JP2024075049A - 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】従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くする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、光源１１から出力される一定周波数の光を測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐する光分岐器１２と、周波数が順次変化する信号Ｓ１０を用いて、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせる周波数シフト部１３と、測定光ＬＭ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内で生じたレイリー散乱光ＬＳを出力する光サーキュレータ１５と、参照光ＬＲとレイリー散乱光ＬＳとの干渉光を検出する光検出器１７と、周波数が順次変化する信号Ｓ２０を用いて、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１の周波数を変換する周波数変換部１８と、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する測定部１９とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関する。

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

このような光ファイバ特性測定装置の１つに、ＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry：光周波数領域リフレクトメトリ）方式のものがある。このＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、被測定光ファイバの一端から射出されるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出する。そして、得られた検出信号を解析することによって、被測定光ファイバの長さ方向における特性を測定する。尚、ＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置については、例えば、以下の非特許文献１を参照されたい。

Brian J. Soller et al.，"High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies"，Optics Express Vol.13，No.2，p.666-674

ところで、従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を得るために周波数可変光源を用いている。この周波数可変光源は、周波数掃引特性に非線形性があるとともに、一定周波数の光を出力する光源に比べて線幅が広いため、測定誤差が大きいという欠点を有する。また、従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させて得られるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出しているため、測定距離が制限される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くする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、本発明の第１の態様による光ファイバ特性測定装置（１、２）は、一定周波数の光を出力する光源（１１）と、前記光源から出力される光を測定光（ＬＭ）と参照光（ＬＲ）とに分岐する第１分岐部（１２）と、周波数が順次変化する第１信号（Ｓ１０）を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる周波数シフト部（１３）と、周波数が順次シフトする前記測定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レイリー散乱光（ＬＳ）を出力する第２分岐部（１５）と、前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する検出部（１７）と、周波数が順次変化する第２信号（Ｓ２０、Ｓ２０ａ、Ｓ２０ｂ）を用いて、前記検出部から出力される検出信号（Ｓ１）の周波数を変換する周波数変換部（１８、１８Ａ、１８Ｂ）と、前記周波数変換部から出力される信号（Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部（１９、１９Ａ）と、を備える。

また、本発明の第２の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第１の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記第１信号の周波数変化率と前記第２信号の周波数変化率とが同じであり、前記第２信号の周波数範囲が、前記第１信号の周波数範囲よりも広い。

また、本発明の第３の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第１又は第２の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記第１信号が、予め規定された基準時間（ｔ_scan）で一度の周波数変化が終わる信号であり、前記周波数シフト部から出力される前記測定光を、前記基準時間だけのパルス幅を有する光パルスにするパルス化部（１４）を備える。

また、本発明の第４の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第３の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記測定部が、前記周波数変換部から出力される信号から、前記被測定光ファイバに設定された測定点に応じた部分を切り出す切出部（２１、２１ａ、２１ｂ）と、前記切出部で切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、前記測定点に対応する周波数成分の大きさを求めるフーリエ変換部（２２、２２ａ、２２ｂ）と、を備える。

また、本発明の第５の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第４の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記切出部によって切り出される部分が、前記基準時間と同じ時間幅を有する。

また、本発明の第６の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第４の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記周波数変換部が、前記第２信号を発生する信号発生器（１８ａ）を備えており、前記信号発生器が、前記第２信号の発生開始タイミングを調整可能である。

また、本発明の第７の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第６の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記周波数変換部が、複数設けられており、前記測定部が、複数の前記周波数変換部に対応する複数の前記切出部及び前記フーリエ変換部をそれぞれ備えており、複数の前記周波数変換部に設けられる前記信号発生器における前記第２信号の発生開始タイミングは互いに異なる。

また、本発明の第１の態様による光ファイバ特性測定方法は、一定周波数の光を出力する第１ステップと、前記光を測定光（ＬＭ）と参照光（ＬＲ）とに分岐する第２ステップと、周波数が順次変化する第１信号（Ｓ１０）を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる第３ステップと、周波数が順次シフトする前記測定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レイリー散乱光（ＬＳ）を出力する第４ステップと、前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する第５ステップと、周波数が順次変化する第２信号（Ｓ２０、Ｓ２０ａ、Ｓ２０ｂ）を用いて、前記第５ステップで検出された検出信号（Ｓ１）の周波数を変換する第６ステップと、前記第６ステップで周波数が変換された信号（Ｓ２、Ｓ２ａ、Ｓ２ｂ）を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する第７ステップと、を有する。

本発明によれば、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる、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実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作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動作を説明するための図である。 本発明の第３実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の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、光ファイバ特性測定装置において、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くするものである。具体的には、ＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置において、周波数可変光源よりも線幅が狭い一定周波数の光を出力する光源を用いることで測定誤差を小さくする。そして、被測定光ファイバに入射させる測定光の周波数を変化させる方法、及びレイリー散乱光の検出方法を工夫することで、従来よりも測定距離を長くするものである。

従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を得るために周波数可変光源を用いている。この周波数可変光源は、周波数掃引特性に非線形性があることから測定誤差が生ずる。このような周波数掃引特性の非線形性を補償する方法も考案されているが、補償が十分に行われる条件が限られることから、測定誤差を十分に小さくすることは困難である。

また、従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数可変光源から出力された光（周波数掃引された光）を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させて得られるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出している。このため、非測定光ファイバの他端近傍で生じたレイリー散乱光と参照光とが干渉する時間幅が短くなり、フーリエ変換後のスペクトル幅が広くなることから、測定精度が得にくくなる。これを回避するためには、被測定光ファイバの長さを短くしなければならず、測定距離が制約されてしまう。

更に、従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置で用いられている周波数可変光源は、一定周波数の光を出力する光源に比べて線幅が広く、コヒーレント時間が短いことが多い。これにより、測定距離或いはフーリエ変換後の測定精度で不利となる。

