JP3340849B2 - 光学式時系列反射測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式時系列反射法
（ＯＴＤＲ）及びこの方法を実施するための装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＴＤＲにおいて、第１波長（λ₀ ）の
光が光ファイバの一端から投射され、光ファイバに沿う
後方散乱光が測定されている。ＯＴＤＲを用いる分布測
定において、後方散乱光を用いて測定すべき領域中に展
開された光ファイバに沿う種々の位置における物理的パ
ラメータの各値が測定される。光学式時間系列反射法測
定を用いて光ファイバの各生産工程に於けるファイバの
特性を検出したり設置されているケーブル中の光ファイ
バを特定する場合、例えば後方散乱光を用いて光ファイ
バ中の欠陥の位置が検出され又は光ファイバの減衰特性
が測定されている。

【０００３】後方散乱信号は弾性散乱プロセスまたは非
弾性散乱プロセスのいずれかにより発生する。レーリー
散乱は、投射信号（λ₀ ）にほぼ同一の波長分布の弾性
散乱信号を発生する。これに対して、ブリリアン散乱及
びラマン散乱は非弾性散乱プロセスであり、スペクトル
帯域の対をそれぞれ発生する。１次帯域の各対は、投射
信号の波長（λ₀ ）よりも長い波長（λ₊₁）に位置する
一方の帯域（ストークス帯域）及び投射信号の波長より
も短い波長（λ_-1）の他方の帯域（反ストークス帯域）
を含んでおり、従ってこの帯域対は投射信号波長上に位
置する。このスペクトラムは個々の散乱プロセスに起因
する数個の順次の次数

【外１】 を通常含んでおり、これら帯域の信号強度は次数が増加
するに従って減少する。シリカを基材とする材料におい
て、ラマンスペクトラムは１個以上の顕著な強度の帯域
を含んでおり、例えば２元Ｐ₂ Ｏ₅ ・ＳｉＯ₂ ガラスの
場合、Ｐ₂ Ｏ₅ は４４０ｃｍ^-1の主シリカ帯域に加えて
１３９０ｃｍ^-1を中心とする帯域を有している。

【０００４】シリカに９０４ｎｍの波長の信号を投射す
る場合、ブリリアン反ストークス後方散乱信号及びブリ
リアンストークス後方散乱信号は投射信号から約０．０
５ｎｍだけ偏移し、１次ラマンストークス後方散乱信号
及びストークス後方散乱信号は約３４ｎｍ偏移する。ブ
リリアン散乱信号及びラマン散乱信号の波長偏移は、投
射信号波長が１．０６μｍの場合それぞれ約０．０５８
ｎｍ及び５０ｎｍであり、シリカに１．５３μｍの波長
を投射する場合それぞれ約０．０８４ｎｍ及び１００ｎ
ｍである。

【０００５】ブリリアン後方散乱信号及びラマン後方散
乱信号は温度のような物理的パラメータに依存する強度
を有している。典型的には、室温のシリカファイバの場
合ラマンストークス信号及び反ストークス信号の強度は
ブリリアン後方散乱信号の強度よりも弱く、ラマン信号
は１．０６４μｍにおいてレーリー後方散乱信号よりも
それぞれ約１８ｄＢ及び２８ｄＢだけ低い１次強度を有
し、これに対してブリリアン信号はレーリー後方散乱信
号よりも約１３〜１６ｄＢ低い。標準のマルチモード光
ファイバ（５０μｍの直径コア、１２５μｍ直径のクラ
ッド層、コアの屈折率が徐々に変化し、開口数が０．２
０）に波長１．０６４μｍで５０Ｗでパルス幅が７ｎ秒
の光パルスを投射した場合、光ファイバの受光／入射端
近傍の後方散乱によって生ずる反ストークス光のパワー
は約５０ｎＷである。

【０００６】欧州特許出願２１３８７２号公報に記載さ
れているような既知の分布測定ＯＴＤＲ法においては、
パルス幅が４０ｎ秒で周波数が４ｋＨｚで波長が８５４
ｎｍの１．５Ｗの変調光信号が１ｋｍ以上の長さの光フ
ァイバの一端から投射されている。後方散乱信号は第１
の端部に戻り前述した弾性及び非弾性後方散乱信号を含
み、これら後方散乱信号はラマン反ストークス信号以外
の全ての信号が濾波され、反ストークス信号が強度測定
用の検出手段に入射し全後方散乱信号と比較されてい
る。投射信号を投射した後の時間経過後の強度変化か
ら、光ファイバに沿う温度のような個別の物理的パラメ
ータの分布が取り出される。

【０００７】英国特許第２１４０５５４号に記載されて
いる既知のＯＴＤＲ法においては、パルス光が光ファイ
バの一端から投射され、後方散乱したラマンストークス
及び反ストークス信号が分離され測定されている。そし
て、これら測定値の比がとられ、この比から光ファイバ
に沿う温度分布が取り出されている。

【０００８】欧州特許出願第５０２２８３号に記載され
ている別の既知のＯＴＤＲ法では、ダイオードポンプ型
の固体レーザを有する光源から１．３２μｍの波長の光
信号が供給され、ラマン散乱特性が増強されたある長さ
の光ファイバ、減衰器及び光学フィルタを経て、１．４
０μｍの波長の試験信号が測定用の光ファイバに投射さ
れ、測定用の光ファイバに沿う温度が測定されている。
１．３２μｍと１．４０μｍの間の波長変換は、第１波
長に対する誘導散乱（ＳＲＳ）によって行われ、長波長
の第２波長を発生させている。測定用の光ファイバに沿
う位置から後方散乱によって生じた波長１．３２μｍ及
び１．５０μｍのラマン反ストークス信号及びラマンス
トークス信号が検出され、最初に述べたＯＴＤＲ法と同
一の方法で処理されている。

【０００９】光ファイバへの試験信号の範囲は分散及び
減衰により制約を受ける。従って、ある所定の光ファイ
バの場合、試験信号は、光ファイバの減衰／分散特性が
最小になる波長に選択することが望ましい。ＧｅＯ₂ が
ドープされたシリカのような光ファイバ材料の場合、
１．３μｍの波長において分散が最小になり、最小の減
衰係数は波長λ＝１．５５μｍにおいて約０．２ｄＢ／
ｋｍである。

【００１０】１．５１μｍ〜１．５９μｍの範囲の波長
光を用い長距離測定に好適なＯＴＤＲ分布測定システム
は英国特許出願第９３０７６６０．２号（１９９３年４
月１４日に出願された）に記載されており、この特許出
願の内容は参考として記載する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】遠距離測定を行うには
高いパワーの光源が必要である。しかしながら、高いパ
ワーの場合、非線形光学効果が生じてしまう。特別な問
題は、光ファイバに投射された波長光を１次ストークス
波長光に変換する主として順方向の誘導ラマン散乱にあ
る。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は単一モード光ファイバ
（屈折率差０．３５％、カットオフ波長１２００ｎｍ）
の１５３０ｎｍの試験波長λ₀ （破線で示す）における
光ファイバの距離に対する１次ストークスラマン波長λ
₊₁（実線）の強度変化の入射強度１ｍＷ及び３ｍＷの特
性を示すグラフである。これら図１（Ａ）及び（Ｂ）に
示すように、光ファイバに入射したほぼ全ての光がスト
ークス波長光に変換されるまで光ファイバに沿って誘導
放射が生成され、長い距離に亘って遠距離測定を行うこ
とができる。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す値は代表
的な光ファイバについてであり、光ファイバの設計及び
用いる試験波長光に依存している。生成量は光ファイバ
に入射する光の強度（パワー／面積）及びガラスのパラ
メータに比例し、従って光が入射する面積に反比例す
る。

【００１２】十分に高いパワーレベルで動作する分布セ
ンサの場合（例えば、長距離に亘たる用途の場合）、誘
導ラマン散乱によりストークス波長における信号は非線
形効果が生じない場合よりも一層大きくなり、これによ
りストークス信号が基準として用いられる測定値が乱れ
てしまう。さらに、光ファイバに入射した光によりスト
ークス波長光へ変換する過程においてパワー損失が生ず
るので、反ストークス波長光の信号が相当微弱になって
しまう。さらに、ストークス光が順方向に進行するた
め、光ファイバ中のコネクタがこのストークス光の大部
分を反射し、受信装置のフィルタを通過してしまう。そ
して、このコネクタで反射した強い信号が次のファイバ
段によるプリアンプ出力を乱してしまう。図２は典型的
な単一モードファイバにおいて１５３０ｎｍの波長で３
Ｗのパワーの光を投射した際の５００００ｍの距離に亘
る反ストークス光（点線）及びストークス光（破線）に
おける後方散乱信号（０ｋｍに正規化されている）並び
にこれら２個の信号の比（実線）を示す。この図２に示
すように、ストークス信号は光ファイバに沿う距離に従
って増加し光ファイバの減衰の通常の効果を圧倒してお
り、反ストークス／ストークスの比が乱されている。図
３は代表的な単一モード光ファイバに１．０Ｗの１５３
０ｎｍの波長の光パルスを投射した場合の、ラマン利得
を考慮したストークス波長の全順方向伝播パワー（点
線）と純粋に線形なパワー（実線）との比較を示す。

【００１３】一例として、コアの屈折率１．４５で開口
数０．１の非分散偏移単一モード光ファイバの場合、
１．５３μｍの波長光の信号を投射すると０．１９７ｄ
Ｂ／ｋｍの減衰（１．４３μｍの波長におけるラマン反
ストークス波長においては０．２９２ｄＢ／ｋｍの減衰
が生じ、１．６４μｍのストークス波長では０．３１１
ｄＢ／ｋｍの減衰が生ずる）が生じ、この波長の投射光
パルスを用いると、例えばストークス信号に対する反ス
トークス信号の比における線形動作値からの２％の偏移
があるだけでも温度分布測定の用途において約３℃の誤
差が出てしまう。長さが５００００ｍの光ファイバにお
いて、１．５３μｍの波長の光パルスを用いる場合、非
線形誤差は、０．９Ｗ〜１．０Ｗの投射パワーの場合２
％を越えてしまう。すなわち、１Ｗのパワーの場合３
９．６５０ｍの距離で２％以上の誤差となり、２Ｗのパ
ワーの場合１２．０５０ｍの距離において２％の誤差を
超えてしまう。これらの値は光ファイバの損失の僅かな
変化を含む多くのファクタの影響を受け易いが、分布測
定における誘導ラマン散乱の効果を表すように作用す
る。

