JP6263426B2 - Branch optical line characteristic analysis system, branch optical line and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

この発明は、例えばPON(Passive Optical Network)型の光線路において、分岐された複数の光分岐線路の特性を個別に測定する分岐光線路特性解析システム、分岐光線路とその製造方法に関する。   The present invention relates to a branched optical line characteristic analysis system, a branched optical line, and a method of manufacturing the same, for individually measuring the characteristics of a plurality of branched optical branched lines in, for example, a PON (Passive Optical Network) type optical line.

構造物の周辺の歪みや温度変化をモニタリングする技術として、光ファイバを用いた光センシングシステムが種々提案されている。例えば、非特許文献1に記載されたブリルアンOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)や、引用文献2に記載されたBOCDA(Brillouin Optical Correlation - domain analysis)がそれである。また、その他の技術として、非特許文献3に記載されたFBG(Fiber Bragg Grating)を配置する手法も提案されている。   Various optical sensing systems using optical fibers have been proposed as techniques for monitoring distortion and temperature changes around the structure. For example, Brillouin OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) described in Non-Patent Document 1 and BOCDA (Brillouin Optical Correlation-domain analysis) described in Cited Document 2 are examples. As another technique, a method of arranging an FBG (Fiber Bragg Grating) described in Non-Patent Document 3 has also been proposed.

FTTH(Fiber to the Home)を志向する光通信分野では、PON(Passive Optical Network)型ネットワークにおける分岐光線路の特性(損失分布など)を個別にモニタリングしたいというニーズがある。しかしながら、非特許文献1及び2の技術では分岐線路の個別特性分布測定は実現されていない。また、非特許文献3の技術では線路長手方向の特性分布を得ることができない。   In the field of optical communication that aims at FTTH (Fiber to the Home), there is a need to individually monitor the characteristics (loss distribution, etc.) of a branched optical line in a PON (Passive Optical Network) type network. However, in the techniques of Non-Patent Documents 1 and 2, the individual characteristic distribution measurement of the branch line is not realized. Further, the technique of Non-Patent Document 3 cannot obtain a characteristic distribution in the longitudinal direction of the line.

一方、上流側の光ファイバと下流側の光ファイバとを光スプリッタにより接続した分岐光線路において、上流側の光ファイバにプローブ光パルスとポンプ光パルスを入射し、両光パルスの衝突位置でのブリルアン利得を解析して分岐光線路の特性分布を個別に測定する技術がある(例えば非特許文献又は非特許文献5を参照)。これらの、被測定線路形態に分岐を有する分布型光ファイバセンシング技術は、一筆書きの光ファイバセンシング技術と比較して、センサヘッドのロバスト性や柔軟なトポロジを構成できる点において優位である。   On the other hand, in a branched optical line in which an upstream optical fiber and a downstream optical fiber are connected by an optical splitter, a probe light pulse and a pump light pulse are incident on the upstream optical fiber, and the two optical pulses collide at the collision position. There is a technique for analyzing the Brillouin gain and individually measuring the characteristic distribution of the branched optical line (see, for example, Non-Patent Document or Non-Patent Document 5). These distributed optical fiber sensing technologies having branches in the form of the line to be measured are advantageous in that the sensor head can be configured with robustness and a flexible topology as compared with the one-stroke optical fiber sensing technology.

H. Ohno, H. Naruse, M. Kihara, and A. Shimada, “Industrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain Sensor,” Optical Fiber Technology 7, 45-64,(2001).H. Ohno, H. Naruse, M. Kihara, and A. Shimada, “Industrial Applications of the BOTDR Optical Fiber Strain Sensor,” Optical Fiber Technology 7, 45-64, (2001). K. Hotate and T. Hasegawa, “Measurement of Brillouin gain spectrum distribution along an optical fiber using a correlation-based technique - Proposal, experiment and simulation -,” IEICE Trans. Electron. E83-C, 405, (2000).K. Hotate and T. Hasegawa, “Measurement of Brillouin gain spectrum distribution along an optical fiber using a correlation-based technique-Proposal, experiment and simulation-,” IEICE Trans. Electron. E83-C, 405, (2000). Y.J. Rao, “Recent progress in applications of in-fibre Bragg grating sensors,” Optics and Lasers in Engineering 31, 297-324, (1999).Y.J.Rao, “Recent progress in applications of in-fibre Bragg grating sensors,” Optics and Lasers in Engineering 31, 297-324, (1999). H. Takahashi, F. Ito, C. Kito, and K. Toge, “Individual loss distribution measurement in 32-branched PON using pulsed pump-probe Brillouin Analysis,” Optics Express, Vol.21, No.6, 6739, (2013).H. Takahashi, F. Ito, C. Kito, and K. Toge, “Individual loss distribution measurement in 32-branched PON using pulsed pump-probe Brillouin Analysis,” Optics Express, Vol. 21, No. 6, 6739, ( 2013). H. Takahashi, K. Toge, C. Kito, and F. Ito, “Individual PON Monitoring Using maintenance Band Pulsed Pump-Probe Brillouin Analysis,” 2013 18th OECC, ThP1-4, (2013).H. Takahashi, K. Toge, C. Kito, and F. Ito, “Individual PON Monitoring Using maintenance Band Pulsed Pump-Probe Brillouin Analysis,” 2013 18th OECC, ThP1-4, (2013).