本実施形態では、まず、光源から出力される一定周波数の光を測定光と参照光とに分岐する。次に、周波数が順次変化する第１信号を用いて、測定光の周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光を出力する。次いで、参照光とレイリー散乱光との干渉光を検出し、周波数が順次変化する第２信号を用いて、検出された検出信号の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号を用いて被測定光ファイバの特性を測定する。これにより、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。

〔第１実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置〉
図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、光源１１、光分岐器１２（第１分岐部）、周波数シフト部１３、光スイッチ１４（パルス化部）、光サーキュレータ１５（第２分岐部）、光合波器１６、光検出器１７（検出部）、周波数変換部１８、及び測定部１９を備える。このような光ファイバ特性測定装置１は、被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向（ｚ方向）における特性（例えば、温度分布や歪み分布等）を測定する。

光源１１は、コヒーレンス（可干渉性）が高い一定周波数ｆ０の光を射出する。この光源１１としては、例えば、被測定光ファイバＦＵＴでの吸収が少ない波長（例えば、１．５５μｍ）のレーザ光を射出する半導体レーザを用いることができる。光源１１から射出される光は、光ファイバ特性測定装置１の測定精度を高めるために、線幅（スペクトル線幅）が極力狭いことが望ましい。

光分岐器１２は、光源１１から射出された光を、測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐する。測定光ＬＭと参照光ＬＲとの強度比は、例えば、１対１である。尚、測定光ＬＭと参照光ＬＲとの強度比は、１対１に制限される訳ではなく、任意の強度比にすることが可能である。

周波数シフト部１３は、周波数発生器１３ａと光周波数シフタ１３ｂとを備えており、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせる。周波数発生器１３ａは、周波数が順次変化する信号Ｓ１０（第１信号）を出力する。具体的に、周波数発生器１３ａは、周波数ｆ１１～ｆ１２の周波数範囲（例えば、２５０～３５０ＭＨｚの範囲）で周波数が一定の割合で順次変化する信号Ｓ１０を出力する。尚、周波数発生器１３ａが、信号Ｓ１０の周波数をｆ１１からｆ１２まで変化させるのに要する時間はｔ_scan（基準時間）である。つまり、信号Ｓ１０は、時間ｔ_scanで一度の周波数変化が終わる信号であり、このような周波数変化が繰り返される信号である。

光周波数シフタ１３ｂは、周波数発生器１３ａから出力される信号Ｓ１０を用いて、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせる。光源１１から射出される光の周波数はｆ０であるため、光周波数シフタ１３ｂは、測定光ＬＭの周波数をｆ０＋ｆ１１からｆ０＋ｆ１２まで順次シフトさせる。この光周波数シフタ１３ｂとしては、例えば、市販のＡＯ（Acousto-Optics：音響光学）素子等を用いることができる。

光スイッチ１４は、周波数シフト部１３と光サーキュレータ１５との間の光路を切断状態又は導通状態にする。このような光スイッチ１４を設けるのは、測定光ＬＭをパルス化するためである。具体的に、光スイッチ１４は、周波数シフト部１３によって測定光ＬＭの周波数が順次シフトされている間だけ、周波数シフト部１３と光サーキュレータ１５との間の光路を導通状態にする。つまり、光スイッチ１４は、周波数シフト部１３から出力される測定光ＬＭを、時間ｔ_scanだけのパルス幅を有する光パルスにする。尚、必要に応じて、光スイッチ１４と光サーキュレータ１５との間に光増幅器を設けてもよい。

光サーキュレータ１５は、第１ポート、第２ポート、及び第３ポートを備える。第１ポートは、光スイッチ１４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、光合波器１６と接続される。光サーキュレータ１５は、第１ポートから入力される測定光ＬＭを第２ポートに出力する。また、光サーキュレータ１５は、第２ポートから入力される被測定光ファイバＦＵＴからのレイリー散乱光ＬＳを第３ポートに出力する。

光合波器１６は、光サーキュレータ１５から出力されるレイリー散乱光ＬＳと、光分岐器１２で分岐された参照光ＬＲとを合波させる。このような光合波器１６としては、例えば、光カプラを用いることができる。光検出器１７は、光合波器１６で合波された光の光ヘテロダイン検出を行って検出信号Ｓ１を出力する。

ここで、レイリー散乱光ＬＳは、被測定光ファイバＦＵＴに入射した測定光ＬＭが弾性散乱されたもの（波長変化を伴わずに散乱されたもの）である。このため、被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳは、一定時間（時間ｔ_scan）に亘って周波数がｆ０＋ｆ１１からｆ０＋ｆ１２まで順次変化するものになる。このようなレイリー散乱光ＬＳは、参照光ＬＲと合波されて光ヘテロダイン検出されることで、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分となる。光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１は、このような被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因し、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分が含まれるものになる。

周波数変換部１８は、周波数発生器１８ａ（信号発生器）と周波数変換器１８ｂとを備えており、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１の周波数を変換する。周波数発生器１８ａは、周波数が順次変化する信号Ｓ２０（第２信号）を出力する。具体的に、周波数発生器１８ａは、周波数ｆ２１～ｆ２２の周波数範囲（例えば、３６０～５６０ＭＨｚの範囲）で周波数が順次変化する信号Ｓ２０を出力する。

ここで、周波数発生器１８ａが発生する信号Ｓ２０の周波数変化率と、周波数シフト部１３に設けられた周波数発生器１３ａが発生する信号Ｓ１０の周波数変化率とは同じである。また、周波数発生器１８ａが発生する信号Ｓ２０の周波数範囲は、周波数シフト部１３に設けられた周波数発生器１３ａが発生する信号Ｓ１０の周波数範囲よりも広い。尚、本実施形態では、信号Ｓ２０の周波数範囲は、信号Ｓ１０の周波数範囲よりも２倍広い。このため、周波数発生器１８ａが、信号Ｓ２０の周波数を周波数ｆ２１から周波数ｆ２２まで変化させるのに要する時間は、周波数発生器１３ａが、信号Ｓ１０の周波数を周波数ｆ１１から周波数ｆ１２まで変化させるのに要する時間ｔ_scanよりも長い。つまり、信号Ｓ２０は、時間ｔ_scanよりも長い時間で一度の周波数変化が終わる信号であり、このような周波数変化が繰り返される信号である。

