JP5168839B2 - 光ファイバ特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定対象である被測定光ファイバの長さ方向における特性を測定する光ファイバ特性測定装置に関する。

近年、被測定光ファイバの長さ方向における歪み分布等の特性を測定するために、被測定光ファイバ内で生ずるブリルアン散乱現象を利用した光ファイバ特性測定装置（ＢＯＴＤＲ：Brillouin Optical Time Domain Reflectmetry）が提案されている。図７は、従来の光ファイバ特性測定装置の構成を示す図である。図７に示す通り、従来の光ファイバ特性測定装置１００は、光源１０１、光カプラ１０２、パルス変調器１０３、方向性結合器１０４、光ミキサ１０５、フォトダイオード１０６、電気増幅器１０７、電気ミキサ１０８、ローカルオシレータ１０９、信号処理部１１０、演算部１１１、及び表示部１１２を備える。

光源１０１は、例えば半導体レーザを備えており、周波数ν_０のレーザ光（連続光）Ｌ１０を射出する。光カプラ１０２は、光源１０１から射出されるレーザ光Ｌ１０を所定の強度比でプローブ光Ｌ１１と参照光Ｌ１２とに分岐する。パルス変調器１０３は、光カプラ１０２で分岐されたプローブ光Ｌ１１をパルス化する。方向性結合器１０４は、パルス変調器１０３でパルス化されたプローブ光Ｌ１１′が被測定光ファイバ１２０に導かれ、且つ、被測定光ファイバ１２０で生じたブリルアン散乱光Ｌ１３が光ミキサ１０５に導かれるよう、パルス変調器１０３、被測定光ファイバ１２０、及び光ミキサ１０５を光学的に結合する。尚、被測定光ファイバ１２０で生ずるブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数はν_０±ν_Ｂであるとする。

光ミキサ１０５は、光カプラ１０２で分岐された参照光Ｌ１２と被測定光ファイバ１２０からのブリルアン散乱光Ｌ１３とを光学的に乗算する。これにより、光ミキサ１０５からは、参照光Ｌ１２とブリルアン散乱光Ｌ１３との周波数差（ν_Ｂ）で強度が変動する光信号が出力される。フォトダイオード１０６は光ミキサ１０５から出力される光信号を受光して電気信号に変換し、電気増幅器１０７はフォトダイオード１０６からの電気信号を増幅する。尚、フォトダイオード１０６から出力される電気信号は、周波数がν_Ｂであって、時間が経つにつれて減衰するビート信号である。電気ミキサ１０８は、電気増幅器１０７から出力される信号と、ローカルオシレータ１０９から出力される信号とを乗算する。尚、ローカルオシレータ１０９は単一周波数の信号を出力し、ローカルオシレータ１０９から出力される信号の周波数は可変である。

信号処理部１１０は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１３、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１１４、検波器１１５、及び平均化処理部１１６を備えており、フィルタリング処理、Ａ／Ｄ変換処理、検波処理、及び平均化処理を行う。ローパスフィルタ１１３でフィルタリング処理を行うことで上述のビート信号に含まれる成分のうちのローカルオシレータ１０９から出力される信号の周波数と同一の周波数を有する成分が得られ、検波器１１５で検波処理を行うことでブルリアン散乱光の強度の時間変化に相当する包絡線を有する信号が得られる。尚、ブルリアン散乱光は極めて微弱なため、プローブ光Ｌ１１′を複数回に亘って被測定光ファイバ１２０に入射させて測定を行う。平均化処理部１１６は複数回の測定を行って得られた測定結果を平均化してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させるために設けられる。

演算部１１１は、被測定光ファイバ１２０の測定結果を表示部１１２に表示させるために、信号処理部１１０から出力されるデータに対して種々の演算を行う。例えば、ブルリアン散乱光の強度の時間変化を示す包絡線を有する信号と被測定光ファイバ１２０の距離（プローブ光Ｌ１１′の入射端からの距離）とを対応付けるための演算、被測定光ファイバ１２０のある１点で生ずるブリルアン散乱光のスペクトラムを求める演算、又は被測定光ファイバ１２０の長さ方向における歪み分布を求める演算等である。尚、演算部１１１で行われる演算は光ファイバ特性測定装置１００を使用するユーザが、測定結果をどのように表示させるかによって異なる。表示部１１２は演算部１１１で得られた演算結果を表示する。

上記構成において、光源１０１から射出されたレーザ光Ｌ１０は、光カプラ１０２に入射してプローブ光Ｌ１１と参照光Ｌ１２とに分岐される。分岐されたプローブ光Ｌ１１がパルス変調器１０３に入射するとパルス化されてプローブ光Ｌ１１′となり、このプローブ光Ｌ１１′は方向性結合器１０４を介して被測定光ファイバ１２０に入射する。プローブ光Ｌ１１′が被測定光ファイバ１２０中を進むと、ブリルアン散乱現象によりブリルアン散乱光Ｌ１３が発生する。このブリルアン散乱光Ｌ１３は被測定光ファイバ１２０中をプローブ光Ｌ１１′の進行方向とは逆方向に進み、方向性結合器１０４を介して光ミキサ１０５に入射して光カプラ１０２で分岐された参照光Ｌ１２と乗算される。これにより、光ミキサ１０５からは、参照光Ｌ１２とブリルアン散乱光Ｌ１３との周波数差（ν_Ｂ）で強度が変動する光信号が出力される。

