JP5256225B2

JP5256225B2 - 光線路測定装置及び光線路測定方法

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Publication number: JP5256225B2
Application number: JP2010019315A
Authority: JP
Inventors: ファン・シンユー; 文彦伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP2011158330A

Description

本発明は、光線路における光ファイバの曲げ部を遠隔で検出する光線路測定装置及び光線路測定方法に関する。

光ファイバは小さな半径で曲げられた場合に折損する恐れがあり、また長期的に曲げられた状態で放置されると最終的に折損してしまい、光信号を伝送できなくなる。そこで、光線路の信頼性を確保するために、光ファイバが曲げられた状態の箇所（以下、曲げ部と称する）を検出する技術が必要となる。従来の方法として、光時間領域リフレクトメトリ測定方法（ＯＴＤＲ）が知られている（例えば、非特許文献１）。このＯＴＤＲによれば、光線路の後方散乱光強度の長手方向分布を測定することが可能である。このため、ＯＴＤＲを採用した光線路測定装置によれば、光ファイバの曲げにより生じる曲げ損失に基づいて散乱光の強度が落ちる特性を利用して、光ファイバの曲げ部を検知することが可能である。

しかしながら、近年実用化された、ホールアシストファイバ（ＨＡＦ）（例えば、非特許文献２参照）等は、非常に小さい半径で曲げても曲げ損失が発生しない。そのため、このような新種類の光ファイバに対しては、ＯＴＤＲを採用した光線路測定装置では光ファイバの曲げ部を検出することができない。

M. K. Barnoski, M. D. Rourke, S. M. Jensen, and R. T. Melville, "Optical time domain reflectometer," Applied Optics, 16, 2375-2379 (1977) K. Nakajima, K. Hogari, Jian Zhou, K. Tajima, and L. Sankawa, "Hole-assisted fiber design for small bending and splice losses," IEEE Photonics Technology Letters, 15, 1737-1739 (2003) R. M. Jopson, L. E. Nelson, and H. Kogelnik, "Measurement of second-order polarization-mode dispersion vectors in optical fibers," IEEE Photonics Technology Letters, 11, 1153-1155 (1999)

以上のように、従来の光線路測定装置では、ＨＡＦ等に対しては曲げ部を検出することができないという問題がある。

この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、非常に小さな半径で曲げても曲げ損失が生じないＨＡＦ等の新種類の光ファイバに対しても曲げ部を遠隔から検出することが可能な光線路測定装置及び光線路測定方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る光線路測定装置は、光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置において、周波数を線形的に掃引したレーザ光を前記光線路へ出力するレーザ光源と、前記レーザ光が前記光線路で散乱されて返ってきた後方散乱光におけるｐ波を検出するｐ波検出部と、前記後方散乱光におけるｓ波を検出するｓ波検出部と、前記ｐ波と前記ｓ波とに基づいて、前記光線路の曲げにより生じた複屈折率分布を測定することで、前記光線路の曲げ部を検出する信号処理部とを具備する。

上記構成の光線路測定装置は、光線路からの後方散乱光におけるｐ波とｓ波とから、複屈折率分布を測定するようにしている。光線路を小さい半径で曲げた場合、光線路に対して複屈折率が付与される。そして、光線路を通過する光の偏波状態は複屈折率に影響される。このため、後方散乱光のｐ波とｓ波とから測定された光線路の複屈折率分布から、光線路における曲げ部の位置を検出することが可能となる。

また、本発明に係る光線路測定装置は、光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置において、周波数を線形的に掃引したレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を第１の偏波状態の第１の出力光、又は、第２の偏波状態の第２の出力光に変換し、前記光線路へ出力する偏波制御装置と、前記第１の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第１の後方散乱光における第１のｐ波、又は、前記第２の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第２の後方散乱光における第２のｐ波を検出するｐ波検出部と、前記第１の後方散乱光における第１のｓ波、又は、前記第２の後方散乱光における第２のｓ波を検出するｓ波検出部と、前記第１のｐ波と前記第１のｓ波とにより取得される第１の偏波状態分布情報と、前記第２のｐ波と前記第２のｓ波とにより取得される第２の偏波状態分布情報とから第１の複屈折率ベクトルを算出し、この第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第１の複屈折率分布を計算することで、前記光線路の曲げ部を検出する信号処理部とを具備する。

