JP4904148B2 - 光ファイバ特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定光ファイバの一端からパルス光を入射し、被測定光ファイバの他端から連続光を入射するとともに、被測定光ファイバの一端から射出された連続光を検出することによって被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置に関するものである。

光ファイバ中にパルス光を入射することによって発生するブリルアン散乱光の中心周波数を測定することで、光ファイバが設置された環境における歪みや温度分布を測定する方法がある。この測定方法では、設置する光ファイバ自体を歪みまたは温度を検出する媒体として利用するため、多数の点型センサを配列する方法と比べて単純な構成で歪みや温度分布を測定することができる。

このような測定方法の中には、いわゆるＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式とＢＯＴＤＡ（Brillouin Optical Time Domain Analysis）方式とがある。
ＢＯＴＤＲ方式の測定方法は、歪みや温度に依存して速度が変化する音響波によって反射された自然ブリルアン散乱光（後方ブリルアン散乱光）の周波数シフト量を測定する方法であり、光ファイバの一端からパルス光を入射することによって光ファイバの同じ一端から出射される後方ブリルアン散乱光を検出する方法である（特許文献１，２参照）。
一方、ＢＯＴＤＡ方式の測定方法は、光ファイバの一端から光パルスを入射し、光ファイバの他端から連続光を入射し、両光の相互作用によって生じる誘導ブリルアン散乱現象による連続光の変化成分を測定する方法である（特許文献３参照）。
特許第２５７５７９４号公報 特許第３４８１４９４号公報 特許第２５８９３４５号公報

ところで、ＢＯＴＤＲ方式の測定方法及びＢＯＴＤＡ方式の測定方法においては、光ファイバに入射させるパルス光のパルス幅を小さくすることによって空間分解能が向上することが知られているが、パルス幅を所定値以下にした場合にはブリルアン散乱光の中心周波数を精度良く測定できなくなるため、その空間分解能は２〜３ｍ程度とされている。
近年は、より精度の高い測定が求められており、１〜１０ｃｍ程度の高空間分解能化が望まれている。しかしながら、ＢＯＴＤＲ方式の測定方法では、自然ブリルアン散乱光を検出しているため、その信号レベルは弱い。このため、上記制限が克服できたとしても１〜１０ｃｍ程度の高空間分解能化は困難な状況にある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、被測定光ファイバの一端からパルス光を入射し、被測定光ファイバの他端から連続光を入射するとともに、被測定光ファイバの一端から射出された連続光を検出することによって被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置において、さらなる高空間分解能化を達成することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、第１の周波数を有するコヒーレント光から、第１パルス光のパルス幅中心と第２パルス光のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列を生成し、該パルス列をパルス光として被測定光ファイバの一端から入射する第１光源装置と、第２の周波数を有するコヒーレント光を連続光として被測定光ファイバの他端から入射する第２光源装置と、上記第１の周波数と上記第２の周波数との差を上記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量を含んで可変する可変手段と、上記被測定光ファイバの一端から射出される光を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて上記被測定光ファイバの特性を測定する信号処理手段とを備えることを特徴とする。

このような特徴を有する本発明によれば、第１パルス光のパルス幅中心と第２パルス光のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列がパルス光として被測定光ファイバの一端から入射され、連続光が被測定光ファイバの他端から入射され、パルス光の周波数と連続光の周波数との差が被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量を含んで可変される。

また、本発明においては、前記第１パルス光のパルス幅が前記第１パルス光のパルス幅中心と前記第２パルス光のパルス幅中心との前記時間間隔より狭く、前記第２パルス光のパルス幅が前記第１パルス光のパルス幅中心と前記第２パルス光のパルス幅中心との前記時間間隔の半分より狭いという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記パルス光あるいは上記連続光の偏波面を変更可能な偏波面変更手段を備えるという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記パルス光に含まれる不要成分を除去する不要成分除去手段を備えるという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記被測定光ファイバの一端から射出される光に含まれる成分のうち、上記連続光成分を通過させ、上記パルス光成分を阻止する光周波数フィルタを備えるという構成を採用することができる。