周波数変換器１８ｂは、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を用いて、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１の周波数を変換する。具体的に、周波数変換器１８ｂは、被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因する成分が、互いに異なる周波数になるように検出信号Ｓ１の周波数を変換する。例えば、図１に示す点ｚ１で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因する成分が一定の周波数ｆ３１となり、点ｚ２で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因する成分が一定の周波数ｆ３２となるよう検出信号Ｓ１の周波数を変換する。

測定部１９は、切出部２１、フーリエ変換部２２、及び信号処理部２３を備えており、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）を測定する。切出部２１は、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２から、被測定光ファイバＦＵＴに設定された測定点（特性を測定しようとする点）に応じた部分を切り出す。ここで、切出部２１によって切り出される部分は、測定点の位置に拘わらず時間ｔ_scanと同じ時間幅を有する。

フーリエ変換部２２は、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２のうち、切出部２１によって切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、測定点に対応する周波数成分の大きさを求める。信号処理部２３は、フーリエ変換部２２で求められた周波数成分の大きさを用いて予め規定された信号処理を行うことで、被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）を測定する。

〈光ファイバ特性測定方法〉
測定が開始されると、一定周波数ｆ０の光が光源１１から射出される（第１ステップ）。光源１１から射出された光は、光分岐器１２で測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐される（第２ステップ）。光分岐器１２で分岐された測定光ＬＭは、周波数シフト部１３に入射し、周波数が順次シフトされる（第３ステップ）。具体的に、測定光ＬＭは、周波数シフト部１３に設けられた周波数発生器１３ａから出力される信号Ｓ１０を用いて、周波数シフト部１３に設けられた光周波数シフタ１３ｂにより、周波数がｆ０＋ｆ１１からｆ０＋ｆ１２まで一定の割合で順次変化される。

周波数がシフトされた測定光ＬＭは、光スイッチ１４によってパルス化される。具体的に、測定光ＬＭは、光スイッチ１４によって、周波数が順次シフトされている間だけ、周波数シフト部１３と光サーキュレータ１５との間の光路が導通状態になることにより、時間ｔ_scanだけのパルス幅を有する光パルスにされる。

パルス化された測定光ＬＭは、光サーキュレータ１５を介して被測定光ファイバＦＵＴの一端から被測定光ファイバＦＵＴ内に入射する。パルス化された測定光ＬＭが被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。被測定光ファイバＦＵＴの各点で生じたレイリー散乱光ＬＳの一部は、被測定光ファイバＦＵＴの一端から光サーキュレータ１５に入射し、光合波器１６に出力される（第４ステップ）。

図２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を説明するための図である。尚、図２（ａ）は、測定光ＬＭ及びレイリー散乱光ＬＳが被測定光ファイバＦＵＴ内を進行する様子を示す図である。図２（ｂ）は、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１を示す図であり、図２（ｃ）は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を示す図であり、図２（ｄ）は、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２を示す図である。図２（ａ）に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に被測定光ファイバＦＵＴの長さ方向の位置をとってある。また、図２（ｂ）～図２（ｄ）に示すグラフは何れも、横軸に時間をとり、縦軸に周波数をとってある。

図２（ａ）に示す通り、時刻０で周波数がｆ０＋ｆ１１の測定光ＬＭが被測定光ファイバＦＵＴに入射され、時刻ｔｓで周波数がｆ０＋ｆ１２の測定光ＬＭが被測定光ファイバＦＵＴに入射されるとする。尚、時刻ｔｓは、時刻０から時間ｔ_scanが経過した時刻である。また、説明の便宜上、時刻０で被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭを測定光ＬＭ１とし、時刻ｔｓで被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭを測定光ＬＭ２とする。

被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ１が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ１が時刻ｔ１で図１に示す点ｚ１に達すると、レイリー散乱光ＬＳ１１が生ずる。このレイリー散乱光ＬＳ１１は、測定光ＬＭ１の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻ｔ２で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。また、測定光ＬＭ１が時刻ｔ３で図１に示す点ｚ２に達すると、レイリー散乱光ＬＳ１２が生ずる。このレイリー散乱光ＬＳ１２は、測定光ＬＭ１の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻ｔ６で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

同様に、被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ２が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ２が時刻ｔ７で図１に示す点ｚ１に達すると、レイリー散乱光ＬＳ２１が生ずる。このレイリー散乱光ＬＳ２１は、測定光ＬＭ２の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻ｔ８で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。また、測定光ＬＭ２が時刻ｔ９で図１に示す点ｚ２に達すると、レイリー散乱光ＬＳ２２が生ずる。このレイリー散乱光ＬＳ２２は、測定光ＬＭ２の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻ｔ１０で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

被測定光ファイバＦＵＴの一端に達したレイリー散乱光ＬＳは、光サーキュレータ１５を介して光合波器１６に入射され、光分岐器１２で分岐された参照光ＬＲと合波された後に、光検出器１７で光ヘテロダイン検出される（第５ステップ）。つまり、被測定光ファイバＦＵＴの一端に達したレイリー散乱光ＬＳと光分岐器１２で分岐された参照光ＬＲとの干渉光が光検出器１７で検出される。

