JP2024024903A - 光ファイバセンサ及びブリルアン周波数シフト測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザを直接変調することで、低コスト化を実現する。【解決手段】プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する光源と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する光バンドパスフィルタと、光バンドパスフィルタで抽出された反ストークス光を２分岐する分岐部と、分岐部で２分岐された一方の反ストークス光が入力されて、自己遅延型のホモダイン干渉により干渉信号を生成する干渉信号取得部と、分岐部で２分岐された他方の反ストークス光が入力されて、反ストークス光の強度を示す強度信号を生成する強度取得部と、干渉信号及び強度信号から、ブリルアン周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部とを備えて構成される。【選択図】図１

Description

この発明は、ブリルアン散乱光を用いた光ファイバセンサ、及び、ブリルアン周波数シフト測定方法に関する。

光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とする分布型光ファイバセンシングが盛んに研究されている。特に、散乱光を利用する光ファイバセンシングは、点ごとに計測する電気センサとは異なり、長距離の分布としての計測が可能であるため、被測定対象全体の物理量を計測することができる。

長距離の分布としての計測が可能な分布型光ファイバセンシングとして、光ファイバの片端から光パルスを入射し、光ファイバ中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が代表的である。光ファイバ中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。この中で自然ブリルアン散乱を測定するものはＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ＯＴＤＲ）と呼ばれる（例えば、非特許文献１参照）。

ブリルアン散乱は、光ファイバに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度周波数シフトした位置に観測され、そのスペクトルはブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｇａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と呼ばれる。ＢＧＳの周波数シフト及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ）及びブリルアン線幅と呼ばれる。ＢＦＳ及びブリルアン線幅は、光ファイバの材質及び入射される光の波長によって異なる。例えば、石英系のシングルモード光ファイバの場合、波長１．５５μｍにおけるＢＦＳの大きさ及びブリルアン線幅は、それぞれ約１１ＧＨｚ及び約３０ＭＨｚとなることが報告されている。また、非特許文献１からシングルモードファイバ中の歪み、温度の変化に伴うＢＦＳの大きさは波長１．５５μｍにおいて、それぞれ０．０４９ＭＨｚ／με、１．０ＭＨｚ／℃である。

このように、ＢＦＳは歪みと温度に対して依存性を持つ。このため、ＢＯＴＤＲは橋梁やトンネルなどに代表される大型建造物の劣化診断、プラントの温度モニタリング、及び、地滑りが発生する恐れのある箇所の監視などの目的で利用可能であり、注目されている。

ＢＯＴＤＲでは、光ファイバ中で発生する自然ブリルアン散乱光のスペクトル波形を測定するため、別途用意した参照光とのヘテロダイン検波を行うのが一般的である。自然ブリルアン散乱光の強度はレイリー散乱光の強度に比べて２～３桁小さい。このため、ヘテロダイン検波は最小受光感度を向上させる上でも有用となる。

ここで、自然ブリルアン散乱光は非常に微弱なため、ヘテロダイン検波を適用しても十分な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保できない。その結果、Ｓ／Ｎ改善のための平均化処理が必要となる。ＢＯＴＤＲを行う従来の光ファイバ歪み測定装置では、時間、振幅及び周波数の３次元の情報を取得しているが、平均化処理とこの３次元情報の取得のため、測定時間の短縮が難しい。

これに対し、この出願に係る発明者らにより、自己遅延ヘテロダイン型のＢＯＴＤＲ（ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲ：Ｓｅｌｆ－ｄｅｌａｙｅｄ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ＢＯＴＤＲ）
を利用する、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、受信されるビート信号と局発信号の位相比較をすることで、ＢＦＳの変化を、ビート信号中の位相変化として観測する。このように、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲは、周波数掃引を必要とせずに直接ＢＦＳを算出できるため、高速かつ安価な測定を実現できる。

また、この出願に係る発明者らは、自己遅延干渉計として、自己遅延ホモダイン型のＢＯＴＤＲを利用する、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法も提案している（例えば、特許文献２参照）。自己遅延ホモダイン型のＢＯＴＤＲは、構成がより簡便になるだけでなく、Ｓ／Ｎや空間分解能も向上する。