ところが、非特許文献4及び非特許文献5に示される技術では、被測定光ファイバに一対のプローブ光パルスとポンプ光パルス(以下、パルス対と称する)が入射された後は、このパルス対が被測定光ファイバから排出されるのを待たねばならない。つまり第1波のパルス対を被測定光ファイバに入射後このパルス対が被測定光ファイバから消滅するまで、第2波以降のパルス対を被測定光ファイバに入射することができない。これは、プローブ光とポンプ光とが光ファイバ内で多重に衝突すると、ブリルアン利得ピークから正確な特性分布情報を取得できなくなるからである。そのため、1回の測定に多くの時間がかかる。   However, in the techniques shown in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5, after a pair of probe light pulses and pump light pulses (hereinafter referred to as pulse pairs) are incident on the optical fiber to be measured, You must wait for the optical fiber to be measured to exit. That is, after the pulse pair of the first wave is incident on the optical fiber to be measured, the pulse pair after the second wave cannot be incident on the optical fiber to be measured until the pulse pair disappears from the optical fiber to be measured. This is because if the probe light and the pump light collide with each other in the optical fiber, accurate characteristic distribution information cannot be acquired from the Brillouin gain peak. Therefore, it takes a lot of time for one measurement.

しかも、非特許文献4および非特許文献5に示される技術では、SN比(信号対雑音比)を改善するために数万回のオーダで計測を繰り返して平均値を求めるようにしているので、測定に要する時間は益々長くなる。まして、被測定線路が長いケースや分解能向上のため測定点を多点化したケースにおいては、測定結果が得られるまでに要する時間はさらに長くなるので、抜本的な対策が求められている。   Moreover, in the techniques shown in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5, the average value is obtained by repeating measurement in the order of tens of thousands of times in order to improve the SN ratio (signal-to-noise ratio). The time required for measurement becomes longer and longer. Furthermore, in cases where the line to be measured is long or cases where the number of measurement points is increased to improve the resolution, the time required to obtain the measurement result is further increased, and thus drastic measures are required.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、分岐光線路に対する測定を複数回繰り返し実行する際に、測定精度を維持しつつ、測定間隔を短縮して測定の高速化を図った分岐光線路特性解析システム、分岐光線路とその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and its purpose is to perform measurement by shortening the measurement interval while maintaining the measurement accuracy when repeatedly performing the measurement on the branched optical line multiple times. An object of the present invention is to provide a branching optical line characteristic analysis system, a branching optical line, and a method for manufacturing the same, which are intended to increase the speed.

上記目的を達成するためにこの発明の第1の観点は、第1の光ファイバと複数の第2の光ファイバとの間を光分岐器により接続した分岐光線路と、前記分岐光線路に対しその第1の光ファイバから所定の周波数差を有するプローブ光パルス及びポンプ光パルスを入射して、前記複数の第2の光ファイバ内で前記プローブ光パルスとポンプ光パルスとの相互作用による誘導ブリルアン散乱を生じさせ、その戻り光を前記第1の光ファイバを介して受光してブリルアン利得のスペクトル分布を求め、このブリルアン利得のスペクトル分布に基づいて前記複数の第2の光ファイバの特性を個別に解析する解析装置とを具備する分岐光線路特性解析システムにあって、前記分岐光線路において、第1の光ファイバ及び第2の光ファイバが、ブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値になるように構成されたものである。   In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to a branched optical line in which a first optical fiber and a plurality of second optical fibers are connected by an optical branching device, and the branched optical line. Stimulated Brillouin is generated by the interaction of the probe light pulse and the pump light pulse in the plurality of second optical fibers by entering a probe light pulse and a pump light pulse having a predetermined frequency difference from the first optical fiber. Scattering is generated, and the return light is received through the first optical fiber to obtain a Brillouin gain spectral distribution, and the characteristics of the plurality of second optical fibers are individually determined based on the Brillouin gain spectral distribution. And a branching optical line characteristic analyzing system comprising: an analyzing device for analyzing the first optical fiber and the second optical fiber, wherein the first optical fiber and the second optical fiber are Brillouin. In which the difference in wavenumber shift amount is configured to be the bandwidth greater than the Brillouin gain.

また、この発明の第1の観点は以下のような態様を備えることを特徴とする。
第1の態様は、前記第1の光ファイバ及び第2の光ファイバが、ファイバ断面の屈折率プロファイル及び当該ファイバのコアに対する添加物ドープ率の少なくとも一方を制御することで、前記ブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値となるように構成されたものである。
The first aspect of the present invention is characterized by comprising the following aspects.
In the first aspect, the first optical fiber and the second optical fiber control the Brillouin frequency shift amount by controlling at least one of a refractive index profile of a fiber cross section and an additive doping rate with respect to a core of the fiber. Is set to be larger than the Brillouin gain band.