また、本発明においては、上記音響波の寿命とは、上記音響波のエネルギーがピークパワーから該ピークパワーの５％以下になるまでの時間であるという構成を採用することができる。

本発明によれば、第１パルス光のパルス幅中心と第２パルス光のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列がパルス光として被測定光ファイバの一端から入射され、連続光が被測定光ファイバの他端から入射され、パルス光の周波数と連続光の周波数との差が被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量を含んで可変される。
そして、パルス光が含む第２パルス光のブリルアン散乱光の強度は、パルス光の周波数と連続光の周波数との差に応じて、大きく変化する。このため、信号処理手段において得られるブリルアンスペクトルが狭窄化され、急峻なものとなるため、ブリルアン周波数シフトの検出が極めて容易となり、実効的に空間分解能の向上が達成できる。
したがって、本発明によれば、被測定光ファイバの一端からパルス光を入射し、被測定光ファイバの他端から連続光を入射するとともに、被測定光ファイバの一端から射出された光を検出することによって被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置において、さらなる高空間分解能化を達成することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る光ファイバ特性測定装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１の機能構成を示すブロック図である。この図に示すように、光ファイバ特性測定装置Ｓ１は、第１光源１、光パルス発生回路２、光増幅器３、光方向性結合器４、第１光コネクタ５、被測定光ファイバ６、第２光源７、第２光コネクタ８、光周波数制御装置９（可変手段）、光検出器１０（光検出手段）、信号処理部１１（信号処理手段）を備えている。

第１光源１は、狭線幅のコヒーレント光１ａを発光するものであり、例えば、１．５５μｍ帯のＭＱＷ−ＤＦＢ（多重量子井戸−分布帰還型）半導体レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態において、第１光源１が発光するコヒーレント光１ａの周波数は、周波数ｆｐ（第１の周波数）として表すものとする。

光パルス発生回路２は、音響光学型光変調器あるいは電界効果型光変調器等の高速光スイッチであって、スイッチのオン／オフによってコヒーレント光１ａから、要求される空間分解能を達成しうるパルス幅１００ｐ秒ないし数ｎ秒程度のパルス光を生成してパルス光Ｌ１として被測定光ファイバ６に向けて出射するものである。そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、光パルス発生回路２によって、単一のパルス光ではなく、パルス幅１００ｐ秒ないし数ｎ秒のパルス光が２つ連続されたパルス列２ａが生成される。すなわち、光パルス発生回路２からは、パルス列２ａがパルス光Ｌ１として、被測定光ファイバ６に向けて射出される。この時、２つの連続されたパルス光のパルス幅は同一である必要はない。

このパルス列２ａが有する２つのパルス光のうち、先に生成される第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と、後に生成される第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔は、被測定光ファイバ６中の音響波の寿命以下の時間間隔とする。なお、ここで言う音響波の寿命とは、広義には、被測定光ファイバ６中に発生する音響波の寿命であり、所定の音響波が発生してから消滅するまでの時間を含むものである。しかしながら、上記時間間隔は、第１パルス光２ａ１で誘起された音響波が消滅する以前に第２パルス光２ａ２を到達させ得ることを目的として設定されるものである。このため、上記時間間隔は第１パルス光２ａ１で誘起された音響波が消滅する以前に第２パルス光２ａ２を到達させ得ることを考慮し、上記音響波のエネルギーがピークパワーから該ピークパワーの５％以下になるまでの時間とすることが好ましい。例えば、音響波のエネルギーが下式（１）に基づいて減衰するものとした場合には、ピークパワーが５％以下にまるまでの時間とは、（ｔ＞３Τａ）となるまでの時間と示すことができる。ただし、式（１）においてΤａは音響波の減衰時間である。
ｅｘｐ［−ｔ／Τａ］……（１）
また、ここで言うパルス幅中心とは、パルス幅方向における中心を意味している。