特開２０１６－１９１６５９号公報 特開２０１９－０６０７４３号公報

Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．，"Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ－ｆｉｂｅｒ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ"， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．Ｅ７６－Ｂ， ｎｏ．４， ｐｐ．３８２－３９０ （１９９３）

ここで、上述の自己遅延ホモダイン型又は自己遅延ヘテロダイン型（以下、自己遅延型と総称することもある。）のＢＯＴＤＲでは、送信部の構成が、自己遅延型でない通常のＢＯＴＤＲとほぼ同じである。すなわち、従来の自己遅延型のＢＯＴＤＲでは、光源部が、光源である半導体レーザ、光変調器、必要に応じて偏波スクランブラ、及び、光増幅器から構成される。この構成では、光パルスは、半導体レーザで生成された連続光を、光変調器で光パルス化する、外部変調方式で生成される。外部変調方式は、ナノ秒以下の超短光パルスや、チャープフリー、又は、チャープの小さい高品質な光パルスを生成するのに適している。

一方、外部変調方式は、連続光を光パルス化するのに用いられる光変調器など高価な機器を必要とするため、光ファイバセンサの低コスト化が困難である。

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、半導体レーザを直接変調する直接変調方式を採用することで、低コスト化を実現する、光ファイバセンサ、及び、直接変調方式で光パルスを生成するブリルアン周波数シフト測定方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバセンサは、プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する光源と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する光バンドパスフィルタと、光バンドパスフィルタで抽出された反ストークス光を２分岐する分岐部と、分岐部で２分岐された一方の反ストークス光が入力されて、自己遅延型のホモダイン干渉により干渉信号を生成する干渉信号取得部と、分岐部で２分岐された他方の反ストークス光が入力されて、反ストークス光の強度を示す強度信号を生成する強度取得部と、干渉信号及び強度信号から、ブリルアン周波数シフト量を取得する
ブリルアン周波数シフト取得部とを備えて構成される。

また、この発明の他の好適な実施形態の光ファイバセンサは、プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する光源と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する光バンドパスフィルタと、光バンドパスフィルタで抽出された反ストークス光が入力されて、自己遅延型のヘテロダイン干渉により干渉信号を生成する干渉信号取得部と、干渉信号から、ブリルアン周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部とを備えて構成される。

また、この発明のブリルアン周波数シフト測定方法は、プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する過程と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する過程と、抽出された反ストークス光を２分岐する過程と、２分岐された一方の反ストークス光から、自己遅延ホモダイン干渉により、干渉信号を取得する過程と、２分岐された他方の反ストークス光から、反ストークス光の強度を示す、強度信号を取得する過程と、干渉信号及び強度信号からブリルアン周波数シフトを取得する過程とを備えて構成される。

また、この発明の他の好適な実施形態のブリルアン周波数シフト測定方法は、プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する過程と、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する過程と、抽出された反ストークス光から、自己遅延ヘテロダイン干渉により、干渉信号を取得する過程と、干渉信号からブリルアン周波数シフトを取得する過程とを備えて構成される。

この発明の光ファイバセンサ及びブリルアン周波数シフト測定方法によれば、半導体レーザを直接変調する直接変調方式を採用することで、低コスト化を実現できる。

この発明の、光ファイバセンサを示す模式的なブロック図である。 プローブ光の時間波形の一例を示す図である。 プローブ光のスペクトル波形の一例を示す図である。 後方散乱光のスペクトル波形の一例を示す図である。 ＢＦＳ波形の一例を示す図である。

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。

図１を参照して、この発明の、自己遅延ホモダイン型のＢＯＴＤＲを利用する光ファイバセンサを説明する。図１は、この発明の、光ファイバセンサを示す模式的なブロック図である。

光ファイバセンサは、半導体レーザ１１、サーキュレータ２０、光増幅器３０、光バンドパスフィルタ３２、分岐部３４、干渉信号取得部１４０、強度取得部１４１、ＢＦＳ取
得部１７０及びタイミング制御器９０を備えて構成される。