第2の態様は、前記解析装置において、前記プローブ光パルスのパルス幅を、前記複数の第2の光ファイバの長さの差の最小値をΔL、真空中の高速をc、第2の光ファイバの屈折率をnとしたとき、前記複数の第2の光ファイバからの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より小さな値に設定するようにしたものである。   According to a second aspect, in the analysis apparatus, a pulse width of the probe light pulse, a minimum value of a difference in length between the plurality of second optical fibers, ΔL, a high speed in vacuum c, a second light When the refractive index of the fiber is n, it is set to a value smaller than the minimum value of the time difference 2nΔL / c of the return light from the plurality of second optical fibers.

第3の態様は、前記解析装置において、前記プローブ光パルスのパルス幅をτprobeとするとき、前記戻り光を受光する受信系の帯域を、1/τprobeより広く設定するようにしたものである。 In a third aspect of the present invention, in the analysis apparatus, when the pulse width of the probe light pulse is τ probe , the band of the receiving system that receives the return light is set wider than 1 / τ probe. is there.

この発明の第1の観点によれば、分岐光線路において第1の光ファイバ及び第2の光ファイバのブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定される。このため、第1の光ファイバ内で、今回の測定で使用するプローブ光及びポンプ光が、第2の光ファイバにより反射された前回の測定のポンプ光及びプローブ光と衝突したとしても、第1の光ファイバでブリルアン増幅が発生することはない。このため、各測定における特性情報の測定精度を損なうことなく測定間隔を短縮することが可能となり、これにより測定精度を維持しつつ測定の高速化を図ることが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the difference in the Brillouin frequency shift amount between the first optical fiber and the second optical fiber in the branch optical line is set to a value larger than the Brillouin gain band. Therefore, even if the probe light and the pump light used in the current measurement collide with the pump light and the probe light of the previous measurement reflected by the second optical fiber in the first optical fiber, Brillouin amplification does not occur in this optical fiber. For this reason, it is possible to shorten the measurement interval without impairing the measurement accuracy of the characteristic information in each measurement, and thereby it is possible to speed up the measurement while maintaining the measurement accuracy.

第1の態様によれば、第1の光ファイバ及び第2の光ファイバのブリルアン周波数シフト量の差は、ファイバ断面の屈折率プロファイルと、ファイバのコアに対する添加物ドープ率のうちの少なくとも一方を制御することで、ブリルアン利得の帯域より大きい値となるように設定される。このため、既存の製造技術を応用するだけで簡単に実現することができる。   According to the first aspect, the difference in the Brillouin frequency shift amount between the first optical fiber and the second optical fiber is determined by calculating at least one of the refractive index profile of the fiber cross section and the additive doping rate with respect to the fiber core. By controlling, the value is set to be larger than the Brillouin gain band. For this reason, it can be easily realized simply by applying existing manufacturing techniques.

第2の態様によれば、解析装置において、プローブ光パルスのパルス幅が、複数の第2の光ファイバの長さの差の最小値をΔL、真空中の高速をc、第2の光ファイバの屈折率をnとしたとき、上記複数の第2の光ファイバからの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より小さな値に設定される。このため、第2の光ファイバそれぞれの戻り光(誘導ブリルアン散乱光)が解析装置において重なること、つまり干渉を起こすことを防止することができ、これにより第2の光ファイバを時間的に確実に切り分けて測定することが可能となる。   According to the second aspect, in the analyzing apparatus, the pulse width of the probe light pulse is ΔL as the minimum value of the length difference between the plurality of second optical fibers, c as the high speed in vacuum, and the second optical fiber. Is set to a value smaller than the minimum value of the time difference 2nΔL / c of the return light from the plurality of second optical fibers. For this reason, it is possible to prevent the return light (stimulated Brillouin scattered light) of each of the second optical fibers from overlapping in the analyzer, that is, causing interference, thereby ensuring that the second optical fiber is temporally reliable. It becomes possible to measure by dividing.

第3の態様によれば、プローブ光パルスのパルス幅をτprobeとするとき、前記戻り光を受光する受信系の帯域が、1/τprobeより広く設定される。このため、解析装置において受信系に十分なダイナミックレンジが確保され、これにより戻り光を正確に解析処理することが可能となる。 According to the third aspect, when the pulse width of the probe light pulse is τ probe , the band of the receiving system that receives the return light is set wider than 1 / τ probe . For this reason, a sufficient dynamic range is ensured in the receiving system in the analyzing apparatus, and thereby, it is possible to accurately analyze the return light.

すなわち、この発明によれば、分岐光線路に対する測定を複数回繰り返し実行する際に、測定精度を維持しつつ、測定間隔を短縮して測定の高速化を図った分岐光線路特性解析システム、分岐光線路及びその製造方法を提供することができる。   That is, according to the present invention, a branching optical line characteristic analysis system that shortens the measurement interval and speeds up the measurement while maintaining measurement accuracy when performing measurements on the branching optical line a plurality of times. An optical line and a manufacturing method thereof can be provided.