また、パルス列２ａの発生周期は、被測定光ファイバ６の長さ（すなわち、距離レンジ）に依存しており、例えば１０ｋｍの距離レンジであれば、その発生周期は２００μ秒程度であり、１ｋｍの距離レンジであればその発生周期は２０μ秒である。

光増幅器３は、Ｅｒ（エルビウム）ドープファイバを用いた光ファイバ増幅器などであって、パルス光Ｌ１が所望の光パルスパワーとなるようにパルス光を増幅するものである。なお、光パルス発生回路２から射出されるパルス光Ｌ１が、所望の光パルスパワーを達成するものである場合には、光増幅器３を設置しない構成も可能である。

光方向性結合器４は、光サーキュレータ等が用いられる。この光方向性結合器４は、入射ポート４１に入射したパルス光Ｌ１を出射／入射ポート４２から出射するとともに、出射／入射ポート４２に入射される被測定光ファイバ６からの射出光Ｌ３を出射ポート４３から出射するものである。

被測定光ファイバ６は、所定のブリルアン周波数シフト量ｆＢを有する光ファイバであり、一端６１が第１光コネクタ５を介して光方向性結合器４と接続されており、他端６２が第２光コネクタ８を介して第２光源７と接続されている。

第２光源７は、狭線幅のコヒーレント光を発光して連続光Ｌ２として射出するものであり、上記第１光源１と同様に、例えば、１．５５μｍ帯のＭＱＷ−ＤＦＢ（多重量子井戸−分布帰還型）半導体レーザ等を用いることができる。なお、本実施形態において、第２光源７が発光するコヒーレント光の周波数すなわち連続光Ｌ２の周波数は、周波数ｆｓ（第２の周波数）として表すものとする。

光周波数制御装置９は、第１光源１を制御することによって第１光源１から射出されるコヒーレント光１ａの周波数すなわちパルス光Ｌ１の周波数を可変可能であるとともに、第２光源７を制御することによって第２光源７から射出されるコヒーレント光の周波数すなわち連続光Ｌ２の周波数を可変可能なものである。なお、第１光源１あるいは第２光源７のいずれかが周波数可変可能でも良い。
そして、光周波数制御装置９は、第１光源１あるいは／及び第２光源７を制御することによって、パルス光Ｌ１の周波数と連続光Ｌ２の周波数との差が、被測定光ファイバ６の有するブリルアン周波数シフト量ｆＢを含むように可変する。

このように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、第１光源１、光パルス発生回路２及び光周波数制御装置９によって、周波数ｆｐのコヒーレント光１ａから、第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ６中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列２ａが生成され、該パルス列２ａがパルス光Ｌ１として被測定光ファイバ６の一端６１から入射される。すなわち、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、第１光源１、光パルス発生回路２及び光周波数制御装置９から本発明の第１光源が構成されている。
また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、第２光源７及び光周波数制御装置９によって、周波数ｆｓのコヒーレント光が連続光Ｌ２として被測定光ファイバ６の他端６２から入射される。すなわち、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、第２光源７及び光周波数制御装置９から本発明の第２光源が構成されている。

光検出器１０は、光方向性結合器４の出射ポート４３から射出された射出光Ｌ３を検出して電気信号Ｌ４に変換して出力するものである。
信号処理部１１は、光検出器１０の検出結果すなわち電気信号Ｌ４に基づいて、被測定光ファイバ６の特性を測定するものである。

次に、このように構成された本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１の動作について説明する。

まず、第１光源１から周波数ｆｐのコヒーレント光１ａが射出されると、コヒーレント光１ａは光パルス発生回路２に入射する。光パルス発生回路２では、コヒーレント光１ａから、パルス幅中心間が被測定光ファイバ６中の音響波の寿命以下の時間間隔とされる第１パルス光２ａ１と第２パルス光２ａ２とからなるパルス列２ａが生成される。