【００１４】誘導ラマン散乱が生ずると分布測定のため
の基準が得られなくなるため、光ファイバを線形な態様
で動作させることが重要な光学式時系列反射測定法にお
いては誘導ラマン散乱の発生は重要な課題である。

【００１５】従って、誘導ラマン散乱を回避するため、
光ファイバに投射される光のパワーが制限され、測定で
きる範囲が制限されていた。

【００１６】

【課題を解決するための手段並びに作用】本発明の第１
の見地によれば、測定すべき領域に敷設した光ファイバ
に沿う種々の位置における物理的パラメータの値を検出
する光学式時系列反射測定方法であって、第１の波長の
放射を前記光ファイバに投射し、少なくとも１個のあら
かじめ選択した波長帯域の後方散乱放射を用いて前記物
理的パラメータの値に対応した出力記号を発生させるに
際し、前記出力記号を発生させるために用いる波長帯域
を、前記第１の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によ
って生ずる１次ストークス、波長帯域が位置する波長に
等しい第２の波長帯域に位置しないようにし、前記光フ
ァイバにおける第２の波長の放射の相対的生成を抑制
し、光ファイバ中における第１の波長の放射の誘導散乱
による第２の波長の放射への変換を抑制する光学式時系
列反射測定方法を提供する。

【００１７】測定はストークス（第２の）波長の放射光
に基づいて行われないので、このシステムはストークス
波長において高損失となるように設計することができ、
これにより光ファイバ中におけるこの波長の光の強度が
低下すると共に誘導散乱の発生が遅延する。さらに、光
ファイバが低損失になる波長帯域が一層狭くなる。スト
ークス信号ではなくレーリー散乱信号を基準として用い
ることにより、検出される信号強度が一層大きくなり、
この結果必要な測定時間が短くなると共に測定精度も改
善される。この方法は本発明の第２の実施形態を構成
し、測定すべき領域の種々の位置の物理的パラメータの
各値を検出する光学式時系列反射測定装置により実施す
ることができる。この光学式時系列反射測定装置は、測
定すべき領域の種々の位置の物理的パラメータの値を検
出する光学式時系列反射測定装置であって、測定すべき
領域に沿って配置した光ファイバと、第１の波長の放射
を前記光ファイバに投射する光源装置と、物理的パラメ
ータの各値を取り出すことができる光ファイバに沿う後
方散乱放射を受光する検出装置とを具え、前記物理的パ
ラメータの値を取り出すために用いる後方散乱放射を１
又はそれ以外の予め選択した波長帯域に制限するフィル
タ装置を配置し、これらの波長帯域を、前記第一の波長
の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によって生ずる１
次ストークス波長帯域が位置する波長に等しい第２の波
長帯域に位置しないよう設定し、前記光源装置及び／又
は光ファイバを、前記第２の波長の放射の光ファイバ中
での生成を抑制するように選択及び配置し、前方第１の
波長の放射の誘導放射による第２の波長の放射への変換
を抑制するように構成する。

【００１８】好ましくは、前記予め選択した波長帯域
は、光ファイバ中で生ずるラマン又はブリリアン散乱に
よって発生する反ストークス帯域とし、並びに／又は波
長帯域は第１の波長に位置させる。

【００１９】測定すべき物理的パラメータは温度とする
ことができるが、温度に限定されるのではない。

【００２０】第２の波長の放射の生成を抑制すること
は、前記第１の波長を、光ファイバの予め定められた減
衰特性に基づき、前記第１の波長及び前記各波長帯域が
最小の局部減衰係数の波長に隣接し、前記第２の波長が
最小の局部減衰係数の波長から変位するように選択し、
前記第２の波長の放射を前記第１の波長の放射又は前記
各波長帯域の放射よりも顕著に減衰させることにより達
成することができる。

【００２１】第２波長の減衰は、前記第２の波長を光フ
ァイバの減衰特性の赤外線最大吸収に一致させ又はこの
最大吸収の短波長側の端部に位置させ、或いは水酸化物
イオンのような光ファイバ中に自然発生する不純物又は
希土類金属イオンのような添加不純物に対応する局所的
な最大吸収に一致させることにより行うことができる。
水酸化物イオンの場合、第１波長はＮｄ：ＹＡＧレーザ
から放射される１３２０ｎｍの波長とすることができ
る。

【００２２】変形例として又は付加的に、光ファイバに
組込型の回折格子を設けて第２波長の放射を反射させ、
及び／又は光ファイバの少なくとも一部を湾曲させて第
２波長の放射に対して曲げ損失を誘導させ、及び／又は
光ファイバの導波路構造を第２波長における損失が最大
となるように構成することができる。

【００２３】上述した構成の代わりとして又はこれに加
えて用いることができる好適な形態は、前記第２の波長
の放射の光ファイバ中での非弾性散乱により生ずる１次
ストークス波長帯域が位置する波長に等しい第３の波長
の放射を第１の波長の放射と共に光ファイバに投射し、
第２の波長の放射が誘導散乱によって第３の波長の放射
に変換されるように構成し、これにより第２の波長の放
射を誘導散乱によって第３の波長の放射に変換すること
により、第２の波長の放射の生成を抑制することができ
る。

【００２４】この第３の波長の放射を用いることは他の
技術を用いることができない場合に特に有効である。例
えば、光学式時系列反射測定法を用いて光ファイバを特
徴付ける場合、試験波長について特定された標準の光フ
ァイバ以外の光ファイバを用いる技術を採択することが
できない。本発明の第３の概念を実施する方法は、本発
明の第４の概念を構成する光ファイバの特性を測定する
光学式時系列反射測定装置を用いて実施することができ
る。この光学式時系列反射測定装置は、予め設定した第
１の波長の放射を光ファイバに投射する光学装置と、光
ファイバの選択された特性を測定するために用いられる
光ファイバに沿う後方散乱放射を検出する検出装置とを
具え、前記予め設定した第１の放射の光ファイバ中での
非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域が位
置する波長に等しい第２の波長の放射の光ファイバ中で
の生成を抑制するため、前記光源装置が、前記第２の波
長の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によって生ずる
１次ストークス波長帯域が位置する波長に等しい第３の
波長の放射を第１の波長の放射と共に光ファイバに投射
するように構成され、これにより第２の波長の放射を第
３の波長の放射に変換すると共に、予め定めた第１の波
長の放射の誘導散乱による第２の波長の放射への変換を
抑制する。

【００２５】第３の波長の放射を第１の波長の放射と共
に光ファイバに投射する本発明の第１または第３の実施
形態を実施する方法では、第２の波長の放射の光ファイ
バ中での非弾性散乱により生ずる１次ストークス波長帯
域が位置する波長に等しい第４の波長における放射の光
ファイバ中での生成を抑制するため、前記光源装置が、
前記第４の波長の放射の帯域が位置する波長に等しい第
５の波長の放射を前記第３の波長の放射と共に光ファイ
バに投射するように動作し、これにより前記第４波長の
放射を誘導散乱によって前記第５の波長の放射に変換す
るように構成する。

【００２６】本発明の第５の見地によれば、測定すべき
領域に敷設した光ファイバに沿う種々の位置の物理的パ
ラメータの値を検出する光学式時系列反射測定方法であ
って、予め定めた波長の放射を光ファイバに投射し、第
１及び第２の波長にそれぞれに位置する第１及び第２の
予め定めた波長帯域の後方散乱を用いて検出した出力信
号を発生させるに際し、前記予め定めた波長を前記光フ
ァイバの予め定めた減衰特性に基づき、第１及び第２の
波長の各減衰損失の平均値を用いることにより決定され
る平均減衰値をほぼ最小にする光学式時系列反射測定方
法を提供する。このように構成することにより、検出範
囲を一層増大させることができる。

【００２７】本発明の第５の概念を構成する方法は、本
発明の第６の概念を構成し測定すべき領域の種々の位置
の物理的パラメータの各値を検出する光学式時系列反射
測定装置を用いて実施することができる。この装置は、
測定すべき領域の種々位置の物理的パラメータの値を検
出する光学式時系列反射測定装置であって、測定すべき
領域に沿って配置した光ファイバと、第１の波長の放射
を前記光ファイバに投射する光源装置と、物理的パラメ
ータの各値を取り出すことができる光ファイバに沿う後
方散乱放射を受光する検出装置と、前記物理的パラメー
タの値を取り出すために用いる後方散乱放射を第１及び
第２の予め定めた波長帯域に制限するフィルタ装置とを
具え、前記予め定めた波長を、前記第１及び第２の波長
における各減衰損失の平均値を用いることによって決定
される平均減衰値がほぼ最小になるように構成する。

【００２８】本発明の第７の概念は、測定すべき領域に
敷設した光ファイバに沿う種々の位置における物理的パ
ラメータの値を検出する光学式時系列反射測定方法であ
って、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射し、少
なくとも１個のあらかじめ選択した波長帯域の後方散乱
放射を用いて前記物理的パラメータの値に対応した出力
記号を発生させるに際し、前記出力記号を発生させるた
めに用いる波長帯域を、前記第１の放射の光ファイバ中
での非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域
が位置する波長に等しい第２の波長帯域に位置しないよ
うにし、前記第１の予め定めた波長を光ファイバのパワ
ー損失変数の値が前記光ファイバの予め設定した長さに
亘ってほぼ最小になるように選択し、このパワー損失変
数を、前進する放射及び後方に戻る放射の光ファイバの
予め定めた長さに亘たる全パワー損失を与える第１の波
長依存性関数から、光ファイバ中での誘導散乱に起因す
るパワー損失を与える第２の波長依存性関数を減算する
ことによって決定する光学式時系列反射測定方法を提供
する。