この発明の一実施形態に係る分岐光線路特性解析システムの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a branched optical line characteristic analysis system according to an embodiment of the present invention. 第1回目の測定において送信されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスと、第2回目の測定において送信されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスとの時間間隔と、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの間隔を説明するための図。The time interval between the probe light pulse and the pump light pulse transmitted in the first measurement and the probe light pulse and the pump light pulse transmitted in the second measurement, and the distance between the probe light pulse and the pump light pulse. The figure for demonstrating. 第1回目の測定において送信されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスの戻り光と、第2回目の測定において送信されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスの、分岐下部光ファイバにおける時間位置を示す図。The figure which shows the time position in the branch lower optical fiber of the return light of the probe light pulse and pump light pulse which were transmitted in the 1st measurement, and the probe light pulse and pump light pulse which were transmitted in the 2nd measurement.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
[一実施形態]
図1は、この発明の一実施形態に係る分岐光線路特性解析システムの構成を示すブロック図である。
この実施形態の分岐光線路特性解析システムは、解析装置1と、測定対象となる分岐光線路としての分岐光ファイバセンサヘッド2とを具備する。そして、解析装置1から分岐光ファイバセンサヘッド2に対し試験光を入射し、その戻り光を解析装置1で解析することにより分岐光ファイバセンサヘッド2の光線路特性を解析する。分岐光ファイバセンサヘッド2で測定可能な光線路特性は、例えば距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、及び距離に対する温度変化量である。
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[One Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a branched optical line characteristic analysis system according to an embodiment of the present invention.
The branched optical line characteristic analysis system of this embodiment includes an analysis device 1 and a branched optical fiber sensor head 2 as a branched optical line to be measured. Then, test light is incident on the branch optical fiber sensor head 2 from the analysis device 1 and the return light is analyzed by the analysis device 1 to analyze the optical line characteristics of the branch optical fiber sensor head 2. The optical line characteristics that can be measured by the branch optical fiber sensor head 2 are, for example, the optical attenuation with respect to the distance, the position of the bending obstacle, the degree of bending, the position of the disconnection obstacle, and the temperature change with respect to the distance.

分岐光ファイバセンサヘッド2は、第1の光ファイバとしての分岐上部光ファイバF0 と、第2の光ファイバとしての複数の分岐下部光ファイバF1 〜FN とを、光分岐器としての光スプリッタSPを介して接続したものである。分岐下部光ファイバF1 〜FN のそれぞれは線路長が異なり、終端には光反射フィルタR1 〜RN が配置されている。なお、終端面が十分な反射率を有していれば光反射フィルタを省略してもよい。 The branch optical fiber sensor head 2 includes a branch upper optical fiber F 0 as a first optical fiber and a plurality of lower branch optical fibers F 1 to F N as second optical fibers. It is connected via a splitter SP. Each of the branched lower optical fibers F 1 to F N has a different line length, and light reflection filters R 1 to R N are arranged at the ends. Note that the light reflection filter may be omitted if the end surface has sufficient reflectance.

一方、解析装置1は試験光を生成する機能を有する。試験光には2種類あり、一方はプローブ光と称され、他方はポンプ光と称される。プローブ光とポンプ光の周波数差は、上記分岐光ファイバセンサヘッド2の各分岐下部光ファイバF1 〜FN のBFSの量fBと一致するように設定される。 On the other hand, the analysis device 1 has a function of generating test light. There are two types of test light, one is called probe light and the other is called pump light. The frequency difference between the probe light and the pump light is set so as to coincide with the BFS amount f B of each branched lower optical fiber F 1 to F N of the branched optical fiber sensor head 2.

プローブ光及びポンプ光はそれぞれパルス化されて、上記分岐光ファイバセンサヘッド2の分岐上部光ファイバF0 に入射される。上記パルス化されたプローブ光は、各分岐下部光ファイバF1 〜FN の終端で反射されて戻る過程で、分岐下部光ファイバF1 〜FN 内で上記パルス化されたポンプ光と衝突してブリルアン増幅され、分岐上部光ファイバFを介して観測装置1に戻る。このブリルアン増幅されたプローブ光パルスを戻り光パルスと称する。 The probe light and the pump light are each pulsed and made incident on the branched upper optical fiber F 0 of the branched optical fiber sensor head 2. The pulsed probe light collides with the pulsed pump light in the branched lower optical fibers F 1 to F N in the process of being reflected and returning at the end of each branched lower optical fiber F 1 to F N. Brillouin amplification and return to the observation apparatus 1 via the branch upper optical fiber F. This Brillouin amplified probe light pulse is referred to as a return light pulse.

以下に解析装置1の構成を詳しく説明する。
11は光周波数f0 の連続光を発生するレーザ光源であり、このレーザ光源11から出力された連続光は分岐素子12により二系統に分岐される。分岐された連続光の一方は光周波数制御器13に入射され、光周波数f0 が上記分岐下部光ファイバF1 〜FN のブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB だけシフトされる。光周波数制御器13には、正弦波発生器14で発生される正弦波の信号周波数に応じて変調側波帯の周波数を変化させる機能を持つ外部変調器を用いることができる。より具体的には、LiNbOを用いた位相変調器、振幅変調器、或いはSSB(Single Side Band)変調器などの光周波数シフタを用いることができる。
Hereinafter, the configuration of the analysis apparatus 1 will be described in detail.
Reference numeral 11 denotes a laser light source that generates continuous light having an optical frequency f 0. The continuous light output from the laser light source 11 is branched into two systems by the branch element 12. One of the branched continuous lights is incident on the optical frequency controller 13, and the optical frequency f 0 is shifted by the Brillouin frequency shift (BFS) amount f B of the branched lower optical fibers F 1 to F N. As the optical frequency controller 13, an external modulator having a function of changing the frequency of the modulation sideband according to the signal frequency of the sine wave generated by the sine wave generator 14 can be used. More specifically, an optical frequency shifter such as a phase modulator, an amplitude modulator, or an SSB (Single Side Band) modulator using LiNbO 3 can be used.