光パルス発生回路２から射出されたパルス列２ａは、光増幅器３によって、被測定光ファイバ６中において誘導ブリルアン散乱を発生する程度の光パルスパワーに増幅された後、光方向性結合器４の入射ポート４１に入射する。その後、パルス列２ａは、光方向性結合器４の出射／入射ポート４２から出射され、第１光コネクタ５を介して、パルス光Ｌ１として被測定光ファイバ６の一端６１から入射する。

一方で、第２光源から周波数ｆｓのコヒーレント光が射出されると、該コヒーレント光は、第２光コネクタ８を介して、連続光Ｌ２として被測定光ファイバ６の他端６２に入射する。

このように、パルス光Ｌ１が被測定光ファイバ６の一端６１から入射され、パルス光Ｌ１に対し被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢの周波数差をもつ連続光Ｌ２が被測定光ファイバ６の他端６２から入射されると、音響波が強く誘起され、強い散乱光が得られる。つまり、パルス光Ｌ１と連続光Ｌ２と間で強いエネルギーの授受が行われる。

ここで、音響波と２つの光波（パルス光Ｌ１及び連続光Ｌ２）間の位相速度が不整合の場合、すなわちパルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢから外れた場合（ｆｐ−ｆｓ＝ｆａ≠ｆＢ）、時刻ｔ＝ｔ１に誘起された音響波と時刻ｔ＝ｔ２に誘起された音響波の間に位相差を生じる。

ここで、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、パルス光Ｌ１は、パルス幅中心間が被測定光ファイバ６中の音響波の寿命以下の時間間隔とされる第１パルス光２ａ１と第２パルス光２ａ２とを有している。このため、第１パルス光２ａ１により誘起された音響波と第２パルス光２ａ２により誘起された音響波が干渉し、両者が重畳して成る音響波の振幅はパルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓの差に応じて変化する。

図３及び図４は、図２に示すような第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔が５ｎｓｅｃのパルス列により音響波が誘起された場合における音響波の振幅変化を示す図である。そして、図３が、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢに一致する場合の音響波の振幅変化を示す図であり、図４が、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢから外れた場合の音響波の振幅変化を示す図である。
図３に示すように、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢに一致する場合、すなわち、（ｆｐ−ｆｓ＝ｆａ＝ｆＢ）で位相速度が整合する場合には、第１パルス光２ａ１で誘起される音響波と第２パルス光２ａ２で誘起される音響波とは同位相で加算される。つまり、第１パルス光２ａ１によって誘起された振幅が、第２パルス光２ａ２によってさらに大きくなる。
一方、図４に示すように、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢから外れる場合、すなわち、（ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋１００ＭＨｚ）で位相速度が不整合の場合には、第１パルス光２ａ１で誘起される音響波と第２パルス光２ａ２で誘起される音響波との位相差がπ（２π・１００ＭＨｚ・５ｎｓｅｃ）となり、打ち消しあう。つまり、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波が第２パルス光２ａ２によって打ち消されて音響波の振幅が一旦零となり、その後再び立ち上がる。
なお、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢから外れる場合であっても、位相速度が整合する場合（位相差が２πの整数倍の場合）には、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波と、第２パルス光２ａ２によって誘起された音響波は同位相で加算される。