上記構成の光線路測定装置は、２種類の異なった偏波状態を持つ光を光線路へ出力し、光周波数領域リフレクトメトリ測定方法（ＯＦＤＲ）を用いて、それぞれの偏波状態における後方散乱光の偏波状態分布情報を取得する。そして、これらの偏波状態分布情報から複屈折率ベクトルを算出し、この複屈折率ベクトルに基づいて複屈折率分布を計算するようにしている。これにより、光線路における曲げ部の位置を、ミリオーダーの分解能で検出することが可能となる。

また、前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、前記信号処理部は、前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、前記第１の複屈折率ベクトルと、前記第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする。

これにより、第１の複屈折率ベクトル及び第２の複屈折率ベクトルに含まれるゴーストピークが除去されるため、より高精度に曲げ部を検出することが可能となる。

また、前記信号処理部は、前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、この移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルに基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする。

これにより、空間分解能は落ちることになるが、雑音フロアが低減されるため、センチオーダーの曲げ半径の曲げ部を検出することが可能となる。

また、前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、前記信号処理部は、前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記第２の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルと、前記移動平均を取った第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする。

これにより、第１の複屈折率ベクトル及び第２の複屈折率ベクトルに含まれるゴーストピークが除去され、かつ、雑音フロアが低減されるため、センチオーダーの曲げ半径の曲げ部を精度良く検出することが可能となる。

また、前記信号処理部は、前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、この移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第２の複屈折率分布を計算し、前記第１の複屈折率分布と第２の複屈折率分布とから前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする。

これにより、ミリオーダーの曲げ部の検出と、センチオーダーの曲げ部の検出とを行うことが可能となるため、検出可能な曲げ半径の範囲が広がることとなる。

また、前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、前記信号処理部は、前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、前記第１の複屈折率ベクトルと、前記第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算し、前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記第２の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルと、前記移動平均を取った第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて、前記光線路における第２の複屈折率分布を計算し、前記第１の複屈折率分布と第２の複屈折率分布とから前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする。

これにより、ミリオーダーの曲げ部の検出と、センチオーダーの曲げ部の検出とを行うことが可能となるため、検出可能な曲げ半径の範囲が広がることとなる。また、ゴーストピークが除去されるため、より精度の高い検出が可能となる。

また、本発明に係る光線路測定方法は、光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置で用いられる光線路測定方法において、周波数を線形的に掃引したレーザ光を第１の偏波状態の第１の出力光、又は、第２の偏波状態の第２の出力光に変換し、前記第１の出力光又は前記第２の出力光を前記光線路へ出力し、前記第１の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第１の後方散乱光における第１のｐ波、又は、前記第２の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第２の後方散乱光における第２のｐ波を検出し、前記第１の後方散乱光における第１のｓ波、又は、前記第２の後方散乱光における第２のｓ波を検出し、前記第１のｐ波と前記第１のｓ波とにより取得される第１の偏波状態分布情報と、前記第２のｐ波と前記第２のｓ波とにより取得される第２の偏波状態分布情報とから第１の複屈折率ベクトルを算出し、前記第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第１の複屈折率分布を計算することで、前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする。

上記構成の光線路測定方法は、２種類の異なった偏波状態を持つ光を光線路へ出力し、光周波数領域リフレクトメトリ測定方法（ＯＦＤＲ）を用いて、それぞれの偏波状態における後方散乱光の偏波状態分布情報を取得する。そして、これらの偏波状態分布情報から複屈折率ベクトルを算出し、この複屈折率ベクトルに基づいて複屈折率分布を計算するようにしている。これにより、光線路における曲げ部の位置を、ミリオーダーの分解能で検出することが可能となる。