ここで、レイリー散乱光ＬＳは、前述した通り、被測定光ファイバＦＵＴに入射した測定光ＬＭが弾性散乱されたもの（波長変化を伴わずに散乱されたもの）である。このため、被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳは、一定時間（時間ｔ_scan）に亘って周波数がｆ０＋ｆ１１からｆ０＋ｆ１２まで順次変化するものになる。このようなレイリー散乱光ＬＳは、参照光ＬＲと合波されて光ヘテロダイン検出されることで、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分となる。光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１は、このような被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因し、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分が含まれるものになる。

例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端の近傍で生じたレイリー散乱光が参照光ＬＲと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図２（ｂ）において、時刻０～ｔｓの間（時間ｔ_scanの間）において、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分Ａ０である。また、図１に示す点ｚ１で生じたレイリー散乱光が参照光ＬＲと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図２（ｂ）において、時刻ｔ２～ｔ８の間（時間ｔ_scanの間）において、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分Ａ１である。また、図１に示す点ｚ２で生じたレイリー散乱光が参照光ＬＲと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図２（ｂ）において、時刻ｔ６～ｔ１０の間（時間ｔ_scanの間）において、周波数がｆ１１からｆ１２まで順次変化する成分Ａ２である。

光検出器１７から出力された検出信号Ｓ１は、周波数変換部１８に入力されて周波数が変換される（第６ステップ）。具体的に、検出信号Ｓ１は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を用いて周波数変換器１８ｂにより、被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因する成分が、互いに異なる周波数になるように周波数が変換される。

ここで、前述した通り、周波数発生器１８ａが発生する信号Ｓ２０の周波数変化率と、周波数シフト部１３に設けられた周波数発生器１３ａが発生する信号Ｓ１０の周波数変化率とは同じである。レイリー散乱光ＬＳは、前述の通り、被測定光ファイバＦＵＴに入射した測定光ＬＭが弾性散乱されたもの（波長変化を伴わずに散乱されたもの）であるから、被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳの周波数変化率は、信号Ｓ１０の周波数変化率と同じである。

このため、図２（ｂ），（ｃ）に示す通り、信号Ｓ２０の周波数変化率は、検出信号Ｓ１に含まれる被測定光ファイバＦＵＴ内の各点で生ずるレイリー散乱光ＬＳに起因する成分の周波数変化率と同じになる。よって、図２（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が、図２（ｃ）に示す信号Ｓ２０を用いて周波数変換されると、図２（ｄ）に示す信号Ｓ２が得られる。例えば、信号Ｓ２に含まれる時刻０～ｔｓの間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３０を有する成分Ｂ０は、図２（ｂ）に示す成分Ａ０の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２に含まれる時刻ｔ２～ｔ８の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３１を有する成分Ｂ１は、図２（ｂ）に示す成分Ａ１の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２に含まれる時刻ｔ６～ｔ１０の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３２を有する成分Ｂ２は、図２（ｂ）に示す成分Ａ２の周波数が変換されたものである。

周波数変換部１８で得られた信号Ｓ２は、測定部１９に入力される。そして、測定部１９において、被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）を測定する処理が行われる（第７ステップ）。信号Ｓ２が測定部１９に入力されると、まず、信号Ｓ２から被測定光ファイバＦＵＴに設定された測定点に応じた部分を切り出す処理が切出部２１によって行われる。

例えば、測定点が図１に示す点ｚ１に設定されている場合には、切出部２１は、図２（ｄ）に示す信号Ｓ２の時刻ｔ２～ｔ８の間の部分を切り出す。また、測定点が図１に示す点ｚ２に設定されている場合には、切出部２１は、図２（ｄ）に示す信号Ｓ２の時刻ｔ６～ｔ１０の間の部分を切り出す。尚、切出部２１によって切り出される部分は、測定点の位置に拘わらず時間ｔ_scanと同じ時間幅を有する。

次に、測定部１９に入力された信号Ｓ２のうち、切出部２１によって切り出された部分の各々に対してフーリエ変換を行って、測定点の各々に対応する周波数成分の大きさを求める処理がフーリエ変換部２２によって行われる。続いて、フーリエ変換部２２で求められた周波数成分の大きさを用いて予め規定された信号処理を行って、測定点の各々における被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、温度や歪み等）を測定する処理が信号処理部２３によって行われる。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端から点ｚ２までの特性が連続的に測定される。

以上の通り、本実施形態では、まず、光源１１から出力される一定周波数の光を測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号Ｓ１０を用いて、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光ＬＭ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内で生じたレイリー散乱光ＬＳを出力する。次いで、参照光ＬＲとレイリー散乱光ＬＳとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号Ｓ２０を用いて、検出された検出信号Ｓ１の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号Ｓ２を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定している。

ここで、本実施形態では、測定光ＬＭの周波数をシフトさせる際に、周波数発生器１３ａから出力される信号Ｓ１０を用いている。一般的に、精度が良く、高い線形性をもって周波数が変化する電気信号を生成するのは容易である。本実施形態は、このような精度が良く、高い線形性をもって周波数が変化する電気信号（信号Ｓ１０）を用いて測定光ＬＭの周波数をシフトさせているため、測定誤差を小さくすることができる。

また、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの他端側における測定点で生じたレイリー散乱光ＬＳの取り込み時間を、被測定光ファイバＦＵＴの一端側における測定点で生じたレイリー散乱光ＬＳの取り込み時間と同じ長さにすることができる。尚、ここにいう「取り込み時間」とは、レイリー散乱光ＬＳと参照光ＬＲとが干渉する時間幅をいう。これにより、測定精度を向上させることができるとともに、測定距離を長くすることができる。

また、本実施形態では、光源１１から出力される一定周波数の光を用いている。周波数波長光源よりも一定周波数の光を射出する光源の方が、射出される光の線幅が狭いため、フーリエ変換後の周波数の精度を高くすることができる。加えて、周波数シフト部１３で用いられる信号Ｓ１０及び周波数変換部１８で用いられる信号Ｓ２０の周波数を適切に選定することで、光検出器１７の検出信号Ｓ１及び周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２の周波数を扱いやすい周波数にすることもできる。