上記周波数がシフトされたプローブ光、及びポンプ光は、それぞれ光パルス化器15,16に入射され、2nΔL/c以下のパルス幅でパルス化される。ここで、ΔLは分岐下部光ファイバF1 〜FN の長さの差の最小値、cは真空中の光伝送速度(光速)、nは被測定光ファイバの屈折率をそれぞれ示している。光パルス化器15,16は、例えば音響光学素子をパルス駆動するようにした音響光学スイッチを用いた音響光学変調器、またはLiNbOを用いた電気光学素子をパルス駆動するようにした導波路スイッチを用いたLiNbO変調器により構成される。 The probe light and the pump light whose frequency is shifted are incident on the optical pulse generators 15 and 16, respectively, and are pulsed with a pulse width of 2nΔL / c or less. Here, ΔL is the minimum length difference between the branched lower optical fibers F 1 to F N , c is the light transmission speed (light speed) in vacuum, and n is the refractive index of the optical fiber to be measured. The optical pulse generators 15 and 16 are, for example, an acousto-optic modulator using an acousto-optic switch that drives the acousto-optic element or a waveguide switch that drives an electro-optic element using LiNbO 3 composed of LiNbO 3 modulator using.

また、光パルス化器15,16では、プローブ光パルスとポンプ光パルスとの間に時間差が与えられる。これは、入射時間制御部17,18の制御の下で、光パルス化器15,16を駆動する電気パルスの変調時間を変化させることで実現できる。具体的には、音響光学変調器またはLiNbO変調器による光デバイスを電気パルスで変調し、この電気パルスで変調するタイミングを変化させることで、光パルスになるタイミングを制御する。なお、光パルス化器15,16に与えられる電気パルスのうち一方の電圧をゼロにすれば、プローブ光パルス又はポンプ光パルスの一方だけを分岐光ファイバセンサヘッド2に入射させることも可能である。 In the optical pulse generators 15 and 16, a time difference is given between the probe light pulse and the pump light pulse. This can be realized by changing the modulation time of the electric pulse that drives the optical pulse generators 15 and 16 under the control of the incident time controllers 17 and 18. Specifically, an optical device using an acousto-optic modulator or a LiNbO 3 modulator is modulated with an electric pulse, and the timing of modulation with the electric pulse is changed, thereby controlling the timing of the optical pulse. If one of the electrical pulses applied to the optical pulse generators 15 and 16 is set to zero, only one of the probe light pulse or the pump light pulse can be incident on the branched optical fiber sensor head 2. .

上記光パルス化器15,16から出射されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスは、それぞれ光増幅器20pr,20puにより測定に必要なレベルにまで増幅され、合波素子19に入射される。そして、合波素子19により合波されたのち、光サーキュレータ21を介して上記分岐光ファイバセンサヘッド2の分岐上部光ファイバF0 に入射される。かくして、分岐光ファイバセンサヘッド2には、パルス幅及び時間差が制御されたプローブ光パルス及びポンプ光パルスが、試験光として入射される。 The probe light pulse and the pump light pulse emitted from the optical pulse generators 15 and 16 are amplified to levels necessary for measurement by the optical amplifiers 20 pr and 20 pu , respectively, and are incident on the multiplexing element 19. Then, after being multiplexed by the multiplexing element 19, it enters the branched upper optical fiber F 0 of the branched optical fiber sensor head 2 through the optical circulator 21. Thus, the probe light pulse and the pump light pulse whose pulse width and time difference are controlled are incident on the branch optical fiber sensor head 2 as test light.

上記プローブ光パルス及びポンプ光パルスが入射されると分岐光ファイバセンサヘッド2では、上記プローブ光パルス及びポンプ光パルスが光スプリッタSPにより分岐されて分岐下部光ファイバF1 〜FN にそれぞれ入射される。そして、この入射されたプローブ光パルスは、分岐下部光ファイバF1 〜FN の終端位置で光反射フィルタR1 〜RN によりそれぞれ反射され、戻る過程で分岐下部光ファイバF1 〜FN 内においてポンプ光パルスと衝突し、これによりブリルアン増幅される。そして、このブリルアン増幅されたプローブ光パルスは、分岐上部光ファイバF0 を介して戻り光として解析装置1に入射される。 When the probe light pulse and the pump light pulse are incident, in the branch optical fiber sensor head 2, the probe light pulse and the pump light pulse are branched by the optical splitter SP and are respectively incident on the branch lower optical fibers F 1 to F N. The Then, the incident probe light pulse is reflected respectively by the light reflection filter R 1 to R N at the end position of the branch lower optical fiber F 1 to F N, returns the process branched lower optical fiber F 1 to F in N And collide with the pump light pulse, thereby being amplified by Brillouin. Then, the Brillouin amplified probe light pulse is incident on the analysis device 1 as return light through the branch upper optical fiber F 0 .