この発明によれば、非常に小さな半径で曲げても曲げ損失が出ないＨＡＦ等の新種類の光ファイバに対しても曲げ部を遠隔から検出することが可能な光線路測定装置及び光線路測定方法を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光線路測定装置の構成を示すブロック図である。図１の信号処理部により、第１のＳＯＰ分布情報と第２のＳＯＰ分布情報とに基づいて算出された複屈折率ベクトルの絶対値の一例を示す図である。図１の信号処理部により、第３のＳＯＰ分布情報と第４のＳＯＰ分布情報とに基づいて算出された複屈折率ベクトルの絶対値の一例を示す図である。図１の信号処理部により、第５のＳＯＰ分布情報と第６のＳＯＰ分布情報とに基づいて算出された複屈折率ベクトルの絶対値の一例を示す図である。図２〜図４の複屈折率ベクトルの絶対値に基づいてゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルの絶対値の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係わる光線路測定装置の構成を示すブロック図である。図２の結果に移動平均を施した際の複屈折率ベクトルの絶対値を示す図である。図３の結果に移動平均を施した際の複屈折率ベクトルの絶対値を示す図である。図４の結果に移動平均を施した際の複屈折率ベクトルの絶対値を示す図である。図７〜図９の複屈折率ベクトルの絶対値に基づいてゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルの絶対値の例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明に係る光線路測定装置及び光線路測定方法を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光線路測定装置１０の構成を示すブロック図である。図１における光線路測定装置１０は、光周波数領域リフレクトメトリ測定方法（ＯＦＤＲ）を使用する。光線路測定装置１０は、レーザ光源１１、カプラ１２、偏波制御機能装置１３、サーキュレータ１４、偏波コントローラ１５、偏波ダイバーシティ構成１６、バランスフォトディテクタ１７，１８、アナログ−デジタル（ＡＤ）変換器１９，１１０及び信号処理部１１１を具備する。

レーザ光源１１は、光周波数を線形的に掃引したレーザ光をカプラ１２へ出力する。カプラ１２は、レーザ光源１１からのレーザ光を２つに分岐し、一方を偏波制御機能装置１３へ出力し、他方を偏波コントローラ１５へ出力する。

偏波制御機能装置１３は、例えば、偏波コントローラ及び偏光子等から成り、カプラ１２からの出力光を所定の偏波状態（ＳＯＰ：State Of Polarization）に変換する。偏波制御機能装置１３は、ＳＯＰ変換後の出力光をサーキュレータ１４を介して光ファイバ等の被測定光線路２０へ出力する。偏波制御機能装置１３からの出力光は、被測定光線路２０内で散乱され、後方散乱光として出力される。この後方散乱光は、サーキュレータ１４を介して偏波ダイバーシティ構成１６へ出力される。

偏波コントローラ１５は、カプラ１２からの出力光をローカル光に変換する。ここで、ローカル光とは、例えば、ｐ方向の偏波（以下、ｐ波と称する）とｓ方向の偏波（以下、ｓ波と称する）との振幅比が１：１となるＳＯＰを満たす光のことである。偏波コントローラ１５は、このローカル光を偏波ダイバーシティ構成１６へ出力する。

偏波ダイバーシティ構成１６は、サーキュレータ１４からの後方散乱光と、偏波コントローラ１５からのローカル光とを受信する。偏波ダイバーシティ構成１６は、偏光ビームスプリッタを備えており、これらの光をｐ波とｓ波とに分離する。偏波ダイバーシティ構成１６は、後方散乱光に基づくｐ波と、ローカル光に基づくｐ波とを干渉させ、干渉後の二つのｐ波をバランスフォトディテクタ１７へ出力する。また、偏波ダイバーシティ構成１６は、後方散乱光に基づくｓ波と、ローカル光に基づくｓ波とを干渉させ、干渉後の二つのｓ波をバランスフォトディテクタ１８へ出力する。

バランスフォトディテクタ１７は、偏波ダイバーシティ構成１６から二つのｐ波を受信し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器１９へ出力する。また、バランスフォトディテクタ１８は、偏波ダイバーシティ構成１６から二つのｓ波を受信し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器１１０へ出力する。

ＡＤ変換器１９は、バランスフォトディテクタ１７からの電気信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を信号処理部１１１へ出力する。また、ＡＤ変換器１１０は、バランスフォトディテクタ１８からの電気信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を信号処理部１１１へ出力する。