このように、本実施形態では、これにより、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。例えば、従来のＯＦＤＲ方式の光ファイバ特性測定装置は、空間分解能が数十μｍ程度と極めて高いものの、測定距離が数十ｍ程度に制限されていた。これに対し、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、従来に比べて空間分解能は劣るものの、測定距離を１ｋｍ以上にすることができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、基本的には、図１に示す光ファイバ特性測定装置１と同様の構成である。このため、光ファイバ特性測定装置の構成及び動作の詳細な説明は省略する。本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、周波数変換部１８に設けられた周波数発生器１８ａが、信号Ｓ２の発生開始タイミングを調整可能である。そして、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０のタイミングを、第１実施形態とは異ならせることで、被測定光ファイバＦＵＴの測定範囲をシフトさせるようにしたものである。

図３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動作を説明するための図である。尚、図３（ａ）～（ｄ）は、図２（ａ）～（ｄ）と同様の図である。つまり、図２（ａ）は、測定光ＬＭ及びレイリー散乱光ＬＳが被測定光ファイバＦＵＴ内を進行する様子を示す図である。図３（ｂ）は、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１を示す図であり、図３（ｃ）は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を示す図であり、図３（ｄ）は、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２を示す図である。尚、図３（ａ）～（ｄ）においては、図２（ａ）～（ｄ）に示したものと同じものについては同じ符号を付してある。

図３（ａ）に示す通り、時刻０で周波数がｆ０＋ｆ１１の測定光ＬＭ（測定光ＬＭ１）が被測定光ファイバＦＵＴに入射され、時刻ｔｓで周波数がｆ０＋ｆ１２の測定光ＬＭ（測定光ＬＭ２）が被測定光ファイバＦＵＴに入射されるとする。これは、第１実施形態と同様である。

被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ１が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ１が、図１に示す点ｚ１に達するとレイリー散乱光ＬＳ１１が生じ、図１に示す点ｚ２に達するとレイリー散乱光ＬＳ１２が生じ（時刻ｔ３）、図１に示す点ｚ２よりも遠方の点ｚ３に達するとレイリー散乱光ＬＳ１３が生ずる。尚、点ｚ３は、点ｚ２から、被測定光ファイバＦＵＴの一端から点ｚ１までの距離だけ遠方の点である。これらレイリー散乱光ＬＳ１１，ＬＳ１２，ＬＳ１３は、測定光ＬＭ１の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光ＬＳ１１は、時刻ｔ２で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ１２は、時刻ｔ６で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ１３は、時刻ｔ３１で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

同様に、被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ２が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ２が、図１に示す点ｚ１に達するとレイリー散乱光ＬＳ２１が生じ、図１に示す点ｚ２に達するとレイリー散乱光ＬＳ２２が生じ（時刻ｔ９）、点ｚ３に達するとレイリー散乱光ＬＳ２３が生ずる。これらレイリー散乱光ＬＳ２１，ＬＳ２２，ＬＳ２３は、測定光ＬＭ２の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光ＬＳ２１は、時刻ｔ８で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ２２は、時刻ｔ１０で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ２３は、時刻ｔ３２で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

被測定光ファイバＦＵＴの一端に達したレイリー散乱光ＬＳが、光サーキュレータ１５を介して光合波器１６に入射され、参照光ＬＲと合波された後に光検出器１７で光ヘテロダイン検出されると、図３（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が得られる。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ１は、図１に示す点ｚ１で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ２は、図１に示す点ｚ２で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ３は、図１に示す点ｚ２よりも遠方の点ｚ３で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。

光検出器１７から出力された検出信号Ｓ１は、周波数変換部１８において、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を用いて周波数変換器１８ｂによって周波数変換される。ここで、本実施形態では、図３（ｃ）に示す通り、周波数変換器１８ｂから信号Ｓ２０が出力されるタイミングが、時刻ｔ２に設定されている。つまり、測定光ＬＭ１が図１に示す点ｚ１に達したときに生じたレイリー散乱光ＬＳ１１が被測定光ファイバＦＵＴの一端に達した時刻ｔ２で信号Ｓ２０の出力が開始される。信号Ｓ２０の周波数は、時刻ｔ２においてｆ２１であり、時刻ｔ３２においてｆ２２である。尚、時刻ｔ３２は、時刻ｔ１０から、時刻０から時刻ｔ２までの時間が経過した時刻である。

図３（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が、図３（ｃ）に示す信号Ｓ２０を用いて周波数変換されると、図３（ｄ）に示す信号Ｓ２が得られる。例えば、信号Ｓ２に含まれる時刻ｔ２～ｔ８の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３０を有する成分Ｂ１は、図３（ｂ）に示す成分Ａ１の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２に含まれる時刻ｔ６～ｔ１０の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３１を有する成分Ｂ２は、図３（ｂ）に示す成分Ａ２の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２に含まれる時刻ｔ３１～ｔ３２の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ３２を有する成分Ｂ３は、図３（ｂ）に示す成分Ａ３の周波数が変換されたものである。

周波数変換部１８で得られた信号Ｓ２は、測定部１９に入力される。そして、第１実施形態と同様の処理が行われて、測定点の各々における被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）が測定される。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの点ｚ１から点ｚ３までの特性が連続的に測定される。

以上の通り、本実施形態では、第１実施形態と同様に、まず、光源１１から出力される一定周波数の光を測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号Ｓ１０を用いて、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光ＬＭ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内で生じたレイリー散乱光ＬＳを出力する。次いで、参照光ＬＲとレイリー散乱光ＬＳとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号Ｓ２０を用いて、検出された検出信号Ｓ１の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号Ｓ２を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定している。これにより、第１実施形態と同様に、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。