被測定光ファイバ６中において生じるブリルアン散乱光の強度は、音響波の強度すなわち振幅の二乗に比例する。そして、その符合は、音響波振幅が増加傾向にある場合に正、減少傾向にある場合に負となる。ここで、符合が正とは、第２パルス光２ａ２から連続光Ｌ２にエネルギーが移り、被測定光ファイバ６の一端６１から射出される射出光Ｌ３が増加することを意味し、符合が負とは、連続光Ｌ２から第２パルス光２ａ２にエネルギーが移り、被測定光ファイバ６の一端６１から射出される射出光Ｌ３が減少することを意味する。
このため、例えば、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢに一致する等によって位相速度が整合する場合（ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ，ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋２００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋４００ＭＨｚ）には、図５に示すように、被測定光ファイバ６の一端６１から射出される射出光Ｌ３に、第２パルス光２ａ２のブリルアン散乱光が強く含まれる。
一方、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢから外れ、位相速度が不整合な場合（ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ，ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋１００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋３００ＭＨｚ，ｆｐ−ｆｓ＝ｆＢ＋５００ＭＨｚ）には、図６に示すように、被測定光ファイバ６の一端６１から射出される射出光Ｌ３に、第２パルス光２ａ２のブリルアン散乱光が弱く含まれることとなる。
このように、パルス光Ｌ１に含まれるパルス光のうち、第１パルス光２ａ１のブリルアン散乱光の強度は、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差にほとんど依存しないが、第２パルス光２ａ２のブリルアン散乱光の強度は、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差に依存して周期的に増減する。

そして、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、光周波数制御装置９によって、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、被測定光ファイバ６の有するブリルアン周波数シフト量ｆＢを含むように可変される。具体的には、例えば、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が、ブリルアン周波数シフト量ｆＢに対して−５００〜５００ＭＨｚの範囲となるように、光周波数制御装置９が、第１光源１あるいは／及び第２光源７を制御する。
このようにパルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が可変されることによって、被測定光ファイバ６の一端６１からは、周波数差ｆｐ−ｆｓに伴って変動する第２パルス光２ａ２のブリルアン散乱光を含む射出光Ｌ３が射出される。

このような射出光Ｌ３が光検出器１０において強度検波されることによって電気信号Ｌ４に変換され、電気信号Ｌ４が信号処理部１１に入力される。そして、各々の周波数差における時間ｔの関数として射出光Ｌ３の強度を測定することにより、ブリルアンスペクトルが得られる。
ブリルアンスペクトルゲインは、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が可変されることによって、周期的に大きく変動する。このため、ブリルアンスペクトルは、狭窄化され急峻なものとなる。そして、信号処理部１１は、この狭窄化され急峻なブリルアンスペクトルを用いて被測定光ファイバ６の特性を測定する。このような狭窄化され急峻なブリルアンスペクトルを用いることによって、ブリルアン周波数シフトを高精度で検出することが可能となり、空間分解能が向上される。

図７は、被測定光ファイバ６として、長さ１ｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝０（相対値）の光ファイバＡと、長さ２０ｃｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝５０ＭＨｚ（相対値）の光ファイバＢと、長さ１ｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝０（相対値）の光ファイバＣとを順に接続したものを用いた場合における、ブリルアン散乱光パワーの二次元（時間（距離）、周波数シフト量）分布を示したものである。また、図８は、光ファイバＡの中心点におけるブリルアンスペクトルを示し、図９は、光ファイバＢの中心点におけるブリルアンスペクトルを示している。図１０は、ブリルアン周波数シフト量の分布を示している。なお、図７〜図１０はシミュレーションによるものである。
これらの図に示すように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、ブリルアンスペクトルが狭窄化され急峻なものとなることが分かる。よって、ブリルアン周波数シフトの検出が極めて容易となり、実効的に空間分解能の向上が達成できることが分かった。
また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１においては、誘導ブリルアン散乱現象を利用しているため、自然ブリルアン散乱現象を用いて測定を行う光ファイバ特性測定装置と比較して、高ダイナミックレンジの測定が可能となる。