光ミキサ１０５からの光信号はフォトダイオード１０６で受光されて電気信号（周波数がν_Ｂであって、時間が経つにつれて減衰するビート信号）に変換される。フォトダイオード１０６から出力された電気信号は、電気増幅器１０７で増幅されて電気ミキサ１０８に入力され、ローカルオシレータ１０９から出力される信号と乗算される。電気ミキサ１０８から出力された信号は、信号処理部１１０のローパスフィルタ１１３に入力され、上述のビート信号に含まれる成分のうちのローカルオシレータ１０９から出力される信号の周波数と同一の周波数を有する成分（ブリルアン散乱光に含まれるある周波数の成分に相当する成分）がローパスフィルタ１１３から出力される。

ローパスフィルタ１１３から出力された信号は、Ａ／Ｄ変換器１１４でディジタル信号に変換され、検波器１１５で検波処理される。検波処理された信号の包絡線は、ブルリアン散乱光の強度の時間変化に相当する。検波器１１５から出力される信号は極めて微弱なため、プローブ光Ｌ１１′を被測定光ファイバ１２０に複数回入射させ、以上説明した測定を繰り返し行って得られる信号を平均化処理部１１６で平均化する。平均化された信号は、演算部１１１に出力される。

次いで、ローカルオシレータ１０９の発振周波数を所定量だけ変化させて同様の測定を行う。これにより、ビート信号に含まれる成分のうちの他の成分（即ち、ブリルアン散乱光に含まれる他の周波数の成分に相当する成分）に関する信号が得られる。以後同様に、ローカルオシレータ１０９から出力される信号の周波数をブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数帯域に亘って変化させつつ測定を行う。ブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数帯域に亘る測定を終えると、得られたデータに対して演算部１１１がユーザの指示に応じた演算を行い、その演算結果が表示部１１２に表示される。

図８は、従来の光ファイバ特性測定装置１００の測定結果の表示例を示す図であって、（ａ）は測定結果を３次元表示させた表示例であり、（ｂ）は被測定光ファイバ１２０のある１点において生ずるブリルアン散乱光のスペクトラムを表示させた表示例であり、（ｃ）は被測定光ファイバ１２０の長さ方向における歪み分布を表示させた表示例である。図８（ａ）を参照すると、被測定光ファイバ１２０の距離（プローブ光Ｌ１１′の入射端からの距離）、ブリルアン散乱光の周波数、及び信号強度の３つを軸として測定結果が表示されている。この表示から、ユーザは被測定光ファイバ１２０のどの位置でどのような周波数成分を有するブルリアン散乱光がどの程度の強度で発生しているのかを読み取ることができる。

また、図８（ｂ）を参照すると、ブリルアン散乱光の周波数と信号強度とを軸として測定結果が表示されている。これは図８（ａ）に示す３次元表示をある距離で切断したときの断面を表示したものであり、この表示からユーザは被測定光ファイバ１２０のある距離で発生するブリルアン散乱光のスペクトラムを詳細に読み取ることができる。図８（ｃ）を参照すると、被測定光ファイバ１２０の距離と歪み量とを軸として測定結果が表示されている。被測定光ファイバ１２０に歪みが生ずると歪みが加わった位置でのブリルアン散乱光のスペクトラムが変化し、その変化量は歪み量に比例することから、歪み量を求めることができる。この表示から、ユーザは、被測定光ファイバ１２０の長さ方向における歪みの分布を読み取ることができる。

尚、以上説明した従来の光ファイバ特性測定装置の詳細については、例えば以下の非特許文献１を参照されたい。
内山 晴義、他２名、"新検波方式を用いた光ファイバ歪み分布測定器の製品化"、ＡＮＤＯ技報、Ｏｃｔ．２００２、ｐ．５３−６１

ところで、上述した従来の光ファイバ特性測定装置１００は、ブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数帯域に亘ってローカルオシレータ１０９の発振周波数を変化させつつ被測定光ファイバ１２０の測定を行っているため、測定に時間を要するという問題がある。例えば、図８（ａ）に示す測定結果を得るためにはローカルオシレータ１０９の発振周波数を変えつつ６０回の測定を行う必要があり、１回当たりの測定時間が十数秒程度であるとすると、１０分程度の測定時間が必要になる。

また、被測定光ファイバ１２０の測定時間が長いと、測定を開始してから終了するまでの間に被測定光ファイバ１２０に歪みが加わる場合も考えられる。かかる場合には、被測定光ファイバ１２０に歪みが加わってない状態で得られた測定結果と、歪みが加わった状態で得られた測定結果とが混在してしまい、被測定光ファイバ１２０の特性を正確に測定することができないという問題も生ずる。