信号処理部１１１は、例えばＰＣ（Personal Computer）から成り、ＡＤ変換器１９，１１０からのデジタル信号に基づいて、ＳＯＰ分布を測定する。信号処理部１１１は、このＳＯＰ分布に基づいて複屈折率ベクトルを算出する。そして、信号処理部１１１は、この複屈折率ベクトルを利用して複屈折率を計算し、この複屈折率の分布から被測定光線路２０の曲げ部を検出する。

次に、以上のように構成された光線路測定装置１０における信号処理部１１１による曲げ部検出処理を詳細に説明する。

まず、偏波制御機能装置１３により、ＳＯＰベクトルＩ_１１（０）の出力光がサーキュレータ１４を介して被測定光線路２０へ出力される。信号処理部１１１は、このときのＡＤ変換器１９，１１０からのデジタル信号から、ｐ波の振幅Ａｐ（ｚ）及びs波の振幅Ａｓ（ｚ）を分布的に測定すると共に、ｐ波とｓ波との間の位相差Δφ（ｚ）を分布的に測定する。なお、ここでｚは、被測定光線路２０の長手方向の座標を示す。

信号処理部１１１は、振幅Ａｐ（ｚ）、振幅Ａｓ（ｚ）及び位相差Δφ（ｚ）から式（１）を用いてＳＯＰ分布情報Ｓ_１１（ｚ）を計算する。

ＳＯＰ分布情報Ｓ_１１（ｚ）のｚ依存性は、複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）により決定され、式（２）により示される。

ただし、複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）を求めるに当たって、ＳＯＰ分布情報Ｓ_１１（ｚ）だけでは、複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）の唯一な解を導出できない。そこで、偏波制御機能装置１３を操作することにより、被測定光線路２０への出力光のＳＯＰベクトルをＩ_１１（０）と異なるＩ_１２（０）に調整する。そして、信号処理部１１１は、このときのＡＤ変換器１９，１１０からのデジタル信号から、ＳＯＰ分布情報Ｓ_１２（ｚ）を算出する。ＳＯＰ分布情報Ｓ_１２（ｚ）のｚ依存性も複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）により決定され、式（３）により示される。

式（２）と式（３）との両式により複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）の唯一の解が算出できる。複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）は、例えば、非特許文献３に記載の計算方法により算出する。

まず、数学的に、ベクトルｔ_１（ｚ），ｔ_２（ｚ），ｔ_２’（ｚ），ｔ_３（ｚ）を用意し、式（４）のように値を与える。

式（４）で、｜ｔ_３（ｚ）｜＝１となるようにｋ（ｚ）を選択する。そして、３×３の回転マトリックスＲ(ｚ)を用意し、式（５）のように値を与える。

そして、マトリックスＲ_Δ（ｚ_ｉ）を用意し、式（６）のように値を与える。

ここで、Δｚは分解能であり、Ｔは転置行列を示す。また、φ、ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３を用意し、式（７）のように値を与える。

ここで、Ｔｒは、マトリクスのトレースを取る演算子である。複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）は、式（７）を用いて、式（８）のように示される。

図２は、ＳＯＰ分布情報Ｓ_１１（ｚ）とＳＯＰ分布情報Ｓ_１２（ｚ）とに基づいて算出された複屈折率ベクトルβ_１（ｚ）の絶対値｜β_１（ｚ）｜の一例を示す。図２において、横軸は被測定光線路２０の距離である。ピークが現れた距離の位置には大きな複屈折率が存在するはずであるが、ＳＯＰ分布情報Ｓ_１１（ｚ），Ｓ_１２（ｚ）の測定での雑音が大きい場合、大きな複屈折率が存在していなくてもピーク（以下、ゴーストピークと称する）が発生する可能性がある。

