＰに対して強度変調を行うことによって、ポンプ光ＬＰをパルス状に整形するものであっても良く、ポンプ光ＬＰに対して周波数変調を行い、ポンプ光ＬＰの光周波数をパルス状に変化させる（光周波数を大きく振る）ものであっても良い。

また、光遅延部１４は、光分岐部１２と光分岐部１６との間以外に、光分岐部１２と合波部１８との間、又は光分岐部１６と合波部１８との間に設けられていても良い。また、参照光ＬＲを増幅する光増幅部を、光分岐部１２と合波部１８の間に備えてもよい。

１，２ 光ファイバ特性測定装置
１０ 信号発生部
１１ 光源部
１２ 光分岐部
１６ 光分岐部
１９ 光検出部
２０ 周波数解析部
２１ Ａ／Ｄ変換部
２２ 二倍波成分検出部
２２ａ ヘテロダイン検出器
２２ｂ フィルタ
２３ 測定部
３１ 二倍波成分検出部
３２ Ａ／Ｄ変換部
ＦＵＴ 被測定光ファイバ
Ｌ１ 連続光
ＬＰ ポンプ光
ＬＲ 参照光
ＬＳ ブリルアン散乱光
Ｓ１ 検出信号
Ｓｍ 変調信号
Ｓｄ 検波信号

Claims (6)

1. 周波数変調された変調光をポンプ光と参照光とに分岐する第１光分岐部と、
   前記ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光を出力する第２光分岐部と、
   前記第２光分岐部から出力される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第１検出部と、
   前記第１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求める解析部と、
   前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出する第２検出部と、
   前記第２検出部で検出された前記二倍波成分に基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   を備える光ファイバ特性測定装置。
2. 前記第２検出部は、前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルと、前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する検波信号とを混合して前記二倍波成分を得るヘテロダイン検出器と、
   前記ヘテロダイン検出器で得られた前記二倍波成分を通過させるフィルタと、
   を備える請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記変調光を射出する光源部と、
   前記光源部に供給される前記変調光の変調周波数を有する変調信号と、前記ヘテロダイン検出器に供給される前記検波信号とを発生する信号発生部と、
   を備える請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記解析部で求められたブリルアンゲインスペクトルをディジタル信号に変換する第１変換部を備えており、
   前記第２検出部は、前記第１変換部でディジタル信号に変換されたブリルアンゲインスペクトルに対するディジタル信号処理を行って前記二倍波成分を検出し、
   前記測定部は、前記第２検出部で検出された前記二倍波成分を用いたディジタル信号処理を行って、前記被測定光ファイバの特性を測定する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記第２検出部で検出された前記二倍波成分をディジタル信号に変換する第２変換部を備えており、
   前記測定部は、前記第２変換部でディジタル信号に変換された前記二倍波成分を用いたディジタル信号処理を行って、前記被測定光ファイバの特性を測定する、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 周波数変調された変調光をポンプ光と参照光とに分岐する第１光分岐ステップと、
   前記ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたブリルアン散乱光を出力する第２光分岐ステップと、
   前記第２光分岐ステップで出力された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第１検出ステップと、
   前記第１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求める解析ステップと、
   前記解析ステップで求められたブリルアンゲインスペクトルの各周波数の強度成分に含まれる前記変調光の変調周波数の二倍の周波数を有する二倍波成分を検出する第２検出ステップと、
   前記第２検出ステップで検出された前記二倍波成分に基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定ステップと、
   を有する光ファイバ特性測定方法。

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