解析装置1では、上記戻り光が光サーキュレータ21を経て光フィルタ22に入射される。光フィルタ22は、解析に必要なプローブ光パルスだけを通過させる特性を有し、プローブ光パルスだけを光受信器23に入射する。光受信器23は、受光したプローブ光パルスを光電変換し、当該プローブ光パルスに応じた電気信号をA/D変換器24に入力する。A/D変換器23は、上記電気信号をアナログ/ディジタル変換し、ディジタルデータを生成する。このディジタルデータは信号処理装置25に入力される。信号処理装置25は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)からなり、上記入力された戻り光のディジタルデータに基づいて、分岐光ファイバセンサヘッド2の光線路特性、例えば距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、及び距離に対する温度変化量を解析する。   In the analysis device 1, the return light is incident on the optical filter 22 through the optical circulator 21. The optical filter 22 has a characteristic of allowing only the probe light pulse necessary for analysis to pass, and only the probe light pulse is incident on the optical receiver 23. The optical receiver 23 photoelectrically converts the received probe light pulse and inputs an electric signal corresponding to the probe light pulse to the A / D converter 24. The A / D converter 23 performs analog / digital conversion on the electrical signal to generate digital data. This digital data is input to the signal processor 25. The signal processing device 25 is composed of, for example, a personal computer (PC), and based on the input digital data of the return light, the optical line characteristics of the branched optical fiber sensor head 2, for example, the optical attenuation with respect to the distance, the position of the bending failure Analyzing the degree of bending, the position of the disconnection obstacle, and the temperature change with respect to the distance.

ところで、本実施形態に係る分岐光線路特性解析システムを実現する上で必要な条件として、次の3つが挙げられる。
(1)条件1
分岐光ファイバセンサヘッド2において、分岐上部光ファイバF0 及び各分岐下部光ファイバF1 〜FN は、そのブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB′,fBの差(fB′−fB)が、ブリルアン利得帯域ΔfB より大きな値となるように設定されている。これは、分岐下部光ファイバF1 〜FN 内でのみブリルアン増幅を発生させ、分岐上部光ファイバF0 内ではプローブ光パルスとポンプ光パルスとが衝突してもブリルアン増幅を起こさないようにするための条件である。
By the way, the following three conditions are mentioned as conditions necessary for realizing the branched optical line characteristic analysis system according to the present embodiment.
(1) Condition 1
In the branched optical fiber sensor head 2, the branched upper optical fiber F 0 and the branched lower optical fibers F 1 to F N are different in their Brillouin frequency shift (BFS) amounts f B ′ and f B (f B ′ −f B ) is set to be larger than the Brillouin gain band Δf B. This generates Brillouin amplification only in the lower branch optical fibers F 1 to F N , and prevents Brillouin amplification from occurring even if the probe light pulse and the pump light pulse collide in the upper branch optical fiber F 0 . It is a condition for.

上記ブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB′,fBの差(fB′−fB)は、例えば光ファイバ断面の屈折率プロファイルやコアのGeドープ率を変化させることで制御することが可能である。なお、BFSの具体的な制御手法については、高橋 央、戸毛 邦弘、伊藤 文彦、鬼頭 千尋、“遠端反射のパルス光ブリルアン利得解析による分岐モニタリング技術,” Proc. 51th Meeting on Lightwave Sensing Technol., LST51-18, (2013).に詳しく記載されている。 The difference between the Brillouin frequency shift (BFS) amounts f B ′ and f B (f B ′ −f B ) can be controlled, for example, by changing the refractive index profile of the optical fiber cross section or the Ge doping rate of the core. Is possible. For specific control methods of BFS, see Takahashi, Kunihiro Toge, Fumihiko Ito, Chihiro Kito, “Branch monitoring technology by Brillouin gain analysis of far-end reflection,” Proc. 51th Meeting on Lightwave Sensing Technol., It is described in detail in LST51-18, (2013).

(2)条件2
光パルス化器15,16において、プローブ光パルスのパルス幅τprobeは、各分岐下部光ファイバF1 〜FN の長さの差の最小値をΔL、真空中の高速をc、第2の光ファイバの屈折率をnとしたとき、各分岐下部光ファイバF1 〜FN の終端からの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より小さな値に設定される。なお、c/nは光ファイバ中の光速νとなる。
(2) Condition 2
In the optical pulse generators 15 and 16, the pulse width τ probe of the probe light pulse is ΔL for the minimum difference in length of each of the branched lower optical fibers F 1 to F N , c for the high speed in vacuum, When the refractive index of the optical fiber is n, it is set to a value smaller than the minimum value of the time difference 2nΔL / c of the return light from the end of each of the branched lower optical fibers F 1 to F N. Note that c / n is the speed of light ν in the optical fiber.