半導体レーザ１１は、タイミング制御器９０で生成された電気パルスの入力に応じて、いわゆる直接変調方式で、連続光から矩形状の光パルスを生成する。半導体レーザ１１として、線幅が数ＭＨｚ程度の、汎用の分布帰還型（ＤＦＢ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザを用いることができる。

半導体レーザ１１で生成される光パルスの繰り返し周期は、測定対象の光ファイバである被測定光ファイバ１００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。半導体レーザ１１で生成される光パルスが、プローブ光として、半導体レーザ１１から出力される。

図２及び図３を参照して、光パルスを外部変調方式で生成した場合と、直接変調方式で生成した場合の波形について説明する。

図２は、プローブ光の時間波形の一例を示す図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、横軸に時間［単位：ｎｓ］を取って示し、縦軸に強度を任意単位［ａ．ｕ．］で取って示している。図２（Ａ）は、従来技術と同様に外部変調方式で生成した場合の光パルスであり、図２（Ｂ）は、この発明の直接変調方式で生成した場合の光パルスである。

図３は、プローブ光のスペクトル波形の一例を示す図である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、横軸に波長［単位：ｎｍ］を取って示し、縦軸に強度［単位：ｄＢｍ］で取って示している。図３（Ａ）は、従来技術と同様に外部変調方式で生成した場合の光パルスであり、図３（Ｂ）は、この発明の直接変調方式で生成した場合の光パルスである。

上述したように、外部変調方式で生成した場合、光パルスは、チャープフリー又はチャープが小さい。このため、光スペクトル幅は、パルス幅に反比例する。光パルスがチャープのないガウス型のパルスであると仮定すると、パルス幅Δｔと、スペクトル幅Δνは、Δｔ・Δν≧０．４４１の関係を持つ。従って、パルス幅を１０ｎｓとしたとき、３ｄＢスペクトル幅は、約４４．１ＭＨｚとなる。また、図３（Ａ）に示されるように、光スペクトルの裾野の領域も含めた幅は２０ＧＨｚ程度であり、十分に細いと判断できる。

一方、直接変調方式で光パルスを生成した場合、変調時にキャリア変動に伴って強い周波数チャープをもつ。このため、図３（Ｂ）に示すようにスペクトル幅は８５ＧＨｚ以上まで広がる。

レーザ光源１１で生成されたプローブ光は、サーキュレータ２０を経て、被測定光ファイバ１００に入射される。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。

被測定光ファイバ１００に入射されたプローブ光は、被測定光ファイバ１００を伝搬する。プローブ光は、被測定光ファイバを伝搬している間に、後方散乱光を発生させる。後方散乱光は、被測定光ファイバ１００を、プローブ光とは逆方向に伝搬して、サーキュレータ２０に送られる。

被測定光ファイバ１００で発生した後方散乱光は、サーキュレータ２０を経て、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などで構成される光増幅器３０に送られる。光増幅器３０で増幅された後方散乱光は、光バンドパスフィルタ３２に送られる。

光バンドパスフィルタ３２は、自然ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分（Ａｎｔ
ｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光とも称する。）を透過させ、他の周波数成分を遮断する。

図４を参照して、後方散乱光のスペクトル波形について説明する。図４は、後方散乱光のスペクトル波形の一例を示す図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、横軸に波長［単位：ｎｍ］を取って示し、縦軸に強度［単位：ｄＢｍ］で取って示している。図４（Ａ）は、従来技術と同様に外部変調方式で生成した場合の後方散乱光のスペクトル波形であり、図４（Ｂ）は、この発明の直接変調方式で生成した場合の後方散乱光のスペクトル波形である。

図４（Ａ）に示すように、外部変調方式で得られた後方散乱光は、スペクトル幅が十分に細いため、後方散乱光のストークス側の成分（Ｓｔｏｋｅｓ光とも称する。）と、Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光が重ならない。従って、光バンドパスフィルタ３２で、Ｓｔｏｋｅｓ光のみを正確に抽出することは容易である。