このような本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１によれば、第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ６中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列２ａがパルス光Ｌ１として被測定光ファイバ６の一端６１から入射され、連続光Ｌ２が被測定光ファイバ６の他端６２から入射され、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が被測定光ファイバ６のブリルアン周波数シフト量ｆＢを含んで可変される。
そして、パルス光Ｌ１が含む第２パルス光２ａ２のブリルアン散乱光の強度は、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差に応じて、大きく変化する。このため、信号処理部１１において得られるブリルアンスペクトルが狭窄化され、急峻なものとなるため、ブリルアン周波数シフトの検出が極めて容易となり、実効的に空間分解能の向上が達成できる。
したがって、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１によれば、被測定光ファイバ６の一端６１からパルス光Ｌ１を入射し、被測定光ファイバ６の他端６２から連続光Ｌ２を入射するとともに、被測定光ファイバ６の一端６１から射出された射出光Ｌ３を検出することによって被測定光ファイバ６の特性を測定する光ファイバ特性測定装置において、さらなる高空間分解能化を達成することが可能となる。なお、ブリルアンスペクトルが周期的に変動することを利用したフィルタ処理を施すことにより、さらに高精度にブリルアン周波数シフト量の検出が可能となる。

なお、第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔が音響波の寿命以下である場合には、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波が大きく減衰した後に第２パルス光２ａ２によって音響波が誘起されるために、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波と第２パルス光２ａ２によって誘起された音響波との間で十分な干渉が起きない。このため、パルス光Ｌ１の周波数ｆｐと連続光Ｌ２の周波数ｆｓとの差が可変されても、ブリルアンスペクトルゲインは周期的に変動しないか、周期的に変動したとしても周期的変動成分の振幅は非常に小さく、ブリルアンスペクトルが狭窄化されず、急峻なものとならない。したがって、このようなブリルアンスペクトルを用いても、ブリルアン周波数シフトを高精度で検出することはできない。
なお、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波と第２パルス光２ａ２によって誘起された音響波との間で十分な干渉が生じるためには、第１パルス光２ａ１のパルス幅が第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔より狭く、第２パルス光２ａ２のパルス幅が第１パルス光２ａ１のパルス幅中心と第２パルス光２ａ２のパルス幅中心との時間間隔の半分より狭いことが好ましい。これによって、第１パルス光２ａ１によって誘起された音響波と第２パルス光２ａ２によって誘起された音響波との間で十分な干渉が生じ、ブリルアンスペクトルが狭窄化されるため、ブリルアン周波数シフトを高精度で検出することができる。

そして、図７〜図１０から分かるように、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１によれば、被測定光ファイバに形成された歪み分布と近いものが測定可能となる。したがって、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１によれば、実効的に空間分解能の向上が達成できる。

（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。なお、本第２実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１１は、本第２実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ２の機能構成を示したブロック図である。
この図に示すように、本第２実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ２は、光増幅器３と光方向性結合器４との間に偏波制御装置２０（偏波制御手段）が設置されている。この偏波制御装置２０は、パルス光Ｌ１の偏波面を高速に変化させることによってランダムに変更するものである。

上記第１実施形態においては、パルス光Ｌ１と連続光Ｌ２とは、偏波状態の関係が一定であることを仮定している。しかしながら、このような条件が満足されるのは、偏波保持光ファイバのような特殊な光ファイバ、あるいは、偏波面がランダム化されてしまう多モード光ファイバだけである。つまり、一般的な光ファイバを被測定光ファイバ６として用いた場合には、上記条件が満足されない。
一方、誘導ブリルアン散乱現象は、パルス光Ｌ１と連続光Ｌ２との偏波方向が一致する場合に最大値をとり、直交するときには零となる、偏波依存性を有する。

このため、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ２のように、偏波制御装置２０によって、パルス光Ｌ１の偏波面を高速に変化させることによってランダムに変更することで、偏波依存性を打ち消すことができる。

なお、偏波制御装置２０によって、パルス光Ｌ１の偏波面を所定の単位時間毎に９０°変化させ、複数の単位時間における測定結果の二乗和平均をとる方法によっても偏波依存性を打ち消すことができる。