この条件2は、分岐下部光ファイバF1 〜FN 毎の戻り光(誘導ブリルアン散乱光)が光受信器23おいて重なること、つまり干渉することを防ぐために必要である。もし、条件2が満たされなければ、各分岐下部光ファイバF1 〜FN からの戻り光(誘導ブリルアン散乱光)が光受信器23において干渉し、各分岐下部光ファイバF1 〜FN を時間的に切り分けることができなくなる。つまり、各分岐下部光ファイバF1 〜FN を区別できなくなる。 Condition 2 is necessary to prevent the return light (stimulated Brillouin scattered light) for each of the branched lower optical fibers F 1 to F N from overlapping in the optical receiver 23, that is, preventing interference. If no condition 2 is satisfied, return light from the branching lower optical fiber F 1 to F N (stimulated Brillouin scattered light) interfere in the optical receiver 23, each branch bottom optical fibers F 1 to F N Can not be separated in time. That is, it becomes impossible to distinguish the branched lower optical fibers F 1 to F N.

(3)条件3
光受信器23及びA/D変換器24の動作帯域は、プローブ光パルスのパルス幅τprobeを受光可能な帯域よりも広く設定される。一般に、パルス幅τprobeの光パルスを正確に測定するためには、光受信器23およびA/D変換器24の帯域が1/τより広い必要がある。
(3) Condition 3
The operation bands of the optical receiver 23 and the A / D converter 24 are set wider than the band in which the pulse width τ probe of the probe light pulse can be received. In general, in order to accurately measure an optical pulse having a pulse width τ probe, the bandwidth of the optical receiver 23 and the A / D converter 24 needs to be wider than 1 / τ.

次に、試験光待機時間、つまり第n波目のプローブ光を送出してから第n+1波目のプローブ光を送出するまでのインターバル時間について述べる。本実施形態のシステムでは、条件3において述べたように、分岐光ファイバセンサヘッド2において、分岐上部光ファイバF0 と各分岐下部光ファイバF1 〜FN との間のブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB′,fBの差(fB′−fB)が、ブリルアン利得帯域ΔfB より大きな値となるように設定されている。 Next, the test light standby time, that is, the interval time from the transmission of the nth probe light to the transmission of the (n + 1) th probe light will be described. In the system of this embodiment, as described in Condition 3, in the branched optical fiber sensor head 2, the Brillouin frequency shift (BFS) between the branched upper optical fiber F 0 and the branched lower optical fibers F 1 to F N is performed. amount f B ', the difference between f B (f B' -f B ) is set to be a value larger than the Brillouin gain bandwidth Delta] f B.

したがって、分岐下部光ファイバF1 〜FN 内に同時に複数の試験光が存在しさえしなければ、分岐上部光ファイバF0 内において複数の試験光が同時に存在して衝突が発生してもブリルアン増幅は発生しない。このため、第n回の試験光の入射後、第n+1回目の試験光を入射できるため、試験光待機時間Tは
T=4Lb/ν
となる。なお、Lbは分岐下部光ファイバF1 〜FN のうち最長のファイバ長、νは光ファイバ中の光速を示す。
Therefore, if a plurality of test lights are not simultaneously present in the branch lower optical fibers F 1 to F N , even if a plurality of test lights exist simultaneously in the branch upper optical fiber F 0 and a collision occurs, Brillouin. No amplification occurs. For this reason, since the (n + 1) th test light can be incident after the nth test light is incident, the test light standby time T is T = 4L b / ν
It becomes. Incidentally, L b is the longest fiber length of the branched lower optical fiber F 1 ~F N, ν denotes the speed of light in the optical fiber.

因みに、従来の分岐光ファイバセンサヘッドでは、分岐下部光ファイバF1 〜FN 内は勿論のこと、分岐上部光ファイバF0 内においても、ファイバ内に同時に複数の試験光が存在することが許されないため、第n回目の試験光入射後、第n+1回目の試験光を入射するまでの試験光待機時間は
c =2(La +2Lb )/ν
に設定せざるを得なかった。
Incidentally, in the conventional branch optical fiber sensor head, a plurality of test lights are allowed to exist in the fiber at the same time not only in the lower branch optical fibers F 1 to F N but also in the upper branch optical fiber F 0 . Therefore, the waiting time of the test light after the n-th test light is incident until the n + 1-th test light is incident is T c = 2 (L a + 2L b ) / ν
I had to set it.

すなわち、本実施形態によれば、
T=2La/ν
だけ、一回平均あたりの試験光待機時間を削減することができる。言い換えれば、1回の測定に要する平均的な積算時間を(La +2Lb )/2Lb分の1に短縮することができる。ここで、La は分岐上部光ファイバ長、Lb は最長の分岐下部光ファイバ長、νは光ファイバ中の光速を示す。
That is, according to this embodiment,
T = 2L a / ν
Only the test light waiting time per average can be reduced. In other words, it is possible to shorten one average integration time required for measurement in (L a + 2L b) / 2L b min of 1. Here, L a is the length of the branched upper optical fiber, L b is the longest branched lower optical fiber length, and ν is the speed of light in the optical fiber.