【００２９】この方法は本発明の第８の概念を構成する
光学式時系列反射測定装置を用いることにより実施する
ことができる。この第８の概念を構成する光学式時系列
反射測定装置は、測定すべき領域の種々の位置の物理的
パラメータの値を検出する光学式時系列反射測定装置で
あって、測定すべき領域に沿って配置した光ファイバ
と、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射する光源
装置と、物理的パラメータの各値を取り出すことができ
る光ファイバに沿う後方散乱放射を受光する検出装置
と、前記物理パラメータの値を取り出すために用いる後
方散乱放射を一個又はそれ以上の予め選択した波長帯域
に制限するフィルタ装置とを具え、前記物理的パラメー
タの値を取り出すために用いる波長帯域を前記第１の予
め選択した波長の放射の光ファイバ中での非弾性散乱に
より生ずる１次ストークス波長帯域が位置する波長に等
しい第２の波長帯域に位置しないように設定し、前記予
め選択した波長を、光ファイバのパワー損失変数の値が
前記光ファイバの予め設定した長さに亘ってほぼ最小に
なるように選択し、このパワー損失変数を、前進する放
射及び後方に戻る放射の光ファイバの予め定めた長さに
亘たる全パワー損失を与える第１の波長依存性関数か
ら、光ファイバ中での誘導散乱に起因するパワー損失を
与える第２の波長依存性関数を減算することによって決
定する。

【００３０】本発明の第９の概念によれば、測定すべき
領域に敷設した光ファイバに沿う種々の位置における物
理的パラメータの値を検出する光学式時系列反射測定方
法であって、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射
し、前記第１の波長の光ファイバ中での非弾性散乱によ
り生ずる反ストークス波長帯域の波長に等しい第２の波
長及び前記第１の波長帯域にそれぞれ位置する後方散乱
放射を用いて第１及び第２の出力信号の組を発生させ、
前記第１の波長の放射と時間的にずらして第２の波長の
放射を光ファイバに投射し、中心が前記第２の波長に対
応する第３の波長域の後方散乱放射を用いて第３の出力
信号の組を発生させ、第１の出力信号の組を前記第２及
び第３の出力信号の組の幾何平均に対して正規化するこ
とにより検出した物理的パラメータの値に対応する最終
の出力信号の組を発生させる光学式時系列反射測定方法
を提供する。

【００３１】この方法は本発明の第１０の概念を構成す
る光学式時系列反射測定装置は、測定すべき領域の種種
の位置の物理的パラメータの値を検出する光学式時系列
反射測定装置であって、測定すべき領域に沿って配置し
た光ファイバと、第１の波長の放射を前記光ファイバに
投射する光源装置と、光ファイバに沿って伝播する後方
散乱放射を受光する検出手段と前記第１の波長の放射の
光ファイバ中での非弾性散乱により生ずる反ストークス
波長帯域の波長に等しい第２の波長及び前記第１の波長
にそれぞれ位置する第１及び第２の波長帯域の後方散乱
放射を用いて第１及び第２の出力信号の組をそれぞれ発
生させる信号処理手段とを具え、前記光源装置が、前記
第１の波長の放射と時間的にずれて第２の波長放射を光
ファイバに投射するように選択的に動作し、前記信号処
理手段と、前記第２の波長に位置する第３の波長帯域の
後方散乱放射を用いて第３の出力信号の組を発生するよ
うに動作すると共に、第１の出力信号の組を第２及び第
３の出力信号の組の幾何平均に対して正規化することに
より検出される物理的パラメータの値に依存する最終の
出力信号の組を発生させるように動作する。

【００３２】以下、添付図面を参照して本発明の実施例
を説明する。

【００３３】図４（Ａ）に示す装置は本発明の第１の概
念による方法の実施に適するものであり、光源装置１に
より第１の波長λ₀ の光パルスを、測定対象領域に敷設
された多数の選択された光ファイバー２に含まれる任意
の光ファイバの一端Ａから他端Ｂに向け、第１の方向性
カップラー４ａ及び適当な投射光学系３を介して投射す
る構成とされている。

【００３４】投射光の一部はファイバに沿って後方散乱
し、投射端Ａに向けて戻される。典型的には、８０ｎｓ
に亘り波長１５５０ｎｍ、出力１Ｗのパルスを開口数
０．１１の単一モード光ファイバに投射した場合、後方
散乱される反ストークス波長信号のパワーは約６００ｐ
Ｗである。後方散乱光は第２の方向性カップラー４ｂを
介して光学的濾波・検出手段６に導かれる。本実施例で
は予め選択された２種の帯域、すなわちレーリー散乱に
基づく帯域λ₀ と、一次反ストークス・ラマン帯域のλ
_-1における放射を測定する。したがって、光学的濾波・
検知手段６はそれぞれの波長λ_-1，λ₀ に対応する２個
のフィルタ５ａ，５ｂと２個の検出器７ａ，７ｂとを具
える構成とするのが望ましい。２個の別体のフィルタ５
ａ，５ｂに代えて移動可能なフィルタ装置を設けること
もできるが、所要の濾波を達成するために選択的な反
射、吸収、散乱、偏向、偏光等により、予め選択された
１種以上の帯域として、レイリー後方散乱の一部（１〜
２０％）を含み、かつ、スペクトルの残部を含まない帯
域の光を通過させる単数又は複数の装置を使用すること
もできる。また、この種のフィルタ装置（単複を問わ
ず）は、カップラー４ａ，４ｂと組合わせたものであっ
ても良い。

【００３５】レイリー及び反ストークス・ラマン帯域が
好適ではあるが、他の適当な帯域も使用可能であり、こ
の場合には、波長λ₀ の光のファイバ内部での非弾性散
乱（ラマン及び／又はブリリアン散乱）により生じる２
種の波長のうちの長い波長に等しい第２の波長λ₊₁にお
ける帯域を除外する。すなわち、測定を波長λ₊₁におけ
る放射に基づいて行うものではないため、システムをλ
₊₁における損失が高く、したがって当該波長における光
強度が減少すると共に誘導散乱を遅延させる設計とする
ことができる。これに加えて、ファイバが低損失である
波長帯域がより狭まる。これに関連して、１５５０〜１
６５０ｎｍの波長λ₀ に対して、各波長λ₀ ，λ_-1，λ
₊₁の間隔は１００ｎｍのオーダである。この波長帯域又
は信号強度帯域におけるファイバ損失は均一でなく、し
たがって、システム全体の損失は、システムが伝送窓の
中心に近い領域で作動する場合には高くなる。伝送距離
が数十ｋｍに亘る場合には僅かな相違（例えば０．１ｄ
Ｂ）であってもシステム特性に顕著な影響を及ぼす。

【００３６】ストークス信号の代わりにレイリー散乱信
号を参照信号として使用することは、レイリー散乱信号
がより強度の高い信号である点において有利である。す
なわち、参照信号を得るために必要とされる測定時間が
減少し、レイリー信号に対する反ストークス信号比の感
度が高まる。さらに、カップラーからの、レイリー後方
散乱信号の強力な反射信号を、より高いダイナミックレ
ンジ（雑音特性）が達成される感度を犠牲にするプリア
ンプ設計において対処し得る利点も得られるのである。

【００３７】方向性カップラー４ａ，４ｂは、前進波及
び後退波、並びに所定値の波長を分離する光ファイバダ
イクロイックビームスプリッタ（波長分割マルチプレク
サとしても既知である）として構成することができ、ま
た、同様の目的に供するバルク光学系、集積光学系若し
くはバルク光学系及び集積光学系の組合わせよりなる装
置として構成することができる。

【００３８】図４（Ａ）に示す単一モードファイバ２と
併用する場合、それぞれ融着されたテーパカップラー４
ａ，４ｂを使用するのが望ましい。第１方向性カップラ
ー４ａの伝送特性を図４Ｂに示す。このカップラー４ａ
は、その結合係数が測定対象波長範囲内で波長と共に正
弦波状に変化する設計とし、特に、ポート４からポート
２に投射される試験波長λ₀ 又はより高次の偶数高調波

【外２】 の光の大部分、ポート２及びポート１の間のλ₀ の復帰
信号の有限小部分（１〜２０％）、並びにポート２から
ポート１に投射される波長λ_-1の光の大部分を伝送可能
とする特性とする。

【００３９】すなわち、現実問題として、波長λ₀ の光
はポート２からポート４まで、波長λ_-1の光はポート２
からポート１まで、それぞれ最小損失で伝送されるべき
である。これは波長が異なる結果として可能となるもの
である。波長λ₀ の光はポート２からポート１までの間
も伝送されるため、ポート４からポート２までの同一波
長の伝送に関して何らかの制約条件が課されるべきでは
あるが、現実問題としては、レイリー散乱がラマン散乱
よりも強度が高いため、このジレンマは、ポート２から
ポート１までの波長λ₀ の光のレイリー散乱の伝送効率
を犠牲にすることによって解消することが可能である。

【００４０】第２の方向性カップラー４ｂの伝送特性
は、波長λ_-1の光の大部分がポート３からポート４まで
伝送され、波長λ₀ の光の大部分がポート３からポート
１まで伝送され、波長λ_-1の光がポート３からポート１
まで殆ど伝送されず、さらに、波長λ_-0の光がポート３
からポート４まで殆ど伝送されない特性とする。

【００４１】検出器７ａ，７ｂの出力側にそれぞれ低雑
音プリアンプ８（８ａ，８ｂ）（並びに、所要に応じて
更なる増幅段及び電気的フィルタ回路、いずれも図示せ
ず）を接続する。かくして発生させた電気信号をディジ
タル信号に変換し、プロセッサ９により信号処理してフ
ァイバ２に沿う一端Ａから他端Ｂまでの分布を表示する
一連のデータ、本実施例では反ストークス信号とレイリ
ー信号との比に基づくデータを生じさせる。図５（Ａ）
及び図５（Ｂ）は、このような分布として、減衰値が温
度非依存性変化を呈するよう測定値を補正・調整したと
きの温度分布を示す。このプロセスを反復し、多数の復
帰パルスについて平均化してファイバ２に沿う温度分布
を十分な精度で算出するのが望ましい。プロセッサ９に
より例えば光源装置１、選択されたファイバ２又はフィ
ルタ５をも制御する構成とすることもできる。理想的に
は、各レーザパルスに対し、ファイバに沿う分解可能な
全ての位置からのサンプルを入手し、ファイバ全体を準
同時的に測定するのが望ましい。この場合、適当な信号
対雑音比が得られるまでファイバ中の単一位置における
サンプリングを行い、引き続いてサンプリング位置を移
動させる代替的な測定方法よりも所要測定時間を短縮す
ることが可能である。測定結果をさらに改善するため、
ファイバの各端から測定を行って温度変動に起因する信
号変化をファイバ損失にに起因する信号変化から分離す
ることができ、この理由から図４（Ａ）に示すファイバ
２の一部はループ状に巻かれている（なお、このループ
巻きが必須条件でないことは言うまでもない）。特定の
位置から復帰する後方散乱信号をファイバの両端から測
定して幾何学的平均値を算出することにより、伝播損失
の影響を排除し、入射信号の後方散乱における変化、し
たがって測定対象帯域における開口数または散乱係数の
変化の影響のみを取り出すことができる。