また、本実施形態では、周波数変換部１８に設けられた周波数発生器１８ａが、信号Ｓ２０の周波数範囲を変えることなく、信号Ｓ２の発生開始タイミングを調整可能である。本実施形態では、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０のタイミングを、第１実施形態とは異ならせるだけで、被測定光ファイバＦＵＴの測定範囲をシフトさせることができる。具体的に、第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１の測定範囲は、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端から点ｚ２までの範囲であったが、本実施形態の光ファイバ特性測定装置の測定範囲は、例えば、点ｚ１から点ｚ３までの範囲である。

〔第３実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置〉
図４は、本発明の第３実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付してある。図４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とは、周波数変換部１８に替えて周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが設けられており、測定部１９に替えて測定部１９Ａが設けられている点が異なる。このような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よりも測定距離を長くしたものである。尚、本実施形態では、被測定光ファイバＦＵＴの長さが、第１実施形態における被測定光ファイバＦＵＴの長さの約３倍となっている点に注意されたい。

周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、図１に示す周波数変換部１８と同様の構成である。つまり、周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、周波数発生器１８ａと周波数変換器１８ｂとを備えており、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１の周波数を変換する。ここで、周波数変換部１８Ａから出力される信号Ｓ２と、周波数変換部１８Ｂから出力される信号Ｓ２とを区別するために、前者を「信号Ｓ２ａ」といい、後者を「信号Ｓ２ｂ」という。同様に、周波数変換部１８Ｃから出力される信号Ｓ２を「信号Ｓ２ｃ」という。

また、周波数変換部１８Ａに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０と、周波数変換部１８Ｂに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０とを区別するために、前者を「信号Ｓ２０ａ」といい、後者を「信号Ｓ２０ｂ」という。同様に、周波数変換部１８Ｃに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０を「信号Ｓ２０ｃ」という。信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃは何れも、周波数ｆ２１～ｆ２２の周波数範囲（例えば、３６０～５６０ＭＨｚの範囲）で周波数が順次変化する信号である。但し、詳細は後述するが、信号Ｓ２０ａの発生開始タイミング、信号Ｓ２０ｂの発生開始タイミング、及び信号Ｓ２０ｃの発生開始タイミングは互いに異なるように調整されている。

測定部１９Ａは、切出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ、フーリエ変換部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ、及び信号処理部２３Ａを備えており、周波数変換部１８から出力される信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃを用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定する。つまり、測定部１９Ａは、周波数変換部１８Ａに対応する切出部２１ａ及びフーリエ変換部２２ａと、周波数変換部１８Ｂに対応する切出部２１ｂ及びフーリエ変換部２２ｂと、周波数変換部１８Ｃに対応する切出部２１ｃ及びフーリエ変換部２２ｃとを備える構成である。

切出部２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、図１に示す切出部２１と同様のものであり、フーリエ変換部２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、図１に示すフーリエ変換部２２と同様のものである。このため、これらの詳細な説明は省略する。信号処理部２３Ａは、基本的には、図１に示す信号処理部２３と同様の処理を行うことで、被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）を測定する。但し、信号処理部２３Ａは、上記の処理を、フーリエ変換部２２ａ，２２ｂ，２２ｃの各々で求められた周波数成分の大きさを用いて行う点が信号処理部２３とは異なる。

〈光ファイバ特性測定方法〉
図５は、本発明の第３実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。尚、図５（ａ）は、測定光ＬＭ及びレイリー散乱光ＬＳが被測定光ファイバＦＵＴ内を進行する様子を示す図である。図５（ｂ）は、光検出器１７から出力される検出信号Ｓ１を示す図である。図５（ｃ）は、周波数変換部１８Ａに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ａを示す図であり、図５（ｄ）は、周波数変換部１８Ａから出力される信号Ｓ２ａを示す図である。図５（ｅ）は、周波数変換部１８Ｂに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ｂを示す図であり、図５（ｆ）は、周波数変換部１８Ｂから出力される信号Ｓ２ｂを示す図である。図５（ｇ）は、周波数変換部１８Ｃに設けられた周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ｃを示す図であり、図５（ｈ）は、周波数変換部１８Ｃから出力される信号Ｓ２ｃを示す図である。尚、図５（ａ），（ｂ）においては、図２（ａ），（ｂ）に示したものと同じものについては同じ符号を付してある。

図５（ａ）に示す通り、時刻０で周波数がｆ０＋ｆ１１の測定光ＬＭ（測定光ＬＭ１）が被測定光ファイバＦＵＴに入射され、時刻ｔｓで周波数がｆ０＋ｆ１２の測定光ＬＭ（測定光ＬＭ２）が被測定光ファイバＦＵＴに入射されるとする。これは、第１，第２実施形態と同様である。

被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ１が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ１が、図４に示す点ｚ２に達するとレイリー散乱光ＬＳ１２が生じ（時刻ｔ３）、図４に示す点ｚ４に達するとレイリー散乱光ＬＳ１４が生じ（時刻ｔ６）、図４に示す点ｚ６に達するとレイリー散乱光ＬＳ１６が生ずる。これらレイリー散乱光ＬＳ１２，ＬＳ１４，ＬＳ１６は、測定光ＬＭ１の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光ＬＳ１２は、時刻ｔ６で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ１４は、時刻ｔ４１で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ１６は、時刻ｔ６１で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

同様に、被測定光ファイバＦＵＴに入射された測定光ＬＭ２が、被測定光ファイバＦＵＴ内を伝播するに従って、被測定光ファイバＦＵＴの各点でレイリー散乱光ＬＳが生ずる。例えば、測定光ＬＭ２が、図４に示す点ｚ２に達するとレイリー散乱光ＬＳ２２が生じ（時刻ｔ９）、図４に示す点ｚ４に達するとレイリー散乱光ＬＳ２４が生じ（時刻ｔ１０）、点ｚ６に達するとレイリー散乱光ＬＳ２６が生ずる。これらレイリー散乱光ＬＳ２２，ＬＳ２４，ＬＳ２６は、測定光ＬＭ２の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光ＬＳ２２は、時刻ｔ１０で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達し、レイリー散乱光ＬＳ２４は、時刻ｔ４２で被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。尚、レイリー散乱光ＬＳ２６は、時刻ｔ６１から時間ｔ_scanだけ経過した時刻ｔ６２に被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する。