一方、図４（Ｂ）に示すように、直変変調方式で得られた後方散乱光では、レイリー散乱光とＳｔｏｋｅｓ光のチャープ成分が重なってしまい、光バンドパスフィルタ３２でＳｔｏｋｅｓ光のみを抽出することは困難である。しかしながら、Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光は観測できるので、この発明の光ファイバセンサでは、光バンドパスフィルタ３２が、Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光を抽出して、Ｓｔｏｋｅｓ光及びレイリー散乱光を除去する。この発明の光ファイバセンサは、光バンドパスフィルタ３２で抽出されたＡｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光を用いて、ＢＦＳを測定する。

通常、直接変調方式のように強くチャープした光パルスをセンシング用の光源として扱うには、プローブ光に対して、光フィルタを用いてチャープした成分を除去するパルス整形が必要となる。しかし、光源で生成されたプローブ光が、被測定光ファイバに入射されるまでの光路に光フィルタを追加することは装置コストの増加に繋がってしまう。

これに対して、この発明の光ファイバセンサでは、プローブ光をパルス成型する光フィルタを備えずとも、後方散乱光が入射される光バンドパスフィルタ３２のみでチャープ成分の除去とブリルアン散乱光を抽出することが可能となる。このため、光源である半導体レーザ１１付近に光フィルタを必要としない。また、光源として汎用のＤＦＢレーザを用いることができる。

直接変調方式で生じたチャープは、プローブ光の光パルスのピーク近傍で周波数が減少する方向に変化する（長波長側にシフトする）レッドチャープであり、パルスの主成分が短波長側にある。また、Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光は、プローブ光に対して短波長側の成分である。

この結果、直接変調方式で生じたチャープ成分は、レイリー散乱光と重なるので、Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光を抽出することは、チャープ成分及びレイリー散乱光を除去するとともに、ブリルアン散乱光成分を抽出することを意味する。

光バンドパスフィルタ３２を透過した光は、分岐部３４に送られる。分岐部３４は、光バンドパスフィルタ３２を透過した光を２分岐して、一方の散乱光を干渉信号取得部１４０に送り、他方の散乱光を強度取得部１４１に送る。

干渉信号取得部１４０は、自己遅延ホモダイン干渉計１５０、干渉光受光部１６０、及び、位相制御回路１４２を備えて構成される。また、自己遅延ホモダイン干渉計１５０は、分岐部１５２、遅延部１５６、及び、合波部１５８を備えて構成される。分岐部１５２及び合波部１５８は、例えば３ｄＢカプラなど、任意好適な従来公知の光カプラで構成で
きる。

分岐部１５２は、干渉信号取得部１４０に送られた光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。

この構成例では、第１光路に遅延部１５６が設けられている。遅延部１５６は、第１光路を伝播する光に時間τの遅延を与える。また、遅延部１５６は、位相制御回路１４２からの指示で、伝搬する光の位相を変化させることができる。

合波部１５８は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。

自己遅延ホモダイン干渉計１５０で生成された干渉光である合波光は、干渉光受光部１６０に送られる。干渉光受光部１６０は、合波光を受光して干渉信号を生成する。干渉光受光部１６０は、例えば、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）１６２及びＦＥＴ増幅器１６４及びアナログ－ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１６６を備えて構成される。干渉光受光部１６０に送られた合波光は、バランス型ＰＤ１６２に入力される。バランス型ＰＤ１６２は、合波光から電気信号であるバランス検波信号を生成する。バランス検波信号は、ＦＥＴ増幅器１６４において適宜増幅等された後、Ａ／Ｄ１６６において、ディジタル信号に変換されて、干渉信号が得られる。この干渉光受光部１６０において生成される干渉信号は、ＢＦＳ取得部１７０に送られる。

強度取得部１４１は、遅延部１５７、及び、受光部１６１を備えて構成される。強度取得部１４１に送られた光は、遅延部１５７で所定の遅延を受けた後、受光部１６１に送られれる。受光部１６１は、例えば、ＰＤ１６３、ＦＥＴ増幅器１６５及びＡ／Ｄ１６７で構成される。受光部１６１に送られた光は、ＰＤ１６３で電気信号に変換された後、ＦＥＴ増幅器１６５で適宜増幅される。増幅された電気信号は、Ａ／Ｄ１６７においてディジタル信号に変換されて、強度信号が得られる。この受光部１６１において生成される強度信号は、ＢＦＳ取得部１７０に送られる。