また、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ２においては、偏波制御装置２０を光増幅器３と光方向性結合器４との間に設置する構成を採用した。しかしながら、これに限られるものではなく、第２光源７と被測定光ファイバ６との間に偏波制御装置を設置し、連続光Ｌ２の偏波状態を変更しても同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本第３実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１２は、本第３実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ３の機能構成を示したブロック図である。
この図に示すように、本第３実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ３は、光増幅器３と光方向性結合器４との間にＡＳＥ光除去用光スイッチ３０（不要成分除去手段）が設置されている。このＡＳＥ光除去用光スイッチ３０は、光増幅器３にてパルス列２ａを増幅することによってパルス列２ａに乗ってくるノイズ成分（ＡＳＥ光）を除去するものである。

上記第１実施形態においては、光増幅器３で発生するノイズ成分（不要成分）は無視できると仮定していたが、実際には、パルス光Ｌ１や射出光Ｌ３のＳ／Ｎ劣化を生じさせる虞があるため、除去することが好ましい。
したがって、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ３のようにＡＳＥ光除去用光スイッチ３０を設置することによって、パルス光Ｌ１や射出光Ｌ３のＳ／Ｎ劣化を抑制することが可能となる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、本第４実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１３は、本第４実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ４の機能構成を示したブロック図である。
この図に示すように、本第４実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ４は、光方向性結合器４と光検出器１０との間に光周波数フィルタ４０が設置されている。この光周波数フィルタ４０は、被測定光ファイバ６の一端６１から射出光Ｌ３に含まれる成分のうち、連続光成分（連続光Ｌ２の周波数成分）を通過させ、パルス光成分（パルス光Ｌ１の周波数成分）を阻止するものである。

射出光Ｌ３に含まれるパルス光成分は、光検出器１０においてノイズとなる。このため、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ４によれば、光周波数フィルタ４０によって、射出光Ｌ３からパルス光成分を除去できるため、より高精度な測定を行うことが可能となる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、本第５実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。

図１４は、本第５実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ５の機能構成を示したブロック図である。
この図に示すように、本第５実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ５は、単一の光源５１、該光源５１から射出されたコヒーレント光を分岐する分岐カプラ５２、分岐されたコヒーレント光を周波数が可変の変調信号によって光強度変調する変調部５３とを備えている。
変調部５３は、変調信号を生成するマイクロ波発生器５３１と、変調信号に基づいてコヒーレント光を光強度変調する光強度変調器５３２とを備えており、光強度変調により発生する側帯波のうち片側のコヒーレント光を連続光Ｌ２として被測定光ファイバ６の一端６１から入射させるものである。
なお、分岐カプラ５２において分岐された他方のコヒーレント光は、光パルス発生回路２に入射される。

このような本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ５によれば、単一の光源から射出されたコヒーレント光が分岐され、一方が連続光Ｌ２とされ、他方がパルス光Ｌ１とされる。また、パルス光Ｌ１の周波数と連続光Ｌ２の周波数との差は、マイクロ波発生器５３１で生成される変調信号の周波数が制御されることによって可変とされる。
すなわち、本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ５においては、本発明の第１光源が光源５１及び光パルス発生回路２とによって構成されており、本発明の第２光源が光源５１及び変調部５３とによって構成されており、変調部５３が可変手段としての機能も有している。

このような本実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ５においても、上記第１実施形態の光ファイバ特性測定装置Ｓ１と同様の効果を奏することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る光ファイバ特性測定装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

なお、上記実施形態では、連続光の光周波数がパルス光の光周波数より略１０ＧＨｚ低いとし、パルス光から連続光へエネルギーの移動が生じ、連続光が増幅されることを前提としている。この時得られるブリルアンスペクトルはゲインスペクトルとなる。
しかし、連続光の光周波数がパルス光の光周波数より略１０ＧＨｚ高い時は、連続光からパルス光へエネルギーの移動が生じ、連続光は損失を受ける。この時得られるブリルアンスペクトルはロススペクトルとなるが、スペクトルが狭窄化され、高距離分解能化が達成できるという効果は同様である。