【００４２】ファイバ中の伝播損失が測定結果に及ぼす
影響を判定し、ひいては減少すると共に検出した測定値
に関連するデータを補正するため、２組の測定、すなわ
ち、波長λ₀ 及びλ_-1における帯域についての試験波長
λ₀ による測定と、波長λ_-1における帯域についての試
験波長λ_-1による測定とを行うのが好適である。

【００４３】特に、測定（例えば温度測定）は波長λ₀
の光を投射し、対応する波長λ_-1の反ストークス放射を
検出することにより行う。測定時のファイバを特徴づけ
るため、関連する波長λ₀ 及びλ_-1′における２種の測
定を更に行う。ここに波長λ_-1′は反ストークス波長λ
_-1と一致する波長であるが、波長選択プロセスで誤差が
生じたときに所要の補正が行えるようλ_-1′として表し
たものである。しかし、これらの誤差は殆どの実用条件
下では無視し得る程度のオーダである。上記２種の測定
のうち、第１の測定は波長λ₀ の光を同時又は順次にフ
ァイバに入射させたときのレイリー散乱を測定すること
により達成され、第２の測定は波長λ_-1′の光を入射さ
せてレイリー散乱を測定することにより達成される。

【００４４】波長λ₀ 及びλ_-1′における２種の測定
は、単に損失を可能な限り正確に現場で補正するのみな
らず、ファイバに沿う特性（例えば開口数又はコア径）
の変化の作用を効果的に除去するものである。これらの
作用に対する感度は１／２０前後まで低下させることが
でき、その理由は、これらが３種の測定の全てに影響を
及ぼすからである。例えば、ファイバの長手方向に沿う
開口数の増加（これは、例えば製造公差に由来する）は
散乱光の捕捉効率の増加、したがって後方散乱信号の増
加につながり、これはλ₀ からλ_-1の散乱プロセスのみ
を考慮する場合には温度の増加として解釈される。検出
したパラメータを計算するため、λ₀ からλ_-1への散乱
測定値を２種の参照測定（λ₀ からλ₀ への後方散乱測
定及びλ_-1′からλ_-1′への後方散乱測定）の幾何学的
平均値に対する正規化を行って得られる波形を使用する
ことができる。これらの測定値がファイバ特性の変化に
対してほぼ同一の信号歪みを伴うため、この種の誤差は
大部分が除去される。例えば、ファイバに沿うある位置
で開口数が１０％変化すると、正規化を行わない場合に
は後方散乱レベルが２２％変化し、したがって温度測定
に際しては２０℃の誤差となるが、上記提案に係る信号
処理方法によればこの種の誤差を１℃未満まで低下させ
ることができる。

【００４５】波長λ₀ 及びλ_-1′の光源として別個の光
源を使用することもできるが、図６に示すように、波長
λ_-1′のレーザを発生させる単一光源を使用すると共に
当該光源に関連するファイバ中で誘導変換により波長λ
₀ の光を発生させるのが有利である。

【００４６】図６に示す配置において、光源１により発
生された波長λ_-1′の光は第１のカップラーＤのポート
１に投射され、このカップラーは波長λ_-1′の光の小部
分（約１０％）を遅延ライン２１の一端に接続されたポ
ート２に伝送すると共に大部分（約９０％）をラマンゲ
インの高いファイバ、すなわちラマンシフトファイバ２
２の一端に接続されたポート３に伝送する機能を発揮す
る。このラマンシフトファイバ２２は波長λ_-1′の光の
大部分を誘導ラマン散乱により一次ラマン・ストークス
波長、すなわち波長λ₀ の光に変換するが、二次ラマン
・ストークス波長の光には殆ど変換されない。なお、ラ
マンシフトファイバ２２の他端には、波長λ₀ の光を通
過させるバンドパスフィルタ５２が接続されている。

【００４７】波長λ_-1′のレーザ全体をラマンシフトフ
ァイバ２２に投射し、いずれも必要とされる波長λ_-1′
及び波長λ₀ の出力を事後的に分割することも可能であ
るが、あまり望ましいことではない。すなわち、波長λ
_-1′の光のパワーが元のパワーほど安定ではなく、その
結果として測定装置のセットアップ及び作動に実用上の
難点を生じることがあるからである。

【００４８】所要のラマンシフトファイバ２２の長さ
は、屈折率差が極めて高い偏光維持形の、すなわち高い
複屈折率を有するファイバを使用することにより最適の
ものとすることができる。市場において入手可能な偏光
維持形の単一モードファイバ、例えば英国チャンドラー
フォード所在のファイバコアリミテッド社製のＨＢ１５
５０形ファイバとして、開口数が０．１５のものにあっ
ては、λ_-1′＝１５３０ｎｍの場合に、長さ１３０ｍの
ファイバにおいて一次ストークス波長への効率の良い変
換を達成するには約１００Ｗの投射パワーで十分であ
る。通常ははるかに安価な標準型の単一モードファイバ
を使用する場合、高い変換効率を達成するため典型的に
は８００ｍのファイバで５０Ｗ、４００ｍのファイバで
は１００Ｗのパルスが必要とされる。

【００４９】後述する理由から、約３０ｋｍの範囲内で
の波長λ₀ の最適値は１６４０−１６５０ｎｍである。
これは、エルビウムをドープしたファイバレーザの一次
ストークス波長と一致する。エルビウムをドープしたフ
ァイバは約１５３０−１５４０ｎｍにおいてピークゲイ
ンを有する。したがって、１５３７ｎｍで作動して１６
４８ｎｍの波長λ₀ を発生させるＱスイッチ形の、エル
ビウムをドープしたファイバレーザは、この範囲内にお
ける特に好適な光源である。

【００５０】波長λ₀ を波長λ_-1′から発生させるに好
適な方法を図７に示す。図６におけると同様に波長
λ_-1′の光を２成分に分割し、光の小部分（約１０％）
をポート１からポート３まで通過させ、ポート３に遅延
ライン２１と波長λ_-1′の光を通過させるバンドパスフ
ィルタ５１とを所要に応じて適宜接続し、また、光の残
部（約９０％）をポート１からポート２まで通過させ
る。ポート２を所定長さの波長シフトファイバ２２の一
端に接続し、その他端を反射性として波長λ_-1′の光が
ファイバ２２の長さの２倍に亘り効率良く散乱され、そ
の散乱に際して波長λ₀ に変換される構成とする。その
結果、必要とされる波長シフトファイバ２２の長さを半
減することができる。さらに、この配置は反ストークス
・ブリリアンラインを測定対象とする場合に有利であ
る。ここに、ブリリアン散乱は基本的に後退プロセスで
あり、ファイバ２２の前記他端は反射性である必要がな
い。カップラーＤは波長λ₀ の光をポート２からポート
４まで通過させ、ポート４には波長λ₀ の光を通過させ
るバンドパスフィルタ５２が接続されている。

【００５１】各波長の光を投射し捕捉することは単一ト
リガー光源を使用する場合、すなわち各波長の光を同一
光源により発生させ、個別的にオンオフ切り替えができ
ない光源を使用する場合に解決の困難な問題を生じる場
合がある。このような難点は、特定のスイッチング形式
のみにより解決可能である。

【００５２】光源１の出力側におけるスイッチングは制
御可能なフィルタ、例えば、フィルタホイール、ファブ
リ・ペローのエタロン、モノクロメータ装置等の機械的
手段、又は音響光学的、電気音響的若しくは液晶セル等
の電気的な伝送調整手段を使用することにより達成する
ことができる。代替的に、光学信号を複数の光路に分離
し、これらの光路を音響光学的、電気音響的又は機械的
スイッチによりオンオフ切り替えする構成としても良
い。

【００５３】スイッチは集積光学系を含む構成とするこ
ともできるが、各ファイバに個別的に対応する機械的ス
イッチとして構成するのが有利である。これは、かかる
機械的スイッチが低損失であって比較的安価であり、し
かも容易に入手可能なためである。このような配置を比
較的簡便に実現するため、図６に示すようにファイバに
ループを形成すると共に入力セレクトスイッチ１０を設
ける。この場合、スイッチのクロストークが非常に低い
こと（すなわち、任意の一時点で１本のファイバのみを
特定できること）、並びに１本の入力ファイバが整列位
置にある場合に第２の入力ファイバも出力側ファイバ束
の他のファイバに光を投射することを前提とする必要が
ある。

【００５４】図６に示す配置は、ファイバ融着型のテー
パカップラーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを使用している。カップラ
ーＡは、ポート１が波長λ₀ の光を通過させるバンドパ
スフィルタ５２に、ポート２がスイッチ１０に、ポート
４がカップラーＢのポート２に、それぞれ接続されてい
る。カップラーＢは、ポート１が波長λ₀ の光が投射さ
れる複合フィルタ５ｂ及び検出器７ｂに、ポート４が波
長λ_-1′の光の投射される別の複合フィルタ５ａ及び検
出器７ａに、ポート３がカップラーＣのポート１に、そ
れぞれ接続されている。カップラーＣは、ポート２がス
イッチ１０に、ポート４が遅延ライン２１に、それぞれ
接続されている。カップラーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは次表に示
す伝送特性のものとするのが好適であるが、この特性に
限定されるものではない。

【００５５】

【表１】

【００５６】検知ファイバ２からカップラーＡ，Ｂを経
てλ_-1検出器に至る光路は、可能な限り低損失のものと
するのが重要である。カップラーＢにおけるポート３か
らポート４までの最小１０％伝送を達成することによ
り、波長λ_-1の光がファイバ２に投射されたときにレイ
リー後方散乱をλ_-1検出器７ａに到達せしめるために
は、何らかの妥協が必要とされる。カップラーの伝送特
性について表中に記載した数値は、単に表示的なもので
ある。すなわち、１００％は「可能な限り高いこと」、
０％は「可能な限り低いこと」、９０％は「完全な伝送
までには至らないこと」、１０％は「有限小部分の伝
送」を、それぞれ表したものである。なお、図６中にお
けるカップラーの未使用ポートは低反射性となるよう端
末処理を行う。これらのポートはパワーモニタのために
使用しても良い。