光線路測定装置１０は、このゴーストピークを以下の方法により除去する。

まず、偏波制御機能装置１３により、被測定光線路２０への出力光のＳＯＰベクトルをＩ_１１（０），Ｉ_１２（０）と異なったＳＯＰベクトルＩ_２１（０），Ｉ_２２（０）に変更する。そして、信号処理部１１１により、ＳＯＰベクトルＩ_２１（０）の出力光によるＳＯＰ分布情報Ｓ_２１（ｚ）と、ＳＯＰベクトルＩ_２２（０）の出力光によるＳＯＰ分布情報Ｓ_２２（ｚ）とを測定する。信号処理部１１１は、このＳＯＰ分布情報Ｓ_２１（ｚ），Ｓ_２２（ｚ）に基づいて複屈折率ベクトルβ_２（ｚ）を求める。

信号処理部１１１は、このような測定をＮ回行うことにより、Ｎ個の複屈折率ベクトルβ_１（ｚ），β_２（ｚ），…，β_Ｎ（ｚ）を求める。図３は複屈折率ベクトルβ_２（ｚ）の絶対値の例を示し、図４は複屈折率ベクトルβ_３（ｚ）の絶対値の例を示す。

ところで、図２〜図４においては、図２〜図４において丸印を付した部分のように常時発生するピークもあるが、測定毎に発生したり発生しなかったりするピーク（ゴーストピーク）もある。これは、常時発生するピークは曲げによる複屈折率の変化によるものであるため、実際に存在しているのに対し、ゴーストピークは雑音による結果であるため、ランダム性を有することによる。この特性から、Ｎ個の複屈折率ベクトルβ_１（ｚ），β_２（ｚ），…，β_Ｎ（ｚ）に式（９）を使用することで、ゴーストピークを除去する。

ここで、Ｍｉｎｉｍａｌ［]は最小の値を示す演算子であり、ｚ_ｉは距離座標であり、Ｍは長手方向の総点数（測定距離を分解能で割った値）である。図５は、ゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルβ（ｚ）の絶対値の例を示す。複屈折率Ｂ（ｚ_ｉ）は、ゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルβ（ｚ）の絶対値を使用して、式（１０）により算出される。

ここで、ωは測定光の角周波数である。式（１０）により、複屈折率Ｂ（ｚ_ｉ）の大きい部位では、曲げ部が存在すると判断できる。

以上のように、上記第１の実施形態に係る光線路測定装置１０では、ＯＦＤＲを使用してＳＯＰ分布情報を測定し、このＳＯＰ分布情報に基づいて被測定光線路２０における複屈折率分布を算出するようにしている。これにより、光ファイバに曲げ損失が生じない場合であっても、曲げ部の有無を判断することが可能となる。また、ＯＦＤＲは、１ｍｍ程度の高い空間分解能を有する。これにより、光線路測定装置１０は、分解能１ｍｍで曲げ部を検出することが可能となる。

また、上記第１の実施形態では、偏波制御機能装置１３により出力光のＳＯＰを調整することで、複数の複屈折率ベクトルを算出する。そして、これらの複屈折率ベクトルに対して式（９）を用いることで、ゴーストピークを除去するようにしている。これにより、曲げ部の位置を正確に検出することが可能となる。

したがって、本発明に係る光線路測定装置１０は、非常に小さな半径で曲げても曲げ損失が出ないＨＡＦ等の新種類の光ファイバに対しても曲げ部を遠隔から検出することができる。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる光線路測定装置３０の構成を示すブロック図である。図６において図１と共通する部分には同じ符号を付して示す。図６における光線路測定装置３０は、光周波数領域リフレクトメトリ測定方法（ＯＦＤＲ）を使用し、曲げ半径が数ｃｍの曲げ部を検出することを想定したものである。これは、第１の実施形態に記載の光線路測定装置１０では、図２〜図５に示される雑音フロアの影響で、曲げ半径が２〜３ｃｍ以上である曲げ部を正確に検出できないためである。

第１の実施形態で算出された複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ）（ｎ＝１〜Ｎ）は、光ファイバの曲げ部の円周長にわたり方向性が殆ど変わらないが、それ以外の箇所では大きさ及び方向性がランダムに変化するという特性がある。信号処理部３１は、複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ）のこのような特性に基づいて、第１の実施形態と同様の手法で算出した複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ）に対して移動平均法を使用することで、信号の大きさを保持したまま雑音フロアを低減する。