本発明の第１実施形態における光ファイバ特性測定装置の機能構成を示したブロック図である。 パルス光の波形図である。 パルス光の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に一致する場合の音響波の振幅変化を示す図である。 パルス光の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量から外れた場合の音響波の振幅変化を示す図である。 パルス光の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に一致する場合の音響波によるブリルアン散乱光の強度を示す図である。 パルス光の周波数と連続光の周波数との差が、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量から外れた場合の音響波によるブリルアン散乱光の強度を示す図である。 本発明の第１実施形態における光ファイバ特性測定装置の被測定光ファイバ６として、長さ１ｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝０（相対値）の光ファイバＡと、長さ２０ｃｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝５０ＭＨｚ（相対値）の光ファイバＢと、長さ１ｍでブリルアン周波数シフト量ｆＢ＝０（相対値）の光ファイバＣとを順に接続したものを用いた場合における、ブリルアン散乱光パワーの二次元（時間（距離）、周波数シフト量）分布を示したものである。 光ファイバＡの中心点におけるブリルアンスペクトルを示す図である。 光ファイバＢの中心点におけるブリルアンスペクトルを示す図である。 ブリルアン周波数シフト量（ｆＢ）の分布を示す図である。 本発明の第２実施形態における光ファイバ特性測定装置の機能構成を示したブロック図である。 本発明の第３実施形態における光ファイバ特性測定装置の機能構成を示したブロック図である。 本発明の第４実施形態における光ファイバ特性測定装置の機能構成を示したブロック図である。 本発明の第５実施形態における光ファイバ特性測定装置の機能構成を示したブロック図である。

符号の説明

Ｓ１〜Ｓ５……光ファイバ特性測定装置、１……第１光源、２……光パルス発生回路、６……被測定光ファイバ、６１……一端、６２……他端、７……第２光源、９……光周波数制御装置（可変手段）、１０……光検出器（光検出手段）、１１……信号処理部（信号処理手段）、２０……偏波制御装置（偏波変更手段）、３０……ＡＳＥ光除去用光スイッチ（不要成分除去手段）、４０……光周波数フィルタ、Ｌ１……パルス光、Ｌ２……連続光、Ｌ３……射出光（光）

Claims (6)

1. 第１の周波数を有するコヒーレント光から、第１パルス光のパルス幅中心と第２パルス光のパルス幅中心との時間間隔が被測定光ファイバ中の音響波の寿命以下の時間間隔とされたパルス列を生成し、該パルス列をパルス光として被測定光ファイバの一端から入射する第１光源装置と、
   第２の周波数を有するコヒーレント光を連続光として被測定光ファイバの他端から入射する第２光源装置と、
   前記第１の周波数と前記第２の周波数との差を前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量を含んで可変とする可変手段と、
   前記被測定光ファイバの一端から射出される光を検出する光検出手段と、
   該光検出手段の検出結果に基づいて前記被測定光ファイバの特性を測定する信号処理手段と
   を備えることを特徴とする光ファイバ特性測定装置。
2. 前記第１パルス光のパルス幅が前記第１パルス光のパルス幅中心と前記第２パルス光のパルス幅中心との前記時間間隔より狭く、前記第２パルス光のパルス幅が前記第１パルス光のパルス幅中心と前記第２パルス光のパルス幅中心との前記時間間隔の半分より狭いことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記パルス光あるいは前記連続光の偏波面を変更可能な偏波面変更手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記パルス光に含まれる不要成分を除去する不要成分除去手段を備えることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記被測定光ファイバの一端から射出される光に含まれる成分のうち、前記連続光成分を通過させ、前記パルス光成分を阻止する光周波数フィルタを備えることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 前記音響波の寿命とは、前記音響波のエネルギーがピークパワーから該ピークパワーの５％以下になるまでの時間であることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の光ファイバ特性測定装置。
   

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