【００５７】図６及び図７に関連して上述した配置は、
低損失である点で好適な融着テーパカップラーの使用を
前提としているが、同一の機能をバルク光学系又は集積
光学系により達成することも可能である。

【００５８】別の実施例において、波長λ₀ 及びλ_-1の
光を発生させる個別的な光源を使用することができ、こ
の場合には構成要素２１，２２及び５２とカップラーＤ
を省略し、波長λ_-1の光を発生させる光源をカップラー
Ｃのポート４に直結し、波長λ₀ の光を発生させる光源
をカップラーＡのポート１に接続する。

【００５９】測定により得られる実測値は使用する検知
ファイバ及び測定条件に応じて変化するが、図８、図９
及び図１０は上述した信号処理方法により単一モード、
ステップインデックス、非分散シフト型のファイバを使
用して得た測定値を例示するものである。このファイバ
は、コア屈折率が１．４５、開口数が距離２２．５ｋｍ
未満で０．１２３、距離２２．５ｋｍ以上で０．１３
５、カットオフ波長が０．１３３μｍ、公称コア径が
４．１５μｍ（もっとも、１５ｋｍ及び１８ｋｍの間及
び３６ｋｍ以上の場合に上記値より１０％高く設定す
る）、１．６４８μｍの波長λ₀ に対するラマンシフト
が４４０ｃｍ^-1であり、波長λ_-1′及びλ_-1の間の誤差
は無視可能と仮定する。図８はファイバの距離の変化に
対する反ストークス後方散乱信号（０ｋｍにおいて１に
正規化した）の変化を示しており、ここに伝播損失は考
慮対象外とした。この対数プロット上における直線から
のずれは、上述したファイバにおける特性の不連続性
と、４５ｋｍ及び４７ｋｍの間におけるファイバの単一
セクションでの温度増加に由来するものである。図９は
伝播損失の影響を排除したときの信号を示す。しかし、
ファイバに沿う後方散乱捕捉部分の変動が依然として歪
みを生じている。反ストークス後方散乱信号を波長λ₀
及びλ_-1′における２種のレイリー散乱測定で分割する
ことにより、図１０に示すグラフが得られる。

【００６０】図１０のグラフは、本発明による信号処理
方法を用いて検索した温度情報を含む関数であり、コア
径の変化（１５−１７ｋｍにおいて１０％の変化）、フ
ァイバの開口数の変化（２２．５ｋｍにおいて１０％の
変化）、並びに３６ｋｍ以遠におけるコア径及び開口数
の複合作用により生じる誤差の予測値を示すものであ
る。４５ｋｍ及び４７ｋｍの間の特徴は、局所的な１０
℃の温度増加の作用を示す。コア径及び開口数の変化が
１℃程度の測定誤差を生じさせることが図１０から明ら
かである。

【００６１】測定対象である物理的パラメータから独立
したファクター、例えば散乱係数又はファイバの捕捉係
数による減衰変動に関してファイバの補正を行い、ファ
イバに沿う空間分解能を向上するための既知の技術を、
本発明を実施する装置に適用することができる。

【００６２】本発明を実施した装置において使用するフ
ァイバ２は、マルチモード型、単一モード型又は単一偏
光型等、用途に応じて適宜に選択することができる。特
記しない限り、本願において記述される実施例は低損
失、分散補償型のファイバとして、線形減衰係数最小値
が１５５０ｎｍに対応するファイバを使用する。この種
のファイバの減衰係数は、図１１に示すとおりである。

【００６３】最大分散補償を行うために、ファイバは単
一モードファイバにより構成するのが望ましい。単一モ
ードファイバによる測定は、常に可能な最善の性能をも
たらすものではないが、比較的安価なファイバを使用で
きる利点に止まらず、多くの場合には測定すべき構造
体、例えば電力ケーブルに沿って既に敷設されているフ
ァイバを使用できる利点が達成される。

【００６４】このようなファイバと併用するのに好適な
光源１は、選択された波長における典型的な半パワー時
間が４０−８０ｎｓであり、ピークパワーが約１Ｗから
数十Ｗの間で変更可能な光パルスを発生させる。光源１
を振幅変調型の半導体レーザにより構成し、その出力を
検知ファイバに投射するに先立ってエルビウムをドープ
したファイバ増幅器により増幅するのが望ましいが、こ
れは必須条件ではない。このような光源は多くの通信機
器メーカから入手可能であり、さらに、パルス圧縮符号
化により増加させるべきファイバに平均パワーを投射で
きる点で有利である。この符号化は比較的容易に実施す
ることができ、これは半導体レーザの変調がバイアス電
流の変化により容易に達成されるためである。

【００６５】別の実施例において、光源１をダイオード
ポンプ型の固体レーザ、特にエルビウムをドープしたＱ
スイッチ型ファイバレーザにより構成し、その出力帯域
を２０ｎｍ以下とし、ファイバのキャビティー内での長
さを変化させてパルス半パワー幅を制御する。このよう
なＱスイッチ型レーザは、上述した光源よりも安価であ
り、半導体レーザを用いて９８０，１４８０若しくは８
１０ｎｍにおいてポンプ作用が達成され、又はＴｉ：サ
ファイアレーザ、ダイレーザ等の別のレーザにより５１
４ｎｍにおいてポンプ作用が達成されるものである。多
くの場合に、半導体レーザは安価でエネルギ効率が高
く、コンパクトである点で最も好ましいポンプ源であ
る。

【００６６】更に別の実施例において、光源１はバルク
光学系を有するエルビウム：ガラスレーザにより構成す
る。

【００６７】使用される光源のパルス幅制御は、特定の
ファイバ形式に応じて投射エネルギを、そのピークパワ
ー及び／又は持続時間の増加により最大化するために必
要である。この制御は、装置の温度分解能を決定すると
共に、パルス持続時間の増加に応じて劣化する最小空間
分解能を維持するものである。

【００６８】波長λ₊₁′における高い損失を達成すると
共に測定対象波長におけるファイバの低損失特性を維持
するため、以下に記述する１種以上の技術を適用するこ
とができる（もちろん、後記以外の適当な技術を適用し
ても差し支えない）。これらの技術は、波長λ₀ でのレ
イリー散乱信号及び波長λ_-1′での反ストークス・ラマ
ン信号に基づいて測定を行うことを前提としているが、
他の帯域を使用すべき場合には所要に応じて適宜の修正
を容易に加えることができる。

【００６９】ストークス波長λ₊₁におけるより高い減衰
を実現するため、λ₀ 及びλ₊₁が伝送窓に対してほぼ対
称的に位置し、換言すれば局所的な最小減衰値の両側に
位置するようλ₀ を選択する。しかし、λ₀ は、λ₊₁が
局所的な最大吸収値と一致し又はほぼ当該最大値の短波
長縁部上に位置するように選択することができる。この
最大値は、例えば赤外線吸収帯域、又は自然発生的な若
しくはドープされた不純物による吸収帯域に由来するも
のである。好適には、１５５０ｎｍにおける伝送帯域の
長波長縁部は赤外線吸収帯域である（図１１参照）。こ
の場合、λ₀ を、λ₊₁における損失が、λ₀ 及びλ_-1を
伝送窓の中心に対して対称的に配置した場合の損失より
も少なくとも３倍高くなるように選択して、使用可能な
パワーレベルを顕著に増加させるのが望ましい。ファイ
バにおける局所的な最大吸収は、水酸イオン及び水素ガ
ス等の自然発生的不純物により生じるものである。水酸
イオンについての局所的な最大吸収は約１３９０ｎｍに
対応するので、約１３９０ｎｍ（又はＮｄ：ＹＡＧ光源
を使用する場合には約１３２０ｎｍ）のλ₀ を使用する
のが好適である。特殊なファイバを使用することが可能
であれば、これに例えば希土類イオンをドープしてλ₊₁
で局所的最大減衰を生じさせることができる。ファイバ
に既存のドーパントにより局所的最大吸収を生じさせる
ことも可能である。

【００７０】別の可能性としてビルトイン形式の格子を
有する特殊なファイバを使用することができ、このよう
な格子は例えば紫外線の照射によりカラーセンターを生
じさせることにより形成する。ビルトイン形式の格子
は、例えば図１２に示すようにファイバのコアにおける
屈折率パターンを変調することにより形成することもで
きる。その変調の深さｄ_m は、典型的には３×１０^-4以
下とする。このような格子は、特定の波長に対して反射
性を有するものであり、ファイバの全長に亘り連続的又
は間欠的に配置することによりλ₊₁におけるパワーの生
成を防止する。

【００７１】別の実施例において、λ₊₁がベンドにより
λ₀ 又はλ_-1よりも高い損失を有する構成とすることも
できる。これは、λ₀ をファイバのカットオフ波長に対
して可能な限り長く選択することにより、ファイバの摂
動を生じさせないで達成することができる。実際問題と
して、所与のファイバは、波長が伝送窓の中心から増加
するに応じてベンドによる損失が増加する難点がある。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、可能であ
ればベンドを、例えばヘリカル構造、ケーブル内部のコ
ルゲーション若しくはランダムな凹凸により全長に亘っ
て導入し、又は、例えば周期的な機械的摂動によりファ
イバに沿って間欠的に導入することが望ましい。いずれ
の場合でもベンドは、λ₊₁で損失が増加すると共に測定
対象の他の波長においては最小化作用が達成されるよ
う、その振幅、曲率半径及び周期を選択する。

【００７２】図１３（Ａ）はファイバに周期的な機械的
摂動を与える一方法を示すものである。この方法におい
ては、典型的な敷設ファイバをその短い長さ、例えば数
十ｍに亘り入念に選択した直径ｄ₁ のコイルに巻き上
げ、保護ケースに収納することにより、λ₊₁での損失を
約１０ｄＢとし、λ₀ での損失をたかだか０．１ｄＢと
することができる。

【００７３】ファイバに周期的な機械的摂動を与える別
の方法を図１３（Ｂ）に示す。振幅ｄ₂ 及び周期ｓは、
λ₊₁で最大減衰値が得られ、かつλ₀ 及びλ_-1で最小減
衰値が得られるよう選択する。