更に、被測定光ファイバ１２０の測定を継続的に行う場合には、１回当たりの測定時間の時間間隔で測定結果が得られることになる。このため、１回の測定に要する時間が長いと被測定光ファイバ１２０の特性の変化を大まかに測定することしかできず、被測定光ファイバ１２０の動的な特性の変化を測定することができないという問題がある。ここで、被測定光ファイバ１２０の動的な特性の変化を測定する場合には、少なくともブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数が変動する周波数帯域に亘ってローカルオシレータ１０９の発振周波数を変化させる必要がある。このため、ローカルオシレータ１０９の発振周波数を変化させる範囲を予め広めにしておく必要があり、これによっても測定時間が長くなる傾向がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、測定時間を短縮することにより被測定光ファイバの動的な特性の変化を測定することができる光ファイバ特性測定装置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、本発明の光ファイバ特性測定装置は、パルス光（Ｌ１′）を被測定光ファイバ（３０）に入射させて得られるブリルアン散乱光（Ｌ３）を受光して受光信号を出力する受光器（１６）を備え、当該受光器から出力される前記受光信号に基づいて前記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（４０、５０）において、前記受光器から出力される前記受光信号を分岐する分岐回路（１８）と、前記分岐回路で分岐される受光信号の各々に対して設けられ、前記受光信号に含まれる周波数成分のうち、入力される信号の周波数と同一周波数の周波数成分を抽出する抽出器（２２ａ〜２２ｎ、２５）をそれぞれ有しており、該抽出器で抽出された周波数成分を測定するｎ個（ｎは２以上の整数）の周波数測定部（４１ａ〜４１ｎ）と、前記周波数測定部の各々で測定された前記周波数成分に対して所定の演算を行って前記被測定光ファイバの特性を求める演算部（２０）と、所定の第１周波数を有する信号を出力する第１発振器（４２）と、所定の第２周波数を有する信号を出力する第２発振器（４３）と、前記第１発振器に対して縦続接続されるとともに、各々が前記第２発振器に接続され、且つ出力が前記ｎ個の周波数測定部のうちの第２番目から第ｎ番目の周波数測定部に設けられた前記抽出器にそれぞれ接続された（ｎ−１）個の演算器（４５ａ〜４５ｎ−１）を有しており、前記ｎ個の周波数測定部のうちの第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎを満たす整数）の周波数測定部に設けられた前記抽出器に対し、前記第１周波数から前記第２周波数の（ｋ−１）倍だけ周波数を変化させた信号を入力させる周波数変換装置（４４）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、受光器でブリルアン散乱光を受光して得られた受光信号は分岐回路で分岐されて周波数測定部の各々に入力され、周波数測定部の各々で受光信号に含まれる周波数成分のうち、周波数変換装置からの信号の周波数と同一周波数の周波数成分が測定される。周波数測定部の各々で測定された周波数成分は演算部で所定の演算が行われ、これにより被測定光ファイバの特性が求められる。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記演算部で求められた前記被測定光ファイバの特性を表示する表示部（２１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記演算部が、求めた前記被測定光ファイバの特性に応じて、第１発振器及び前記第２発振器の少なくとも一方から出力される信号の周波数を変更させることを特徴としている。
更に、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記受光器と前記分岐回路との間に、前記受光器から出力される前記受光信号の周波数を所定周波数分だけ低減する周波数低減部（５１）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、フォトダイオードでブリルアン散乱光を受光して得られた受光信号を分岐回路で分岐し、周波数測定部の各々で受光信号に含まれる周波数成分のうち、それぞれ異なる特定の周波数成分を測定しているため、測定時間を短縮することができるという効果がある。これにより、被測定光ファイバの動的な特性の変化を測定することができるという効果がある。

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について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
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１０は、光源１１、光カプラ１２、パルス変調器１３、方向性結合器１４、光ミキサ１５、フォトダイオード１６（受光器）、電気増幅器１７、分岐回路１８、ｎ個（ｎは２以上の整数）の周波数測定部１９ａ〜１９ｎ、演算部２０、及び表示部２１を備える。

光源１１は、例えば半導体レーザを備えており、周波数ν_０のレーザ光（連続光）Ｌ０を射出する。光カプラ１２は、光源１１から射出されるレーザ光Ｌ０を所定の強度比でプローブ光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分岐する。パルス変調器１３は、光カプラ１２で分岐されたプローブ光Ｌ１をパルス化する。方向性結合器１４は、パルス変調器１３でパルス化されたプローブ光Ｌ１′が被測定光ファイバ３０に導かれ、且つ、被測定光ファイバ３０で生じたブリルアン散乱光Ｌ３が光ミキサ１５に導かれるよう、パルス変調器１３、被測定光ファイバ３０、及び光ミキサ１５を光学的に結合する。尚、被測定光ファイバ３０で生ずるブリルアン散乱光Ｌ３の周波数はν_０±ν_Ｂであるとする。

光ミキサ１５は、光カプラ１２で分岐された参照光Ｌ２と被測定光ファイバ３０からのブリルアン散乱光Ｌ３とを光学的に乗算する。これにより、光ミキサ１５からは、参照光Ｌ２とブリルアン散乱光Ｌ３との周波数差（ν_Ｂ）で強度が変動する光信号が出力される。フォトダイオード１６は光ミキサ１５から出力される光信号を受光して電気信号（受光信号）に変換し、電気増幅器１７はフォトダイオード１６からの電気信号を増幅する。尚、フォトダイオード１６から出力される電気信号は、周波数がν_Ｂであって、時間が経つにつれて減衰するビート信号である。

分岐回路１８は、電気増幅器１７から出力される電気信号を、周波数測定部１９ａ〜１９ｎの数の分だけ分岐する。本実施形態では、周波数測定部１９ａ〜１９ｎはｎ個設けられているため、分岐回路１８は電気増幅器１７から出力される電気信号をｎ分岐する。周波数測定部１９ａ〜１９ｎは、分岐回路１８で分岐された電気信号をそれぞれ入力しており、入力される電気信号に含まれる周波数成分のうち、周波数測定部１９ａ〜１９ｎ間でそれぞれ異なる特定の周波数成分を測定する。例えば、周波数測定部１９ａは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆ１を測定し、周波数測定部１９ｂは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆ２を測定し、周波数測定部１９ｎは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆｎを測定する。