ＢＦＳ取得部１７０は、例えば、後述する機能を実現するソフトウェアが搭載された、市販のパーソナルコンピュータを用いて構成することができる。また、ＢＦＳ取得部７０を、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で構成することもできる。

なお、干渉光受光部１６０において生成される干渉信号は、非常に微弱である。従って、信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を向上させるために、後述する平均化処理手段において平均化処理を行う必要がある。この平均化処理は、高速化のために、ＦＰＧＡで実施することが望ましい。

ＢＦＳ取得部１７０は、干渉光受光部１６０から受け取った干渉信号、及び、受光部１６１から受け取った強度信号から、被測定光ファイバ１００におけるＢＦＳの分布を取得する。

平均化処理を含む、ＢＦＳ取得部１７０においてＢＦＳの分布を取得するのに行われる、各処理は、例えば、特許文献２などに開示されているように、従来公知であるので、ここでは、説明を省略する。

ＢＦＳは歪みと温度に対して依存性を持つので、ＢＦＳを決定した後は、任意好適な従来公知の技術を用いて、被測定光ファイバ１００の歪みや温度を取得できる。すなわち、この発明の光ファイバセンサは、分布型の歪み及び温度センサに適用することができ、ま
た、この発明のブリルアン周波数シフト測定方法は、歪み及び温度測定方法に適用することができる。

図５を参照して、ＢＦＳ波形について説明する。図５は、ＢＦＳ波形の一例を示す図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、横軸に被測定光ファイバの入力端からの距離［単位：ｍ］を取って示し、縦軸にＢＦＳ［単位：ＭＨｚ］で取って示している。図５（Ａ）は、従来技術と同様に外部変調方式で生成した場合のＢＦＳ波形であり、図５（Ｂ）は、この発明の直接変調方式で生成した場合のＢＦＳ波形である。

図５は、被測定光ファイバの長さを１ｋｍとし、近端（入力端）側である４２～７２ｍの位置と、遠端（入力端とは反対側の端部）側である９６０～９９０ｍに、約４５度の温度差を与えた場合の結果を示している。測定時間は１秒である。測定精度は、図５（Ａ）に示す、外部変調方式の場合は、精度１σの値が、±０．２ＭＨｚ程度である。また、図５（Ｂ）に示す、直接変調方式の場合は、±２ＭＨｚ程度である。ここで、ＢＦＳを温度に換算する場合、およそ１ＭＨｚ＝１℃となる。

この発明の光ファイバセンサは、プローブ光の光パルスの生成に直接変調方式を用いており、比較的高価な光変調器を備えない。このため、光ファイバセンサの低コスト化を実現できる。一方、プローブ光の光パルスの生成に外部変調方式を用いると、光ファイバセンサの低コスト化は困難であるが、より高精度の測定を行うことができる。

従って、用途に応じて、本発明の直接変調方式を用いた光ファイバセンサと、外部変調方式を用いた光ファイバセンサを、選択すればよい。

なお、外部変調方式を用いた光ファイバセンサでは、ＢＦＳの測定の際の雑音は、光ファイバで光損失に起因するＳ／Ｎの劣化が主要因である。これに対し、本発明の直接変調方式を用いた光ファイバセンサでは、光源における光周波数のずれや、光バンドパスフィルタ３２に用いられるＦＢＧの中心周波数のずれによって、チャープ成分の量が変動することに起因する雑音がある。

従って、ノイズのレベルを判定し、所定のレベルを超えた場合に、計測困難である旨の警告を行う構成にするのが良い。計測困難である旨の警告は、例えば、オペレータが使用する操作端末が備えるディスプレイに表示させるなど、任意好適な手段で行えばよい。