以下では、光線路測定装置３０における信号処理部３１による曲げ部検出処理を詳細に説明する。

ここで、移動平均の回数は、分解能と光ファイバの曲げ部の曲げ半径との関係から制限される。これは、移動平均法を使用することにより、ＯＦＤＲの空間分解能を落とすことになるためである。つまり、分解能が光ファイバの曲げ部の円周長よりも小さい場合は測定に影響はないが、分解能が曲げ部の円周長よりも大きくなると測定誤差が大きくなるためである。移動平均の回数Ｌは、曲げ部の曲げ半径がＲである場合、式（１１）に制限される。

複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ_ｊ）は、移動平均の回数Ｌを用いて式（１２）で与えられる。

図７〜図９は、図２〜図４の結果にそれぞれ移動平均を施した際の複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ_ｊ）の絶対値を示す。ここで、図２〜図４における例では、被測定光線路２０の４ｍ付近に存在する曲げ部の曲げ半径よりも、５ｍ付近に存在する曲げ部の曲げ半径の方が大きく設定されている。このため、４ｍ付近での曲げ部に対しては、式（１１）に示す条件が満たされていない。これにより、図７〜図９では、雑音フロアが低減すると共に、４ｍ付近のピーク値が、図２〜図４における４ｍ付近のピーク値よりも小さくなっている。一方、５ｍ付近での曲げ部に対しては、式（１１）に示す条件が満たされているため、図７〜図９における５ｍ付近のピーク値と、図２〜図４における５ｍ付近のピーク値とは、殆ど同一となる。

次に、ゴーストピークを除去するために、式（１３）を用いる。

図１０は、ゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルβ（ｚ_ｊ）の絶対値の例を示す。雑音フロアが低減されたため、距離６．２ｍ付近に存在しているピーク信号が検出可能となる。複屈折率Ｂ（ｚ_ｊ）は、ゴーストピークを除去した複屈折率ベクトルβ（ｚ_ｊ）の絶対値を使用して、式（１４）により算出される。

ここで、（Ｌ・Δｚ）は分解能であり、ωは測定光の角周波数である。式（１４）により、複屈折率の大きい部位では、曲げ部が存在すると判断できる。

以上のように、上記第２の実施形態に係る光線路測定装置３０では、算出した複屈折率ベクトルβ_ｎ（ｚ）に対して移動平均法を使用することにより、信号の大きさを維持したまま雑音フロアを低減させるようにしている。これにより、光線路測定装置３０は、空間分解能は低下するが、第１の実施形態における光線路測定装置１０と比較して、大きな曲げ半径の曲げ部を検出することが可能となる。例えば、移動平均の回数ＬがＬ＝１０である場合には、空間分解能は約１ｃｍとなるが、図１０によれば、雑音フロアが低減することにより、曲げ半径約１０ｃｍまでの曲げ部を検出することが可能となる。

［その他の実施形態］
なお、この発明は上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、第１の実施形態では、約１ｍｍ〜２，３ｃｍの曲げ半径の曲げ部を検出可能な光線路測定装置１０について説明されており、第２の実施形態では、約１ｃｍ〜１０ｃｍの曲げ半径の曲げ部を検出可能である光線路測定装置３０について説明されている。しかしながら、これらの処理は、必ずしも独立して行なわれる必要はない。つまり、例えば、第１の実施形態における処理の後に、第２の実施形態における処理を行い、検出結果を合成するようにしても良い。これより、検出可能な曲げ半径が広がり、１ｍｍ〜１０ｃｍの曲げ半径の曲げ部を測定することが可能となる。

さらに、この発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０，３０…光線路測定装置
１１…レーザ光源
１２…カプラ
１３…偏波制御機能装置
１４…サーキュレータ
１５…偏波コントローラ
１６…偏波ダイバーシティ構成
１７，１８…バランスフォトディテクタ
１９，１１０…ＡＤ変換器
１１１，３１…信号処理部
２０…被測定光線路