周波数測定部１９ａは、電気ミキサ２２ａ、ローカルオシレータ２３ａ、及び信号処理部２４ａを備える。同様に、周波数測定部１９ｂは、電気ミキサ２２ｂ、ローカルオシレータ２３ｂ、及び信号処理部２４ｂを備え、周波数測定部１９ｎは、電気ミキサ２２ｎ、ローカルオシレータ２３ｎ、及び信号処理部２４ｎを備える。尚、周波数測定部１９ａ〜１９ｎは同様の構成であるため、ここでは周波数測定部１９ａについて説明し、周波数測定部１９ｂ〜１９ｎについては説明を省略する。

電気ミキサ２２ａは、分岐回路１８で分岐されて周波数測定部１９ａに入力される信号と、ローカルオシレータ２３ａから出力される信号とを乗算する。尚、ローカルオシレータ２３ａは単一周波数の信号を出力し、ローカルオシレータ２３ａから出力される信号の周波数は可変である。信号処理部２４ａは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器２６、検波器２７、及び平均化処理部２８を備えており、フィルタリング処理、Ａ／Ｄ変換処理、検波処理、及び平均化処理を行う。

ローパスフィルタ２５でフィルタリング処理を行うことで、上述のビート信号に含まれる成分のうちのローカルオシレータ２３ａから出力される信号の周波数と同一の周波数を有する成分が抽出される。つまり、尚、電気ミキサ２２ａ、ローカルオシレータ２３ａ、及びローパスフィルタ２５は抽出器に相当する。また、検波器２７で検波処理を行うことでブルリアン散乱光の強度の時間変化に相当する包絡線を有する信号が得られる。尚、ブルリアン散乱光は極めて微弱なため、プローブ光Ｌ１′を複数回に亘って被測定光ファイバ３０に入射させて測定を行う。平均化処理部２８は複数回の測定を行って得られた測定結果を平均化してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させるために設けられる。

演算部２０は、周波数測定部１９ａ〜１９ｎで測定された各周波数成分の測定結果を入力しており、この測定結果に対して種々の演算を行って被測定光ファイバ３０の特性を求める。例えば、ブルリアン散乱光の強度の時間変化を示す包絡線を有する信号と被測定光ファイバ３０の距離（プローブ光Ｌ１′の入射端からの距離）とを対応付けるための演算、被測定光ファイバ３０のある１点で生ずるブリルアン散乱光のスペクトラムを求める演算、又は被測定光ファイバ３０の長さ方向における歪み分布を求める演算等である。尚、演算部２０で行われる演算は光ファイバ特性測定装置１０を使用するユーザが、測定結果をどのように表示させるかによって異なる。

また、演算部２０は、求めた被測定光ファイバ３０の特性に応じて、周波数測定部１９ａ〜１９ｎに設けられるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを制御し、これらから出力される信号の周波数を変更させる。これはブリルアン散乱光Ｌ３を測定する周波数帯域を変更するためである。表示部２１は演算部２０の演算結果、又は演算部２０で得られた被測定光ファイバ３０の特性を表示する。

上記構成において、光源１１から射出されたレーザ光Ｌ０は、光カプラ１２に入射してプローブ光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分岐される。分岐されたプローブ光Ｌ１がパルス変調器１３に入射するとパルス化されてプローブ光Ｌ１′となり、このプローブ光Ｌ１′は方向性結合器１４を介して被測定光ファイバ３０に入射する。プローブ光Ｌ１′が被測定光ファイバ３０中を進むと、ブリルアン散乱現象によりブリルアン散乱光Ｌ３が発生する。このブリルアン散乱光Ｌ３は被測定光ファイバ３０中をプローブ光Ｌ１′の進行方向とは逆方向に進み、方向性結合器１４を介して光ミキサ１５に入射して光カプラ１２で分岐された参照光Ｌ２と乗算される。これにより、光ミキサ１５からは、参照光Ｌ２とブリルアン散乱光Ｌ３との周波数差（ν_Ｂ）で強度が変動する光信号が出力される。

光ミキサ１５からの光信号はフォトダイオード１６で受光されて電気信号（周波数がν_Ｂであって、時間が経つにつれて減衰するビート信号）に変換される。フォトダイオード１６から出力された電気信号は、電気増幅器１７で増幅された後に分岐回路１８でｎ分岐されて周波数測定部１９ａ〜１９ｎにそれぞれ入力する。各周波数測定部１９ａ〜１９ｎに入力した電気信号は、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備える電気ミキサ２２ａ〜２２ｎにそれぞれ入力され、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備えるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎから出力される信号と乗算される。

周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備える電気ミキサ２２ａ〜２２ｎから出力された信号は、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備える信号処理部２４ａ〜２４ｎのローパスフィルタ２５にそれぞれ入力され、上述のビート信号に含まれる成分のうちのローカルオシレータ２３ａ〜２３ｂから出力される信号の周波数と同一の周波数を有する成分（ブリルアン散乱光に含まれるある周波数の成分に相当する成分）が出力される。