被測定光ファイバＦＵＴの一端に達したレイリー散乱光ＬＳが、光サーキュレータ１５を介して光合波器１６に入射され、参照光ＬＲと合波された後に光検出器１７で光ヘテロダイン検出されると、図５（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が得られる。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ０は、被測定光ファイバＦＵＴの一端の近傍で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ２は、図４に示す点ｚ２で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ４は、図４に示す点ｚ４で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号Ｓ１に含まれる成分Ａ６は、図４に示す点ｚ６で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。

光検出器１７から出力された検出信号Ｓ１は、周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに入力されて周波数変換される。具体的に、周波数変換部１８Ａに入力された検出信号Ｓ１は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ａを用いて周波数変換器１８ｂによって周波数変換される。また、周波数変換部１８Ｂに入力された検出信号Ｓ１は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ｂを用いて周波数変換器１８ｂによって周波数変換される。同様に、周波数変換部１８Ｃに入力された検出信号Ｓ１は、周波数発生器１８ａから出力される信号Ｓ２０ｃを用いて周波数変換器１８ｂによって周波数変換される。

ここで、図５（ｃ），（ｅ），（ｇ）に示す通り、周波数変換部１８Ａで用いられる信号Ｓ２０ａと、周波数変換部１８Ｂで用いられる信号Ｓ２０ｂと、周波数変換部１８Ｃで用いられる信号Ｓ２０ｃとは、互いに異なるタイミングで発生するように調整されている。図５（ｃ）に例示する通り、周波数変換部１８Ａで用いられる信号Ｓ２０ａは、時刻０で発生するようにタイミングが調整されている。また、図５（ｅ）に例示する通り、周波数変換部１８Ｂで用いられる信号Ｓ２０ｂは、時刻ｔ６で発生するようにタイミングが調整されている。尚、時刻ｔ６は、測定光ＬＭ１が点ｚ２に達したときに生じたレイリー散乱光ＬＳ１２が、被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する時刻である。同様に、図５（ｇ）に例示する通り、周波数変換部１８Ｃで用いられる信号Ｓ２０ｃは、時刻ｔ４１で発生するようにタイミングが調整されている。尚、時刻ｔ４１は、測定光ＬＭ１が点ｚ４に達したときに生じたレイリー散乱光ＬＳ１４が、被測定光ファイバＦＵＴの一端に達する時刻である。

図５（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が、図５（ｃ）に示す信号Ｓ２０ａを用いて周波数変換されると、図５（ｄ）に示す信号Ｓ２ａが得られる。例えば、信号Ｓ２ａに含まれる時刻０～ｔｓの間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４１を有する成分Ｂ１０は、図５（ｂ）に示す成分Ａ０の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２ａに含まれる時刻ｔ６～ｔ１０の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４２を有する成分Ｂ１２は、図５（ｂ）に示す成分Ａ２の周波数が変換されたものである。

図５（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が、図５（ｅ）に示す信号Ｓ２０ｂを用いて周波数変換されると、図５（ｆ）に示す信号Ｓ２ｂが得られる。例えば、信号Ｓ２ｂに含まれる時刻ｔ６～ｔ１０の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４１を有する成分Ｂ２２は、図５（ｂ）に示す成分Ａ２の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２ｂに含まれる時刻ｔ４１～ｔ４２の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４２を有する成分Ｂ２４は、図５（ｂ）に示す成分Ａ４の周波数が変換されたものである。

図５（ｂ）に示す検出信号Ｓ１が、図５（ｇ）に示す信号Ｓ２０ｃを用いて周波数変換されると、図５（ｈ）に示す信号Ｓ２ｃが得られる。例えば、信号Ｓ２ｃに含まれる時刻ｔ４１～ｔ４２の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４１を有する成分Ｂ３４は、図５（ｂ）に示す成分Ａ４の周波数が変換されたものである。また、信号Ｓ２ｃに含まれる時刻ｔ６１～ｔ６２の間（時間ｔ_scanの間）において一定の周波数ｆ４２を有する成分Ｂ３６は、図５（ｂ）に示す成分Ａ６の周波数が変換されたものである。

周波数変換部１８Ａで得られた信号Ｓ２ａ及び周波数変換部１８Ｂで得られた信号Ｓ２ｂ、周波数変換部１８Ｃで得られた信号Ｓ２ｃは測定部１９Ａに入力される。信号Ｓ２ａについては、切出部２１ａ及びフーリエ変換部２２ａによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われ、信号Ｓ２ｂについては、切出部２１ｂ及びフーリエ変換部２２ｂによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われ、信号Ｓ２ｃについては、切出部２１ｃ及びフーリエ変換部２２ｃによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われる。そして、フーリエ変換部２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって求められた測定点に対応する周波数成分の大きさが信号処理部２３Ａに入力され、測定点の各々における被測定光ファイバＦＵＴの特性（例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等）が測定される。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端から点ｚ６までの特性が連続的に測定される。

以上の通り、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、まず、光源１１から出力される一定周波数の光を測定光ＬＭと参照光ＬＲとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号Ｓ１０を用いて、測定光ＬＭの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光ＬＭ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内で生じたレイリー散乱光ＬＳを出力する。次いで、参照光ＬＲとレイリー散乱光ＬＳとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号Ｓ２０を用いて、検出された検出信号Ｓ１の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号Ｓ２を用いて被測定光ファイバＦＵＴの特性を測定している。これにより、第１実施形態と同様に、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。