Claims

光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置において、
周波数を線形的に掃引したレーザ光を前記光線路へ出力するレーザ光源と、
前記レーザ光が前記光線路で散乱されて返ってきた後方散乱光におけるｐ波を検出するｐ波検出部と、
前記後方散乱光におけるｓ波を検出するｓ波検出部と、
前記ｐ波と前記ｓ波とに基づいて、前記光線路の曲げにより生じた複屈折率分布を測定することで、前記光線路の曲げ部を検出する信号処理部と
を具備することを特徴とする光線路測定装置。
光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置において、
周波数を線形的に掃引したレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を第１の偏波状態の第１の出力光、又は、第２の偏波状態の第２の出力光に変換し、前記光線路へ出力する偏波制御装置と、
前記第１の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第１の後方散乱光における第１のｐ波、又は、前記第２の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第２の後方散乱光における第２のｐ波を検出するｐ波検出部と、
前記第１の後方散乱光における第１のｓ波、又は、前記第２の後方散乱光における第２のｓ波を検出するｓ波検出部と、
前記第１のｐ波と前記第１のｓ波とにより取得される第１の偏波状態分布情報と、前記第２のｐ波と前記第２のｓ波とにより取得される第２の偏波状態分布情報とから第１の複屈折率ベクトルを算出し、この第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第１の複屈折率分布を計算することで、前記光線路の曲げ部を検出する信号処理部と
を具備することを特徴とする光線路測定装置。
前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、
前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、
前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、
前記信号処理部は、
前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、
前記第１の複屈折率ベクトルと、前記第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする請求項２記載の光線路測定装置。
前記信号処理部は、前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、この移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルに基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする請求項２記載の光線路測定装置。
前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、
前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、
前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、
前記信号処理部は、
前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、
前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記第２の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、
前記移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルと、前記移動平均を取った第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算することを特徴とする請求項２記載の光線路測定装置。
前記信号処理部は、
前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、この移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第２の複屈折率分布を計算し、
前記第１の複屈折率分布と第２の複屈折率分布とから前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする請求項２記載の光線路測定装置。
前記偏波制御装置は、前記レーザ光を前記第１及び第２の偏波状態とは異なる、第３の偏波状態の第３の出力光、又は、第４の偏波状態の第４の出力光に変換して前記光線路へ出力し、
前記ｐ波検出部は、前記第３の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第３の後方散乱光における第３のｐ波、又は、前記第４の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第４の後方散乱光における第４のｐ波を検出し、
前記ｓ波検出部は、前記第３の後方散乱光における第３のｓ波、又は、前記第４の後方散乱光における第４のｓ波を検出し、
前記信号処理部は、
前記第３のｐ波と前記第３のｓ波とにより取得される第３の偏波状態分布情報と、前記第４のｐ波と前記第４のｓ波とにより取得される第４の偏波状態分布情報とから第２の複屈折率ベクトルを算出し、
前記第１の複屈折率ベクトルと、前記第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて前記第１の複屈折率分布を計算し、
前記第１の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、前記第２の複屈折率ベクトルの移動平均を取り、
前記移動平均を取った第１の複屈折率ベクトルと、前記移動平均を取った第２の複屈折率ベクトルとにおける最小値に基づいて、前記光線路における第２の複屈折率分布を計算し、
前記第１の複屈折率分布と第２の複屈折率分布とから前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする請求項２記載の光線路測定装置。
光線路の曲げ部を検出する光線路測定装置で用いられる光線路測定方法において、
周波数を線形的に掃引したレーザ光を第１の偏波状態の第１の出力光、又は、第２の偏波状態の第２の出力光に変換し、
前記第１の出力光又は前記第２の出力光を前記光線路へ出力し、
前記第１の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第１の後方散乱光における第１のｐ波、又は、前記第２の出力光が前記光線路で散乱されて返ってきた第２の後方散乱光における第２のｐ波を検出し、
前記第１の後方散乱光における第１のｓ波、又は、前記第２の後方散乱光における第２のｓ波を検出し、
前記第１のｐ波と前記第１のｓ波とにより取得される第１の偏波状態分布情報と、前記第２のｐ波と前記第２のｓ波とにより取得される第２の偏波状態分布情報とから第１の複屈折率ベクトルを算出し、
前記第１の複屈折率ベクトルに基づいて、前記光線路における第１の複屈折率分布を計算することで、前記光線路の曲げ部を検出することを特徴とする光線路測定方法。