ここで、被測定光ファイバ３０で生ずるブリルアン散乱光Ｌ３のブリルアン周波数シフトの範囲が１０．６〜１１．２ＧＨｚであり、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが８個（ｎ＝８）設けられていたとすると、周波数測定部１９ａ〜１９ｎに設けられるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎは、例えば周波数が１０．８２ＧＨｚ、１０．８４ＧＨｚ、…、１０．９６ＧＨｚの信号（即ち、周波数が２００ＭＨｚづつ異なる信号）をそれぞれ出力するよう設定される。このため、信号処理部２４ａ〜２４ｎの各々に設けられたローパスフィルタ２５からは、周波数が１０．８２ＧＨｚ、１０．８４ＧＨｚ、…、１０．９６ＧＨｚである成分が出力される。

周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備える信号処理部２４ａ〜２４ｎのローパスフィルタ２５から出力された信号は、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備える信号処理部２４ａ〜２４ｎのＡ／Ｄ変換器２６でディジタル信号に変換され、検波器２７で検波処理される。検波処理された信号の包絡線は、ブルリアン散乱光の強度の時間変化に相当する。各検波器２７から出力される信号は極めて微弱なため、プローブ光Ｌ１′を被測定光ファイバ３０に複数回入射させ、以上説明した測定を繰り返し行って、検波器２７の各々から出力された信号を平均化処理部２８の各々で平均化する。平均化された各信号は、それぞれ演算部２０に出力される。周波数測定部１９ａ〜１９ｎの各々からの信号が演算部２０に入力されると、演算部２０は、得られたデータに対して演算部２０がユーザの指示に応じた演算を行い、その演算結果、又は演算部２０で得られた被測定光ファイバ３０の特性が表示部２１に表示される。

以上の通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１０では、被測定光ファイバ３０に複数回入射させて周波数測定部１９ａ〜１９ｎの各々から信号が得られる１回の測定で、ビート信号に含まれる成分のうちの複数の成分（即ち、ブリルアン散乱光に含まれる複数の周波数の成分に相当する成分）に関する信号が得られる。このため、従来のように、ブリルアン散乱光Ｌ１３の周波数帯域に亘ってローカルオシレータの周波数を変化させつつ測定を行う必要が無く、測定時間を短縮することができる。例えば、従来はローカルオシレータの周波数を６０回変化させつつ測定を行っていたとすると、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１０では、測定時間を従来の６０分の１にすることができる。

尚、光ファイバ特性測定装置１０の測定回数は１回に限られることはなく、複数回であってもよい。例えば、ローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎから出力される信号の周波数がブリルアン散乱光の周波数帯域の半分の帯域に含まれるように設定して最初の測定を行い、ローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎから出力される信号の周波数が残り半分の周波数帯域に含まれるよう変更してから２回目の測定を行っても良い。また、周波数測定部１９ａ〜１９ｎの数が増える程、光ファイバ特性測定装置１０の回路規模が大きくなってコストも上昇する。このため、周波数測定部１９ａ〜１９ｎを数個（例えば、４個又は８個）備える構成として複数回に亘って測定を行うのが望ましい。

次に、被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定する方法について説明する。被測定光ファイバ３０に加わる歪み等が変化してその特性が動的に変化すると、ブリルアン散乱光のスペクトラムが測定の度に変動する。本実施形態の光ファイバ特性測定装置１０が備える演算部２０は、求めた被測定光ファイバ３０の特性に応じて周波数測定部１９ａ〜１９ｎに設けられるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを制御し、これらから出力される信号の周波数を変更させて、ブリルアン散乱光のスペクトラムを測定する周波数範囲（周波数測定範囲）を可変させる。以下、演算部２０による上記の制御を「トラッキング」といい、被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定する対象区間（長さ方向における位置）を「トラッキング区間」という。

図２は、被測定光ファイバの動的な特性の変化を測定する方法を示すフローチャートである。処理が開始されると、まずトラッキング区間の設定処理が行われる（ステップＳ１１）。この処理では、演算部２０がユーザによって指示されるトラッキング区間を設定する。尚、トラッキング区間は、被測定光ファイバ３０の長さ方向における一部の区間を設定することも、被測定光ファイバ３０の全長に亘る区間を設定することも可能である。

次に、周波数測定範囲の設定処理が行われる（ステップＳ１２）。この処理では、演算部２０がブリルアン散乱光のスペクトラムを測定する周波数測定範囲を設定する。具体的には、演算部２０が過去の測定結果に基づいて、ブリルアン散乱光のスペクトラムのピークが得られるであろう周波数範囲を周波数測定範囲として設定する。図３は、周波数測定範囲の設定方法を説明するための図である。被測定光ファイバ３０の過去の測定結果から図３（ａ）に示す測定結果が得られており、被測定光ファイバ３０の静的な状態でのブリルアン散乱光のスペクトラムのピークが１０．９５ＧＨｚ付近であることが分かっているとする。尚、ブリルアン散乱光のスペクトラムのピークは、測定結果から例えば最小二乗近似曲線等の近似曲線を求め、この近似曲線の極値を算出することにより求められる。

演算部２０は、過去に得られたブリルアン散乱光のスペクトラムのピークの前後の所定の周波数範囲（図３に示す例では、１０．８５〜１１．０５ＧＨｚ）を確保し、この周波数範囲をブリルアン散乱光のスペクトラムのピークを求めることができるであろう周波数範囲とする。そして、この周波数範囲を周波数測定範囲として設定する。尚、過去の測定結果を用いない場合には、ユーザによって指示される周波数範囲を周波数測定範囲として設定しても良い。演算部２０はローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎから出力される信号の周波数が、設定された周波数測定範囲に含まれ、且つ周波数測定範囲において所定の関係（例えば、等間隔となるよう）ローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを制御する。