【００７４】さらに他の可能性として、ファイバの導波
構造を適切に設計してλ₊₁での損失を増加させると共に
λ₀ 及びλ_-1での減衰を最小化する構成とすることがで
き、そのために例えば図１４に示す屈折率パターンを有
するファイバを使用することができる。コア半径（ａ）
と内側クラッド半径（ａ′）との関係は、典型的には次
式のとおりである： １．２ａ＜ａ′＜３ａ コア、内側クラッド及び外側クラッドの屈折率をそれぞ
れｎ₁ ，ｎ₁ ′及びｎ₂としたとき、これらの関係は次
式のとおりである： ５（ｎ₁ −ｎ₂ ）＞ｎ₂ −ｎ₁ ′＞０．２（ｎ₁ −ｎ₂ ）

【００７５】λ₊₁での損失を増加させる他の技術は、波
長λ₊₂の「ガード」信号（ここに、λ₊₂＝λ₊₁＋非弾性
散乱による波長シフト）をλ₀ の信号と同時にファイバ
に投射することである。これにより、λ₊₁の光は自発的
な発生と同時に誘導散乱によってλ₊₂の光に変換され、
したがってλ₊₁の光の生成を防止すると共にλ₀ の光の
誘導散乱による問題の発生を遅延させることができる。

【００７６】この技術について更に説明すれば、図１５
（Ａ）は、二次ラマン・ストークス波長λ₊₂のガード信
号を発生するためのガード信号発生手段１２を示すもの
である。ガード信号発生手段１２は、光源１と第１の方
向性カップラー４ａとの間に配置して、２種の波長λ₀
及びλ₊₂の光をカップラー４ａに同時に投射する構成と
するのが望ましい。

【００７７】図１５（Ａ）に示すガード信号発生手段１
２に投射された光源からの信号λ₀は、例えばバルク光
学系よりなるスプリッタ１２３又は融着テーパカップラ
ー若しくは研磨カップラー等の全ファイバ方向性カップ
ラーにより、２成分１２１、１２２に分割する。これら
の成分１２１、１２２はそれぞれコイル状のファイバ部
分を通過させ、その一方のファイバ２２は増強されたラ
マン散乱特性を呈し、他方のファイバ２１は低いラマン
ゲイン特性を呈する遅延ラインとして作用する。ファイ
バ２２のラマン散乱特性は、多くの方法で増強すること
ができる。例えば、ファイバにＧｅＯ₂ をドープし、又
は例えば高いＧｅＯ₂ 濃度により大きな屈折率差を持た
せてより小さいモード場、したがって光学強度の増加を
生じさせ、又はファイバとして偏光維持ファイバを使用
して非偏光維持ファイバと対比して誘導散乱ゲイン係数
を倍増することができる。（換言すれば、非偏光維持フ
ァイバを使用する場合には、偏光維持ファイバと対比し
て、同一条件下で同一ラマンゲインを達成するために２
倍の長さとする必要がある。）逆に、遅延ラインとして
のファイバ２１は、コアにおける屈折率及びＧｅＯ₂ 濃
度を適切なレベルに設定し、かつ、非偏光維持ファイバ
により構成することによりラマンゲインを低く設定する
ことができる。高いラマンゲインのファイバ２２を通過
した信号は誘導ラマン散乱によりλ₀ からλ₊₂に変換さ
れ、遅延ラインとしてのファイバ２１を通過した信号は
他のファイバにおける散乱信号とほぼ同様の遅延時間を
もってファイバ２１を出射する。これら２種の信号λ
₀ 、λ₊₂は、フィルタ１５１、１５２を経てダイクロイ
ックカップラーその他の適当手段よりなる共通出力１２
４に達し、この共通出力１２４において再結合される。
フィルタ１５１、１５２が含まれない場合には、多くの
次数のストークス及び反ストークス信号が放出されてガ
ード信号の有効性を減じることとなる。

【００７８】信号をファイバ中における二次（λ₊₂）の
高い減衰を生じさせずに伝播させることができれば、誘
導ラマン散乱によるレンジ限界を高めることができ、一
次波長（λ₀ ）におけるパワー限界は別の作用により制
約されることとなる。理論的には、数次のレンジ強度及
び後方散乱からのパワーを得ることができる。しかし、
実際問題として、検知ファイバに沿って伝播中の二次
（λ₊₂）のパワー自体が誘導散乱により三次（λ₊₃）に
変換され、ガードパルスとしての作用が徐々に消失す
る。それにも拘わらず、パワー伝送に極めて有利なゲイ
ンが達成され、さらに、λ₊₂におけるラマン散乱の発生
を第１実施例について上述したと同様に抑制し若しくは
遅延させ、又は四次λ₊₄（＝λ₊₃＋散乱シフト）におけ
る第３パルスをも二次λ₊₂と同時に投射して二次λ₊₂に
おける信号に由来する損失を低下させることができる。

【００７９】この第３パルス（λ₊₄）は、λ₊₂パルスを
λ₀ パルスから得ると同様にλ₊₂パルスから得ることが
できる。図１５（Ｂ）に示すカップラー１１３を図１５
（Ａ）に示すカップラー１２４のポート２に接続してλ
₊₄パルスをファイバに投射する構成とすることができ
る。また、カップラー１１３をカップラー１２４とフィ
ルタ１５１、１５２のいずれか一方との間に配置しても
良い。

【００８０】各次数における好適なパワーは関連するフ
ァイバにおける各波長の減衰に依存するので、第１波長
における試験信号の伝播効率を最大化するためには各波
長における信号のパワーを相互に独立に設定可能とする
必要がある。また、各波長における十分なラマン散乱を
生じさせるためには、ガードパルスの波長もラマンゲイ
ン係数の帯域内に含まれる必要があり、ここにラマンゲ
イン係数はシリカファイバにおいては非常に広範（２０
０ｃｍ^-1程度）である。ガードパルスの幅又は期間は、
２種の信号が測定対象の長さに亘り色分散し得るよう、
光源パルスの幅又は期間よりも大とする。

【００８１】ガードパルス幅は、図１５（Ｃ）に示すよ
うに、ラマンゲインファイバ２２とフィルタ１５２との
間に介挿されたファイバ網１１２により増加させること
ができる。このファイバ網１１２は、ラマンゲインファ
イバ２２からの光を２成分に分割するビームスプリッタ
と、各信号成分が投射される２本のファイバ１２２１、
１２２２とを具え、その一方のファイバ１２２２は、こ
れを通過する成分がパルス幅の約半分だけ遅延されるよ
うに他方のファイバ１２２１よりも長いものとする。両
信号成分は、さらに再結合されてフィルタ１５２を通過
する。

【００８２】以上の実施例については、主として誘導ラ
マン散乱を防止する見地から記述したが、同様の技術に
よりファイバ中での一次ブリリアン・ストークス波長の
光の成長を防止することにより、誘導ブリリアン散乱に
よる問題の発生を遅延させることができる。

【００８３】前述したとおり、誘導散乱もＯＴＤＲによ
りファイバを特徴づける際に測定の線形範囲を減少す
る。この場合、測定は、特定の敷設条件下における通常
のファイバにつき予め特定された波長において行うた
め、第１実施例について上述した技術、例えば光源波長
の適切な選択、ファイバのドーピング又はベンドによる
損失の導入等、を採用する余地はない。しかし、第２パ
ルスをガード信号としてファイバに投射することは、多
くの場合に問題がなく線形測定範囲の拡大に寄与するも
のである。

【００８４】したがって、本発明の方法及び装置によれ
ば、より高いパワーをファイバに投射して非線形効果が
支配的となり始める前の検知範囲を拡大することができ
る。

【００８５】一般的に、試験波長は、装置が先に図示し
たものと同様であると否とを問わず、後述するように、
特定のファイバ及び使用条件について伝送損失が最小化
されるよう選択する。

【００８６】試験波長を選択する場合、試験波長及び検
出波長における損失の平均値を考慮に入れるのが望まし
い。ブリリアンラインを検出する場合には周波数シフト
が微小であるため、波長間の損失の変化は、例えば狭帯
域格子等により人為的に付与する場合を除いては無視す
ることができる。これとは対照的に、ラマンラインにあ
っては、周波数シフトが大であるために減衰に相当の変
化が生じる。図１６は、単一モードファイバ（ステップ
インデックス、非分散シフト型、コア屈折率１．４５）
の損失を波長の関数として示すものである。実線２０７
は試験波長λ₀における損失を、細破線２０８は波長λ₀
の試験パルスから生じるラマン・ストークス信号の波
長λ_-1における損失を、それぞれ示す。予想に違わず、
実線２０７は１５５０ｎｍ付近で最小値を示し、反スト
ークス損失はλ₀ が１６５０ｎｍ付近である場合に最小
値となる（すなわち、反ストークス信号はファイバの最
小損失点において生じる）。太破線２０９は、所与のλ
₀ について２種の波長λ₀及びλ_-1における平均損失
［α（λ₀ ）＋α（λ_-1）］／２を表したものであり、
最小全体損失は試験波長に対して約１５９０ｎｍ前後で
あることを示す。

【００８７】しかし、試験波長の選択は常に上記のごと
く単純ではない。これは、波長が１５５０ｎｍを超えて
増加する場合に赤外線吸収によりファイバの減衰が増加
するからである。すなわち、非線形作用の生じる前にフ
ァイバに投射し得るパワーも波長の関数である。図１７
は、標準的な工業用単一モードファイバ（ＮＡ＝０．１
２３、カットオフ＝１３３４ｎｍ）における誘導ラマン
散乱によりファイバ損失が平均的に（８０ｋｍ以上に亘
り）増加するパワーレベルを、試験波長の関数として示
すものである。図１７より明らかなように、試験波長が
増加するに伴い投射パワーを相当増加させることが必要
となる。これはファイバ損失との関連において保証する
必要がある：このような比較は特定の長さの検知ファイ
バのみについて行うことができる。例示として、図１８
（Ａ）において、実線２１０は長さ３０ｋｍの単一モー
ドファイバについてのファイバ損失（双方向伝播後の総
合損失のｄＢ表示）を示し、細破線２１１は試験波長に
おいて許容し得る変動に由来するメリット係数（１５５
０ｎｍで０ｄＢに正規化したｄＢ表示）を示す。なお、
図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）の一部拡大図であって同一
のデータを示すものである。太破線２１２は、実線２１
０と細破線２１１との差に相当するものであり、長さ３
０ｋｍのファイバにおいて長波長側での投射エネルギの
改善により最適波長が１５９０ｎｍから１６４０ｎｍに
変化する態様を示すものである。言うまでもなく、この
値は誘導散乱を抑制する人為的方法によって変化するこ
とがある。