また、本実施形態では、３つの周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃを設け、周波数変換部１８Ａに対応する切出部２１ａ及びフーリエ変換部２２ａと、周波数変換部１８Ｂに対応する切出部２１ｂ及びフーリエ変換部２２ｂと、周波数変換部１８Ｃに対応する切出部２１ｃ及びフーリエ変換部２２ｃとを備える測定部１９Ａを設けている。そして、周波数変換部１８Ａで用いられる信号Ｓ２０ａの発生開始タイミングと、周波数変換部１８Ｂで用いられる信号Ｓ２０ｂの発生開始タイミングと、周波数変換部１８Ｃで用いられる信号Ｓ２０ｃの発生開始タイミングとを異ならせている。これにより、信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃの周波数範囲を変えることなく、第１，第２実施形態よりも測定距離を長くすることができる。

以上、本発明の実施形態による光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した第１～第３実施形態において、レイリー散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの偏波面が一致しないと感度が低下するため、偏波ダイバーシティ等によってレイリー散乱光ＬＳと参照光ＬＲとの偏波面を一致させるのが望ましい。

また、上記第１～第３実施形態においては、光検出器１７と周波数変換部１８（周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）との間にＡ／Ｄ変換器を設け、光検出器１７から検出信号Ｓ１をディジタル信号に変換しても良い。この構成の場合には、周波数変換部１８（周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）及び測定部１９（測定部１９Ａ）はディジタル回路で構成される。或いは、周波数変換部１８（周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）と測定部１９（測定部１９Ａ）の間にＡ／Ｄ変換器を設け、周波数変換部１８（周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）から出力される信号Ｓ２（信号Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ）をディジタル信号に変換しても良い。この構成の場合には、測定部１９（測定部１９Ａ）はディジタル回路で構成される。

また、上記第１～第３実施形態においては、周波数変換部１８（周波数変換部１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ）で用いられる信号Ｓ２０（信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ）の周波数範囲が、一定（周波数ｆ２１～ｆ２２）である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、周波数シフト部１３で用いられる信号Ｓ１０の周波数をｆ１１からｆ１２まで変化させるのに要する時間ｔ_scanとは独立に、信号Ｓ２０（信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ）の周波数範囲を拡げてもよい。信号Ｓ２０（信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ）の周波数範囲を拡げることによっても測定距離を長くすることができる。

また、上記第３実施形態においては、被測定光ファイバＦＵＴの長さが、例えば、被測定光ファイバＦＵＴの一端から点ｚ６までの範囲である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、時刻ｔ６２以降も、図５（ｃ），（ｅ），（ｇ）に示すタイミングで信号Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃを繰り返し発生させることで、更に測定距離範囲を長くすることができる。

１，２ 光ファイバ特性測定装置
１１ 光源
１２ 光分岐器
１３ 周波数シフト部
１４ 光スイッチ
１５ 光サーキュレータ
１７ 光検出器
１８ 周波数変換部
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ 周波数変換部
１８ａ 周波数発生器
１９，１９Ａ 測定部
２１ 切出部
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 切出部
２２ フーリエ変換部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ フーリエ変換部
２３，２３Ａ 信号処理部
ＦＵＴ 被測定光ファイバ
ＬＭ 測定光
ＬＲ 参照光
ＬＳ レイリー散乱光
Ｓ１ 検出信号
Ｓ２ 信号
Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ｃ 信号
Ｓ１０ 信号
Ｓ２０ 信号
Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ 信号
ｔ_scan 時間

Claims (8)

1. 一定周波数の光を出力する光源と、
   前記光源から出力される光を測定光と参照光とに分岐する第１分岐部と、
   周波数が順次変化する第１信号を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる周波数シフト部と、
   周波数が順次シフトする前記測定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レイリー散乱光を出力する第２分岐部と、
   前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する検出部と、
   周波数が順次変化する第２信号を用いて、前記検出部から出力される検出信号の周波数を変換する周波数変換部と、
   前記周波数変換部から出力される信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   を備える光ファイバ特性測定装置。
2. 前記第１信号の周波数変化率と前記第２信号の周波数変化率とは同じであり、
   前記第２信号の周波数範囲は、前記第１信号の周波数範囲よりも広い、
   請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記第１信号は、予め規定された基準時間で一度の周波数変化が終わる信号であり、
   前記周波数シフト部から出力される前記測定光を、前記基準時間だけのパルス幅を有する光パルスにするパルス化部を備える請求項１又は請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記測定部は、前記周波数変換部から出力される信号から、前記被測定光ファイバに設定された測定点に応じた部分を切り出す切出部と、
   前記切出部で切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、前記測定点に対応する周波数成分の大きさを求めるフーリエ変換部と、
   を備える請求項３記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記切出部によって切り出される部分は、前記基準時間と同じ時間幅を有する、請求項４記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 前記周波数変換部は、前記第２信号を発生する信号発生器を備えており、
   前記信号発生器は、前記第２信号の発生開始タイミングを調整可能である、
   請求項４記載の光ファイバ特性測定装置。
7. 前記周波数変換部は、複数設けられており、
   前記測定部は、複数の前記周波数変換部に対応する複数の前記切出部及び前記フーリエ変換部をそれぞれ備えており、
   複数の前記周波数変換部に設けられる前記信号発生器における前記第２信号の発生開始タイミングは互いに異なる、
   請求項６記載の光ファイバ特性測定装置。
8. 一定周波数の光を出力する第１ステップと、
   前記光を測定光と参照光とに分岐する第２ステップと、
   周波数が順次変化する第１信号を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる第３ステップと、
   周波数が順次シフトする前記測定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レイリー散乱光を出力する第４ステップと、
   前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する第５ステップと、
   周波数が順次変化する第２信号を用いて、前記第５ステップで検出された検出信号の周波数を変換する第６ステップと、
   前記第６ステップで周波数が変換された信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する第７ステップと、
   を有する光ファイバ特性測定方法。

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