以上の処理が終了すると、被測定光ファイバ３０に対してプローブ光Ｌ１′を入射させて被測定光ファイバ３０の特性の測定が開始され、演算部２０は測定して得られたデータ（周波数測定部１９ａ〜１９ｎから出力される信号）を取得する(ステップＳ１３）。このデータを取得すると、演算部２０は、ステップＳ１１で設定されたトラッキング区間で生ずるブリルアン散乱光のスペクトラムを求める演算を行う。そして、その演算結果に対して近似処理を行って最小二乗近似曲線等の近似曲線を求め、この近似曲線の極値を算出する。

次いで、演算部２０は、上記の近似曲線の極値（ブリルアン散乱光のスペクトラムのピーク）が算出されたか否かを判断する（ステップＳ１４）。ブリルアン散乱光のスペクトラムのピークが算出されていないと判断した場合（判断結果が「ＮＯ」である場合）には、ステップＳ１２に戻って周波数測定範囲の設定を再度行う。具体的には、演算部２０は、例えば先に周波数測定範囲から所定周波数だけずれた周波数範囲を新たな周波数測定範囲に設定する。そして、演算部２０は、ローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎから出力される信号の周波数が、新たに設定された周波数測定範囲に含まれ、且つ周波数測定範囲において所定の関係（例えば、等間隔となるよう）ローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを制御する。

これに対し、上記の近似曲線の極値（ブリルアン散乱光のスペクトラムのピーク）が算出されたと判断した場合（判断結果が「ＹＥＳ」である場合）には、演算部２０は、被測定光ファイバ３０の長さ方向における歪み分布を求める演算を行う（ステップＳ１５）。次いで、演算部２０は、周波数測定範囲の変更が必要であるか否かを判断する（ステップＳ１６）。例えば、近似曲線の極値がステップＳ１２で設定した周波数測定範囲の中央付近にあるか否かを判断することで、周波数測定範囲の変更が必要であるか否かを判断する。

演算部２０が周波数測定範囲の変更が必要でないと判断した場合（ステップＳ１６の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、演算部２０は測定して得られたデータ（周波数測定部１９ａ〜１９ｎから出力される信号）を再度取得する(ステップＳ１３）。一方、演算部２０が周波数測定範囲の変更が必要であると判断した場合（ステップＳ１６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、周波数測定範囲を変更する（ステップＳ１７）。

具体的には、演算部２０は、前回の測定と今回の測定とで得られたブリルアン散乱光のスペクトラムのピークの変化量が所定量以上である場合、又は近似曲線の極値がステップＳ１２で設定した周波数測定範囲の中央付近からずれている場合には周波数測定範囲の変更が必要であると判断する。そして、近似曲線の極値（ブリルアン散乱光のスペクトラムのピーク）が周波数測定範囲の中央付近になるようローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを制御し、再度データ取得を行う（ステップＳ１３）。

本実施形態の光ファイバ特性測定装置１０は測定に要する時間が短く、測定時間間隔を被測定光ファイバ３０の特性の時間変動に比べて短くすることができるため、被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定することが可能である。また、被測定光ファイバ３０の特性の測定結果に応じて周波数測定範囲を可変させているため、ブリルアン散乱光のスペクトラムの変動がある程度大きくても、その変動に追従して被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定することができる。

図４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測定結果の表示例を示す図である。図４（ａ）を参照すると、被測定光ファイバ３０の距離（プローブ光Ｌ１′の入射端からの距離）、被測定光ファイバ３０の歪み量、及び時刻の３つを軸として測定結果が表示されている。この表示から、ユーザは被測定光ファイバ３０の長さ方向における歪み分布の時間的な変化を読み取ることができる。

また、図４（ｂ）に示す通り、距離方向に移動可能であって、ある距離における歪み量をなぞるカーソルＣ１と、時間方向に移動可能であって、ある時間における歪み量をなぞるカーソルＣ２とを、測定結果と共に表示しても良い。そして、ユーザがカーソルＣ１を操作して３次元表示された測定結果から被測定光ファイバ３０のある距離（位置）における歪み量の時間変化を表示させ、又はユーザがカーソルＣ２を操作して３次元表示された測定結果から被測定光ファイバ３０のある時刻における歪み量の分布を表示させてもよい。かかるカーソルＣ１，Ｃ２によって、ユーザが必要な情報を表示部２１に表示させることができ、利便性が向上する。

〔第２実施形態〕
図５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図である。尚、図５においては、分岐回路１８の前段の構成（光源１１〜電気増幅器１７）及び、演算部２０及び表示部２１については図示を省略している。また、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付している。図５に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置４０は、図１に示す周波数測定部１９ａ〜１９ｎに代えて周波数測定部４１ａ〜４１ｎを備えるとともに、メインローカルオシレータ４２（第１発振器）、サブローカルオシレータ４３（第２発振器）、及び周波数変換装置４４を備える。

周波数測定部４１ａ〜４１ｎは、分岐回路１８で分岐された電気信号をそれぞれ入力しており、入力される電気信号に含まれる周波数成分のうち、周波数測定部４１ａ〜４１ｎ間でそれぞれ異なる特定の周波数成分を測定する。例えば、周波数測定部４１ａは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆ１を測定し、周波数測定部４１ｂは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆ２を測定し、周波数測定部４１ｎは入力する電気信号に含まれる周波数成分ｆｎを測定する。