【００８８】すなわち、非線形効果の影響を受けずに十
分なパワーを供給することができない場合には、試験波
長及び検出波長における損失の和又は平均値（又は、２
位上の検出波長が存在する場合には、試験波長と検出波
長のうち最も臨界的な波長の和又は平均値）が最小とな
る総合ファイバ損失の最小値に対応する好適な試験波長
を選択することができる。全ての信号が相互に近接して
いる場合（例えばブリリアン散乱の場合）、この好適波
長は１５５０ｎｍ前後である。ラマン散乱において、最
適な試験波長は１５９０ｎｍ前後であり、この波長にお
いて試験波長及び反ストークス波長における損失の和又
は平均値は最小となる。

【００８９】適当な光源パワーが利用可能であれば、好
適な試験波長を上述したように僅かに変化させることが
でき、これは、試験波長が変化する結果、許容し得る投
射エネルギを、線形ファイバ損失の増加よりも一層顕著
に増加することが可能となるからである。換言すれば、
波長は、最大投射パワーについてのファイバ損失効果を
考慮したときに、ファイバにおける所定の距離について
最良の結果を実現するように選択するのが望ましい。一
般的に入手可能な光源の場合、シリカファイバにおける
１５５０ｎｍ前後の低損失窓に適した光源により発生さ
れる好適な波長は１６２０ｎｍ〜１６８０ｎｍ前後であ
る。

【００９０】図１７の作成に際して使用した基準、すな
わちパワーレベルを所定のファイバ距離に亘り試験波長
において平均的な光学的損失を生じさせるレベルに限定
する基準は、ファイバに投射する最善のパワーの若干近
似的な手段である。十分な光源パワーが利用可能である
と仮定すれば、システム性能をより精密に最適化する方
法は、ファイバに投射されるパワーを調整して試験パワ
ーを最大化し、最遠隔地点まで伝播したときにモニタ可
能とすることである。これには明確な最適値がある。す
なわち、パワーがある値よりも低い場合にはより高いパ
ワーが投射可能であり、したがって、より高いパワーが
戻される。パワーがより高い場合には、より高い初期パ
ワーの利点が、非線形作用に基づく高い損失によるオフ
セット以上となる。図１９及び図２０は、標準的な単一
モードファイバ（非分散シフト型、１５５０ｎｍで作動
する設計としたもの）に沿う所定の距離から戻されるレ
イリー後方散乱パワーの変動（算出値）を、８０ｎｓの
パルス幅についての投射パワーの関数として示すもので
ある。これは、非線形作用の結果として投射パワーの単
調関数ではない。各距離について、当該地点から戻され
る後方散乱（レイリー散乱又はラマン散乱）を最大化さ
せる最適パワーが定まる。

【００９１】反ストークス及びストークス波長における
後方散乱の両者が使用され、かつ、光源パワーが誘導散
乱を無視し得る程度に低い場合には、試験波長を最適化
するのはより困難となる場合がある。その理由は、
（ａ）３種類の波長が関与することとなり、（ｂ）反ス
トークス及びストークス波長の強度が発生時点において
異なり、（ｃ）損失も異なるからである。一般的には、
入射波長を伝送損失窓（雇えば１５５０ｎｍ）のほぼ中
央に位置させる。この場合、上述した方法による場合と
対比して性能が劣化する。これは、ラマン波長がいずれ
も入射波長よりも高い伝送損失を被るからである。言う
までもなく、上記の議論はもっぱらラマン散乱に該当す
るものであり、その理由は、ブリリアン散乱においては
波長間隔が遥かに狭いからである。

【００９２】伝送損失を最小化する波長で作動しなくと
も、誘導散乱を抑制する必要がある場合もある。一例と
して、センサの所要範囲（カバーする距離）が比較的短
いが他の観点、すなわち短い測定時間、高い空間分解能
等の見地から性能を最適化する必要のある場合がある。
このような場合、可能な限り高いパワーの伝送が望まれ
る。損失を最小化する波長で作動させない別の理由もあ
る。例えば、短距離においてはファイバ自体の損失があ
まり顕著ではなくなることが挙げられ、波長の減少に伴
って増加する後方散乱信号の強度、若しくはシリコン検
出器を使用する場合に約１１００ｎｍ以下で顕著に改善
される検出効率等、その他の考慮要件も挙げられる。

【００９３】同様に、伝送損失を最小化し、ひいては誘
導散乱が顕在化する前に測定が行える範囲を拡大する試
験波長を使用する結果として、前述した方法で誘導散乱
を抑制するようにシステム設計を行うことが必要でも有
用でもない場合がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、単一モードファイバにお
ける距離に対する一次ストークス・ラマン波長の強度変
化に入射強度特性を示すグラフである。

【図２】反ストークス光及びストークス光における後方
散乱信号並びにこれらの信号比を示すグラフである。

【図３】ラマン特性を考慮したストークス波長の全順方
向伝播パワー及び純粋に線形なパワーの比較を示すグラ
フである。

【図４】（Ａ）は本発明の第２の概念による測定装置の
第１実施例を示す線図、（Ｂ）は（Ａ）に示す結合装置
の伝達係数の変動を示すグラフである。

【図５】（Ａ）はファイバに沿って測定された温度分布
を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大図である。

【図６】本発明の第１０の概念を実施した測定装置を示
す線図である。

【図７】図６の測定装置と併用する装置を示す線図であ
る。

【図８】反ストークス後方散乱信号をファイバに沿う距
離の関数として示すグラフである。

【図９】図８に示す特性の変形例を示すグラフである。

【図１０】図９に示す特性を正規化した例を示すグラフ
である。

【図１１】典型的なファイバにおける波長に対する減衰
係数の変形例を示すグラフである。

【図１２】ビルトイン格子を具えるファイバのコアに沿
う屈折率パターンを示すグラフである。

【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、いずれもファイバにお
ける機械的摂動を生じさせる方法を示す線図である。

【図１４】ファイバの屈折率パターンを示すグラフであ
る。

【図１５】（Ａ）は本発明の第２の概念による測定装置
の実施例による装置の一部を示す線図、（Ｂ）及び
（Ｃ）は（Ａ）の一部を示す線図である。

【図１６】試験波長を選択する手順を説明するグラフで
ある。

【図１７】試験波長を選択する手順を説明するグラフで
ある。

【図１８】試験波長を選択する手順を説明するグラフで
ある。

【図１９】試験波長のパワーレベルを選択する手順を説
明するグラフである。

【図２０】試験波長のパワーレベルを選択する手順を説
明するグラフである。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 光ファイバ ５ａ，５ｂ フィルタ ７ａ，７ｂ 検出器

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−52673（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−123661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−110160（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−276531（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276932（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−201129（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−180256（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/10 G01D 5/26 - 5/38 G01K 1/00 - 19/00 G01J 5/00 - 5/62