ここでは、自己遅延ホモダイン干渉計を用いる例を説明したが、この発明の光ファイバセンサでは、干渉信号取得部に自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いてもよい。自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いる場合は、強度信号取得部は不要となる。また、自己遅延ヘテロダイン干渉計は、分岐部、遅延部、周波数シフタ、及び、合波部を備えて構成される。

分岐部は、自己遅延ヘテロダイン干渉計に送られた光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。

第１光路及び第２光路の一方に遅延部が設けられる。遅延部は、遅延部を伝播する光に時間τの遅延を与える。また、第１光路及び第２光路の一方に周波数シフタが設けられる。周波数シフタは、周波数シフタを伝搬する光に、周波数シフトを与える。

合波部は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。この場合も、プローブ光の光パルスの生成に直接変調方式を用いており、比較的高価な光変調器を備えない。このため、自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いる場合も、直接変調方式を用いることで、従来の、外部変調方式を用いた、自己遅延ヘテロダイン干渉計を備える光ファ
イバセンサよりも低コストで実現できる。自己遅延ヘテロダイン干渉計を備える光ファイバセンサは、干渉計に周波数シフタを備えるため、低コスト化の観点では、自己遅延ホモダイン干渉計の方がより有効である。

１１ 半導体レーザ
２０ サーキュレータ
３０ 光増幅器
３２ 光バンドパスフィルタ
３４ 分岐部
９０ タイミング制御器
１００ 被測定光ファイバ
１４０ 干渉信号取得部
１４１ 強度取得部
１４２ 位相制御回路
１５０ 自己遅延ホモダイン干渉計
１５２ 分岐部
１５６、１５７ 遅延部
１５８ 合波部
１６０ 干渉光受光部
１６１ 受光部
１６２ バランス型ＰＤ
１６３ ＰＤ
１６４、１６５ ＦＥＴ増幅器
１６６、１６７ Ａ／Ｄ
１７０ ＢＦＳ取得部

Claims (6)

1. プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する光源と、
   前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する光バンドパスフィルタと、
   前記光バンドパスフィルタで抽出された反ストークス光を２分岐する分岐部と、
   前記分岐部で２分岐された一方の反ストークス光が入力されて、自己遅延型のホモダイン干渉により干渉信号を生成する干渉信号取得部と、
   前記分岐部で２分岐された他方の反ストークス光が入力されて、前記反ストークス光の強度を示す強度信号を生成する強度取得部と、
   前記干渉信号及び前記強度信号から、ブリルアン周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部と
   を備える
   ことを特徴とする光ファイバセンサ。
2. プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する光源と、
   前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する光バンドパスフィルタと、
   前記光バンドパスフィルタで抽出された反ストークス光が入力されて、自己遅延型のヘテロダイン干渉により干渉信号を生成する干渉信号取得部と、
   前記干渉信号から、ブリルアン周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部と
   を備える
   ことを特徴とする光ファイバセンサ。
3. 前記プローブ光に含まれる、前記光パルスのチャープ成分の変動に起因する雑音が、所定のレベルを超える場合に警告を発する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。
4. プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する過程と、
   前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する過程と、
   抽出された反ストークス光を２分岐する過程と、
   前記２分岐された一方の反ストークス光から、自己遅延ホモダイン干渉により、干渉信号を取得する過程と、
   前記２分岐された他方の反ストークス光から、反ストークス光の強度を示す、強度信号を取得する過程と、
   前記干渉信号及び前記強度信号からブリルアン周波数シフトを取得する過程と
   を備える
   ことを特徴とするブリルアン周波数シフト測定方法。
5. プローブ光として、直接変調方式で光パルスを生成する過程と、
   前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方散乱光から、ブリルアン散乱光の反ストークス側の成分である反ストークス光を抽出する過程と、
   抽出された反ストークス光から、自己遅延ヘテロダイン干渉により、干渉信号を取得する過程と、
   前記干渉信号からブリルアン周波数シフトを取得する過程と
   を備える
   ことを特徴とするブリルアン周波数シフト測定方法。
6. 前記プローブ光に含まれる、前記光パルスのチャープ成分の変動に起因する雑音が、所定のレベルを超える場合に警告を発する過程
   を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載のブリルアン周波数シフト測定方法。

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