周波数測定部４１ａは、電気ミキサ２２ａ及び信号処理部２４ａを備える。同様に、周波数測定部４１ｂは、電気ミキサ２２ｂ及び信号処理部２４ｂを備え、周波数測定部４１ｎは、電気ミキサ２２ｎ及び信号処理部２４ｎを備える。つまり、周波数測定部４１ａ〜４１ｎは、図１に示す周波数測定部１９ａ〜１９ｎからローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを省略した構成である。

メインローカルオシレータ４２は、単一周波数の信号を出力するものであり、その信号の周波数は可変である。また、サブローカルオシレータ４３も、単一周波数の信号を出力するものであり、その信号の周波数は可変である。メインローカルオシレータ４２は、例えば周波数が十数ＧＨｚの信号を出力し、サブローカルオシレータ４３は、例えば周波数が数百ＭＨｚの信号を出力する。

周波数変換装置４４は、メインローカルオシレータ４２及びサブローカルオシレータ４３から出力される信号を用いて、周波数測定部４１ａ〜４１ｎにそれぞれ異なる周波数の信号を出力する。この周波数変換装置４４は、メインローカルオシレータ４２に縦続接続（カスケード接続）された（ｎ−１）個のミキサ（演算器）４５ａ〜４５ｎ−１を備えている。これらミキサ４５ａ〜４５ｎ−１はサブローカルオシレータ４３にそれぞれ接続されている。ミキサ４５ｎ−１はメインローカルオシレータ４２から出力される信号の周波数を、サブローカルオシレータ４３から出力される信号の周波数だけシフトさせた信号を出力し、ミキサ４５ｎ−２〜４５ａは前段のミキサ（ミキサ４５ｎ−１〜４５ｂ）から出力される信号の周波数を、サブローカルオシレータ４３から出力される信号の周波数だけシフトさせた信号を出力する。

ミキサ４５ａの出力は周波数測定部４１ａに設けられた電気ミキサ２２ａに接続されており、ミキサ４５ｂの出力は周波数測定部４１ｂに設けられた電気ミキサ２２ｂに接続されており、ミキサ４５ｎ−１の出力は周波数測定部４１ｎ−１に設けられた電気ミキサ２２ｎ−１に接続されている。周波数測定部４１ｎに設けられた電気ミキサ２２ｎは、メインローカルオシレータ４２に接続されている。

ここで、メインローカルオシレータ４２から出力される信号の周波数をｆ１１とし、サブローカルオシレータから出力される信号の周波数をｆ１２とすると、周波数測定部４１ｎには周波数ｆ１１の信号が入力され、周波数測定部４１ｎ−１には周波数（ｆ１１＋ｆ１２）の信号が入力され、周波数測定部４１ｂには周波数（ｆ１１＋ｆ１２×（ｎ−２））の信号が入力され、周波数測定部４１ａには周波数（ｆ１１＋ｆ１２×（ｎ−１））の信号が入力される。

つまり、周波数変換装置４４は、周波数測定部４１ａ〜４１ｎのうちの第ｋ番目の周波数測定部に設けられた電気ミキサに対して、メインローカルオシレータ４２から出力される信号の周波数を、サブローカルオシレータ４３から出力される周波数の（ｎ−ｋ）倍だけシフトさせた信号を出力する。尚、周波数測定部４１ａ〜４１ｎの番手を逆順、即ち周波数測定部４１ｎから周波数測定部４１ａの順にすると、第ｋ番目の周波数測定部に設けられた電気ミキサには、メインローカルオシレータ４２から出力される信号の周波数を、サブローカルオシレータ４３から出力される周波数の（ｋ−１）倍だけシフトさせた信号が入力されると言うことができる。

以上の構成により、周波数測定部４１ａ〜４１ｎは、第１実施形態の周波数測定部１９ａ〜１９と同様に、分岐回路１８で分岐された電気信号に含まれる周波数成分のうち、周波数測定部４１ａ〜４１ｎ間でそれぞれ異なる特定の周波数成分を測定することが可能となる。図１に示す第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１０では、周波数測定部１９ａ〜１９ｎの各々にローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを備える構成であった。しかしながら、本実施形態の光ファイバ特性測定装置４０は、周波数測定部４１ａ〜４１ｎの外部にメインローカルオシレータ４２及びサブオシレータ４３を備えた構成であるため、周波数測定部４１ａ〜４１ｎの数が増加しても回路規模の増大を抑えることができる。

尚、本実施形態の光ファイバ特性測定装置４０も測定に要する時間が短く、また、メインローカルオシレータ４２及びサブローカルオシレータ４３の各々から出力される信号の少なくとも一方の信号の周波数は、不図示の演算部２０の制御によって可変することができる。例えば、サブローカルオシレータ４３の周波数を変えることでブリルアン散乱光を測定する周波数間隔を変えることができ、メインローカルオシレータ４２の周波数を変えることで周波数測定範囲を可変することができる。このため、第１実施形態と同様に、被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定することが可能である。また、被測定光ファイバ３０の特性の測定結果に応じて周波数測定範囲を可変させているため、ブリルアン散乱光のスペクトラムの変動がある程度大きくても、その変動に追従して被測定光ファイバ３０の動的な特性の変化を測定することができる。

〔第３実施形態〕
図６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図である。尚、図６においては、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付してある。図６に示す本発明の第３実施形態による光ファイバ特性測定装置５０が図１に示す本発明の第１実施形態による光ファイバ特性測定装置１０と異なる点は、電気増幅器１７と分岐回路１８との間にフォトダイオード１６から出力されて電気増幅器１７で増幅された電気信号の周波数を所定周波数だけ低減（ダウンコンバート）する周波数低減部５１を備える点である。