Claims (28)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定すべき領域に敷設した光ファイバに
   沿う種々の位置における物理的パラメータの値を検出す
   る光学式時系列反射測定方法であって、第１の波長の放
   射を前記光ファイバに投射し、少なくとも１個のあらか
   じめ選択した波長帯域の後方散乱放射を用いて前記物理
   的パラメータの値に対応した出力記号を発生させるに際
   し、 前記出力記号を発生させるために用いる波長帯域を、前
   記第１の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によって生
   ずる１次ストークスの波長帯域が位置する波長に等しい
   第２の波長帯域に位置しないようにし、前記光ファイバ
   における第２の波長の放射の相対的生成を抑制し、光フ
   ァイバ中における第１の波長の放射の誘導散乱による第
   ２の波長の放射への変換を抑制する光学式時系列反射測
   定方法。
2. 【請求項２】 前記出力信号を発生させるために用いる
   波長帯域を、前記第１の波長の放射の光ファイバ中での
   別の非弾性散乱によって生ずる別の１次ストークス波長
   帯域が位置する波長に等しい別の波長帯域に位置しない
   ようにし、前記光ファイバにおける別の波長の放射の相
   対的生成を抑制し、光ファイバ中における第１の波長の
   放射の誘導散乱による前記別の波長の放射への変換を抑
   制する請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記予め選択した波長帯域を、光ファイ
   バ中でのラマン散乱によって生ずる反ストークス波長帯
   域とした請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記予め選択した波長帯域を、前記光フ
   ァイバ中でブリリアン散乱によって生ずる反ストークス
   波長帯域とした請求項１又は２に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記第１の波長を含む別の予め選択した
   波長帯域の後方散乱放射を前記予め選択した波長帯域の
   放射と共に用いて前記出力信号を発生させる請求項３又
   は４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記第１の波長を、光ファイバの予め定
   められた減衰特性に基づき、前記第１の波長及び前記予
   め選択した波長帯域が、減衰係数が最小の局所的な波長
   帯域に位置すると共に、前記第２の波長が前記減衰係数
   が最小となる局所的な波長帯域から変位するように選択
   し、前記第２の波長の放射を前記第１の波長の放射又は
   前記各波長帯域の放射よりも顕著に減衰させる請求項１
   から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記光ファイバ中で第２の波長の放射の
   非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域が位
   置する波長に等しい第３の波長の放射を、前記第１の波
   長の放射と共に同時に光ファイバに投射し、これにより
   第２の波長の放射を誘導散乱によって第３の波長の放射
   に変換して第２の波長の放射の生成を抑制する請求項１
   から６までのいずれかの１項に記載の方法。
8. 【請求項８】 光ファイバの特性を検出する光学式時系
   列反射測定方法であって、予め設定した第１の波長の放
   射を光ファイバに投射し、光ファイバに沿う後方散乱放
   射を用いて光ファイバの選択された特性を測定するに際
   し、 前記予め設定した第１の波長の放射の光ファイバ中での
   非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域が位
   置する波長に等しい第２の波長の放射の光ファイバ中で
   の生成を抑制するため、前記第２の波長の放射の光ファ
   イバ中での非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波
   長帯域が位置する波長に等しくなるように選択された第
   ３の波長の放射を前記予め定めた第１の波長の放射と共
   に前記光ファイバに投射し、これにより前記第２の波長
   の放射を第３の波長の放射に変換し、前記予め設定した
   第１の波長の光ファイバ中での誘導散乱による第２の波
   長の放射への変換を抑制する光学式時系列反射測定方
   法。
9. 【請求項９】 前記第３の波長の放射の光ファイバ中で
   の非弾性散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域が
   位置する波長に等しい第４の波長の放射の光ファイバ中
   での生成を抑制するため、前記第４の波長の放射の光フ
   ァイバ中での非弾性散乱によって生ずる１次ストークス
   波長帯域が位置する波長に等しい第５の波長の放射を、
   前記第３の波長の放射と共に光ファイバに投射し、前記
   第４の波長の放射を誘導散乱により第５の波長の放射に
   変換する請求項７又は８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 測定すべき領域の種々の位置の物理的
    パラメータの値を検出する光学式時系列反射測定装置で
    あって、測定すべき領域に沿って配置した光ファイバ
    と、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射する光源
    装置と、物理的パラメータの各値を取り出すことができ
    る光ファイバに沿う後方散乱放射を受光する検出装置と
    を具え、前記物理的パラメータの値を取り出すために用
    いる後方散乱放射を１又はそれ以外の予め選択した波長
    帯域に制限するフィルタ装置を配置し、これらの波長帯
    域を、前記第一の波長の放射の光ファイバ中での非弾性
    散乱によって生ずる１次ストークス波長帯域が位置する
    波長に等しい第２の波長帯域に位置しないよう設定し、
    前記光源装置及び／又は光ファイバを、前記第２の波長
    の放射の光ファイバ中での生成を抑制するように選択及
    び配置し、前記第１の波長の放射の誘導放射による第２
    の波長の放射への変換を抑制するように構成した光学式
    時系列反射測定装置。
11. 【請求項１１】 前記予め選択した波長帯域を、光ファ
    イバ中でのラマン散乱により生ずる反ストークス帯域と
    した請求項１０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記予め選択した波長帯域を、光ファ
    イバ中でのブリリアン散乱により生ずる反ストークス帯
    域とした請求項１０に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記出力信号を発生させるために用い
    る別の予め定めた波長帯域が前記第１の波長の帯域に位
    置する請求項１１又は１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記光源装置を、光ファイバの減衰特
    性に基づき前記第１の波長及び前記予め定めた波長帯域
    が最小局部減衰係数の帯域と隣接し第２の波長が最小局
    部減衰係数の帯域から変位するように選択し、これによ
    り第２の波長の放射を第１の放射及び予め定めた波長域
    の放射よりも大幅に減衰させる請求項１０、１１、１
    ２、又は１３に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記光源装置を、前記第２の波長が光
    ファイバの最大赤外線吸収波長域と一致し又はこの最大
    赤外線吸収波長域の短波長側端部にほぼ位置するように
    選択した請求項１４に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記光ファイバの導波路構造を、第２
    の波長の放射の損失が第１の波長の放射の損失よりも大
    きくなるように設定した請求項１０から１５までのいづ
    れかの１項に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記光ファイバの予め定めた減衰特性
    が、自然発生または不純物ドープに対応した最大局所吸
    収を有し、前記光源装置を、第２の波長が前記最大局所
    吸収波長に一致し又はこの最大局所吸収の波長域の短波
    側端部にほぼ位置するように選択した請求項１４、１５
    又は１６に記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記不純物を水酸イオンとした請求項
    １７に記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記不純物を希土類金属イオンとした
    請求項１７に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記光ファイバに、第２の波長の放射
    を反射する組み込み回折格子を設けた請求項１０から１
    ９までのいずれか１項に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記光ファイバの少なくとも一部分を
    湾曲させ、光ファイバ中で第２の波長の放射に曲げ損失
    か誘導されるように構成した請求項１０から２０までの
    いずれか１項に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記光源装置が、前記第２の波長の放
    射の光ファイバ中での非弾性散乱により生ずる１次スト
    ークス波長帯域が位置する波長に等しい第３の波長の放
    射を第１の波長の放射と共に光ファイバに投射し、第２
    の波長の放射が誘導散乱によって第３の波長の放射に変
    換されるように構成した請求項１０から２１までのいず
    れか１項に記載の装置。
23. 【請求項２３】 光ファイバの特性を検出する光学式時
    系列反射測定装置であって、予め設定した第１の波長の
    放射を光ファイバに投射する光学装置と、光ファイバの
    選択された特性を測定するために用いられる光ファイバ
    に沿う後方散乱放射を検出する検出装置とを具え、前記
    予め設定した第１の放射の光ファイバ中での非弾性散乱
    によって生ずる１次ストークス波長帯域が位置する波長
    に等しい第２の波長の放射の光ファイバ中での生成を抑
    制するため、前記光源装置が、前記第２の波長の放射の
    光ファイバ中での非弾性散乱によって生ずる１次ストー
    クス波長帯域が位置する波長に等しい第３の波長の放射
    を第１の波長の放射と共に光ファイバに投射するように
    構成され、これにより第２の波長の放射を第３の波長の
    放射に変換すると共に、予め定めた第１の波長の放射の
    誘導散乱による第２の波長の放射への変換を抑制するよ
    うに構成した光学式時系列反射測定装置。
24. 【請求項２４】 前記第２の波長の放射の光ファイバ中
    での非弾性散乱により生ずる１次ストークス波長帯域が
    位置する波長に等しい第４の波長における放射の光ファ
    イバ中での生成を抑制するため、前記光源装置が、前記
    第４の波長の放射の帯域が位置する波長に等しい第５の
    波長の放射を前記第３の波長の放射と共に光ファイバに
    投射するように動作し、これにより前記第４波長の放射
    を誘導散乱によって前記第５の波長の放射に変換するよ
    うに構成した請求項２２又は２３に記載の装置。
25. 【請求項２５】 測定すべき領域に敷設した光ファイバ
    に沿う種々の位置における物理的パラメータの値を検出
    する光学式時系列反射測定方法であって、第１の波長の
    放射を前記光ファイバに投射し、少なくとも１個のあら
    かじめ選択した波長帯域の後方散乱放射を用いて前記物
    理的パラメータの値に対応した出力記号を発生させるに
    際し、 前方出力記号を発生させるために用いる波長帯域を、前
    方第１の放射の光ファイバ中での非弾性散乱によって生
    ずる１次ストークスの、波長帯域が位置する波長に等し
    い第２の波長帯域に位置しないようにし、前記第１の予
    め定めた波長を光ファイバのパワー損失変数の値が前記
    光ファイバの予め設定した長さに亘ってほぼ最小になる
    ように選択し、このパワー損失変数を、前進する放射及
    び後方に戻る放射の光ファイバの予め定めた長さに亘た
    る全パワー損失を与える第１の波長依存性関数から、光
    ファイバ中での誘導散乱に起因するパワー損失を与える
    第２の波長依存性関数を減算することによって決定し、
    前記光ファイバ中での誘導散乱に起因するパワー損失が
    予め定めた値を越えないようにした光学式時系列反射測
    定方法。
26. 【請求項２６】 測定すべき領域の種々の位置の物理的
    パラメータの値を検出する光学式時系列反射測定装置で
    あって、測定すべき領域に沿って配置した光ファイバ
    と、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射する光源
    装置と、物理的パラメータの各値を取り出すことができ
    る光ファイバに沿う後方散乱放射を受光する検出装置
    と、前記物理パラメータの値を取り出すために用いる後
    方散乱放射を一個又はそれ以上の予め選択した波長帯域
    に制限するフィルタ装置とを具え、前記物理的パラメー
    タの値を取り出すために用いる波長帯域を前記第１の予
    め選択した波長の放射の光ファイバ中での非弾性散乱に
    より生ずる１次ストークス波長帯域が位置する波長に等
    しい第２の波長帯域に位置しないように設定し、前記予
    め選択した波長を、光ファイバのパワー損失変数の値が
    前記光ファイバの予め設定した長さに亘ってほぼ最小に
    なるように選択し、このパワー損失変数を、前進する放
    射及び後方に戻る放射の光ファイバの予め定めた長さに
    亘たる全パワー損失を与える第１の波長依存性関数か
    ら、光ファイバ中での誘導散乱に起因するパワー損失を
    与える第２の波長依存性関数を減算することによって決
    定し、前記光ファイバ中での誘導散乱に起因するパワー
    損失が予め定めた値を越えないようにした光学式時系列
    反射測定装置。
27. 【請求項２７】 測定すべき領域に敷設した光ファイバ
    に沿う種々の位置における物理的パラメータの値を検出
    する光学式時系列反射測定方法であって、第１の波長の
    放射を前記光ファイバに投射し、前記第１の波長の光フ
    ァイバ中での非弾性散乱により生ずる反ストークス波長
    帯域の波長に等しい第２の波長及び前記第１の波長帯域
    にそれぞれ位置する後方散乱放射を用いて第１及び第２
    の出力信号の組を発生させ、前記第１の波長の放射と時
    間的にずらして第２の波長の放射を光ファイバに投射
    し、中心が前記第２の波長に対応する第３の波長域の後
    方散乱放射を用いて第３の出力信号の組を発生させ、第
    １の出力信号の組を前記第２及び第３の出力信号の組の
    幾何平均に対して正規化することにより検出した物理的
    パラメータの値に対応する最終の出力信号の組を発生さ
    せる光学式時系列反射測定方法。
28. 【請求項２８】 測定すべき領域の種々の位置の物理的
    パラメータの値を検出する光学式時系列反射測定装置で
    あって、測定すべき領域に沿って配置した光ファイバ
    と、第１の波長の放射を前記光ファイバに投射する光源
    装置と、光ファイバに沿って伝播する後方散乱放射を受
    光する検出手段と、前記第１の波長の放射の光ファイバ
    中での非弾性散乱により生ずる反ストークス波長帯域の
    波長に等しい第２の波長及び前記第１の波長にそれぞれ
    位置する第１及び第２の波長帯域の後方散乱放射を用い
    て第１及び第２の出力信号の組をそれぞれ発生させる信
    号処理手段とを具え、前記光源装置が、前記第１の波長
    の放射と時間的にずれて第２の波長放射を光ファイバに
    投射するように選択的に動作し、前記信号処理手段が、
    前記第２の波長に位置する第３の波長帯域の後方散乱放
    射を用いて第３の出力信号の組を発生するように動作す
    ると共に、第１の出力信号の組を第２及び第３の出力信
    号の組の幾何平均に対して正規化することにより検出さ
    れる物理的パラメータの値に依存する最終の出力信号の
    組を発生させるように動作する光学式時系列反射測定装
    置。