この周波数低減部５１は、ミキサ５２とローカルオシレータ５３とを備えている。ミキサ５２は、電気増幅器１７から出力される信号と、ローカルオシレータ５２から出力される信号とを乗算する。ローカルオシレータ５３は単一周波数の信号を出力する。尚、このローカルオシレータ５３から出力される信号の周波数を可変としても良い。フォトダイオード１６から出力されて電気増幅器１７で増幅された電気信号は、ブリルアン周波数シフト程度の１０ＧＨｚ帯であるが、周波数低減部５１によって例えば２．５ＧＨｚ帯の中間周波数にダウンコンバートされる。

図１に示す光ファイバ特性測定装置１０では、周波数帯が１０ＧＨｚ帯である信号が周波数測定部１９ａ〜１９ｎの各々に入力される構成であったため、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備えるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎは周波数帯が１０ＧＨｚ帯の信号を出力するものである必要があった。これに対し、本実施形態の光ファイバ特性測定装置５０は、フォトダイオード１６から出力されて電気増幅器１７で増幅された電気信号の周波数を周波数低減部５１で２．５ＧＨｚ帯にダウンコンバートされるため、周波数測定部１９ａ〜１９ｎが備えるローカルオシレータ２３ａ〜２３ｎを周波数帯が２．５ＧＨｚ帯の信号を出力するものにできる。これによって、コスト低減を図ることができる。尚、図５に示す第２実施形態の光ファイバ特性測定装置４０にも周波数低減部５１を備えることにより、周波数測定部４１ａ〜４１ｎの各々に入力される信号の周波数をダウンコンバートすることができる。

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、上記実施形態では、被測定光ファイバ３０の一端からプローブ光Ｌ１′を入射させ、この一端から射出されるブリルアン散乱光Ｌ３を測定する光ファイバ特性測定装置を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、被測定光ファイバ３０の一端からプローブ光を入射させるとともに他端から参照光を入射させて得られるブリルアン散乱光を測定する光ファイバ特定装置（ＢＯＴＤＡ：Brillouin Optical Time Domain Analysis）にも適用することができる。

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図である。 被測定光ファイバの動的な特性の変化を測定する方法を示すフローチャートである。 周波数測定範囲の設定方法を説明するための図である。 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測定結果の表示例を示す図である。 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図である。 従来の光ファイバ特性測定装置の構成を示す図である。 従来の光ファイバ特性測定装置１００の測定結果の表示例を示す図である。

符号の説明

１０ 光ファイバ特性測定装置
１６ フォトダイオード
１８ 分岐回路
１９ａ〜１９ｎ 周波数測定部
２０ 演算部
２１ 表示部
２２ａ〜２２ｎ 電気ミキサ
２３ａ〜２３ｎ ローカルオシレータ
２５ ローパスフィルタ
３０ 被測定光ファイバ
４０ 光ファイバ特性測定装置
４１ａ〜４１ｎ 周波数測定部
４２ メインローカルオシレータ
４３ サブローカルオシレータ
４４ 周波数変換装置
４５ａ〜４５ｎ−１ ミキサ
５０ 光ファイバ特性測定装置
５１ 周波数低減部
Ｌ１′ プローブ光
Ｌ３ ブリルアン散乱光

Claims (4)

1. パルス光を被測定光ファイバに入射させて得られるブリルアン散乱光を受光して受光信号を出力する受光器を備え、当該受光器から出力される前記受光信号に基づいて前記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、
   前記受光器から出力される前記受光信号を分岐する分岐回路と、
   前記分岐回路で分岐される受光信号の各々に対して設けられ、前記受光信号に含まれる周波数成分のうち、入力される信号の周波数と同一周波数の周波数成分を抽出する抽出器をそれぞれ有しており、該抽出器で抽出された周波数成分を測定するｎ個（ｎは２以上の整数）の周波数測定部と、
   前記周波数測定部の各々で測定された前記周波数成分に対して所定の演算を行って前記被測定光ファイバの特性を求める演算部と、
   所定の第１周波数を有する信号を出力する第１発振器と、
   所定の第２周波数を有する信号を出力する第２発振器と、
   前記第１発振器に対して縦続接続されるとともに、各々が前記第２発振器に接続され、且つ出力が前記ｎ個の周波数測定部のうちの第２番目から第ｎ番目の周波数測定部に設けられた前記抽出器にそれぞれ接続された（ｎ−１）個の演算器を有しており、前記ｎ個の周波数測定部のうちの第ｋ番目（ｋは１≦ｋ≦ｎを満たす整数）の周波数測定部に設けられた前記抽出器に対し、前記第１周波数から前記第２周波数の（ｋ−１）倍だけ周波数を変化させた信号を入力させる周波数変換装置と
   を備えることを特徴とする光ファイバ特性測定装置。
2. 前記演算部で求められた前記被測定光ファイバの特性を表示する表示部を備える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. 前記演算部は、求めた前記被測定光ファイバの特性に応じて、第１発振器及び前記第２発振器の少なくとも一方から出力される信号の周波数を変更させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記受光器と前記分岐回路との間に、前記受光器から出力される前記受光信号の周波数を所定周波数分だけ低減する周波数低減部を備えることを特徴とする請求項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。

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