通常では、1万回以上の測定結果を平均するため、平均化回数に比例して測定時間の削減効果は非常に大きくなる。また、待機時間が分岐上部光ファイバ長La に依存しないため、解析装置1から分岐光ファイバセンサヘッド2の分岐点までの距離が長いほど従来技術と比較して優位性が増す。 Usually, since the measurement results of 10,000 times or more are averaged, the effect of reducing the measurement time becomes very large in proportion to the number of averaging. Further, the waiting time does not depend on the branched upper optical fiber length L a, superiority distance from the analyzing device 1 to the branch point of the branch optical fiber sensor head 2 as compared with longer prior art increases.

図2及び図3に、本実施形態に係る分岐光ファイバセンサヘッド2に対するプローブ光パルスとポンプ光パルスの入射タイミングの一例を示す。同図では、簡単のため第n回目と第n+1回目の試験光のみを示しているが、実際には後続の試験光が送出されている。図2において、Δlは分岐下部光ファイバF1 〜FN 内でのプローブ光パルスとポンプ光パルスの衝突位置を制御するための入射時間差Δtを距離相当に換算した量を示し、0<Δl<2Lbである。 2 and 3 show an example of the incident timing of the probe light pulse and the pump light pulse with respect to the branch optical fiber sensor head 2 according to the present embodiment. In the figure, only the nth and (n + 1) th test lights are shown for simplicity, but the subsequent test lights are actually transmitted. In FIG. 2, Δl indicates an amount obtained by converting the incident time difference Δt for controlling the collision position of the probe light pulse and the pump light pulse in the branched lower optical fibers F 1 to F N to the distance, and 0 <Δl < it is a 2L b.

すなわち、第1回目のプローブ光パルス(1) を送出してから第2回目のプローブ光パルス(2) を送出するまでの時間を4Lbとすることで、図3に示すように分岐下部光ファイバF1 〜FN 中に第1回目の試験光と第2回目の試験光が同時に存在することはなくなる。 That is, the time between sending out the first time of the probe light pulses (1) before sending a second round of the probe light pulses (2) With 4L b, branched lower light as shown in FIG. 3 The first test light and the second test light are not simultaneously present in the fibers F 1 to F N.

一方、分岐上部光ファイバF0 においては、先に述べたように分岐上部光ファイバF0 と各分岐下部光ファイバF1 〜FN との間のブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB′,fBの差(fB′−fB)が、ブリルアン利得帯域ΔfB より大きな値となるように設定されているため、第1回目のプローブ光(ポンプ光)と第2回目のポンプ光(プローブ光)が衝突してもブリルアン増幅を生じることはない。 On the other hand, in the branch upper optical fiber F 0 , as described above, the amount of Brillouin frequency shift (BFS) between the branch upper optical fiber F 0 and each of the branch lower optical fibers F 1 to F N f B ′, difference f B (f B '-f B ) is, since it is set to a value larger than the Brillouin gain bandwidth Delta] f B, the first probe light (pump light) the second pump light ( Brillouin amplification does not occur even when the probe light collides.

次に、解析装置1の演算処理装置25による、分岐光ファイバセンサヘッド2の特性解析処理について説明する。
(i)プローブ光パルス列とポンプ光パルスによる誘導ブリルアン散乱の測定
プローブ光パルス列に含まれるプローブ光パルスとポンプ光パルスとが、分岐下部光ファイバF1 〜FN 中で衝突すると、インタラクションにより誘導ブリルアン散乱が発生する。プローブ光パルス列とポンプ光パルスとの周波数差がfB のとき、プローブ光パルスは誘導ブリルアン散乱により

Figure 0006263426
で表される増幅を受ける。 Next, the characteristic analysis process of the branched optical fiber sensor head 2 by the arithmetic processing unit 25 of the analysis apparatus 1 will be described.
(I) Measurement of stimulated Brillouin scattering by probe light pulse train and pump light pulse When the probe light pulse and pump light pulse included in the probe light pulse train collide in the branch lower optical fibers F 1 to F N , the stimulated Brillouin is caused by interaction. Scattering occurs. When the frequency difference between the probe light pulse train and the pump light pulse is f B , the probe light pulse is caused by stimulated Brillouin scattering.
Figure 0006263426
The amplification represented by

ここで、式(1)のαB (z,fB)は、入射端からzの位置で衝突し、ブリルアン周波数差がfBのときの誘導ブリルアンによる利得を示す。gB (fB)はプローブ光パルスとポンプ光パルスの周波数差がfBであるときの誘導ブリルアン散乱係数を示す。zは、分岐下部光ファイバF1 〜FN の入射端からプローブ光パルスとポンプ光パルスが衝突した位置までの距離を示す。Ipump(z)は分岐下部光ファイバF1 〜FN の入射端から距離zだけ離れた位置におけるポンプ光パルスの強度を示す。τpumpはポンプ光パルスのパルス幅を示す。 Here, α B (z, f B ) in Equation (1) indicates the gain due to the induced Brillouin when collision occurs at a position z from the incident end and the Brillouin frequency difference is f B. g B (f B ) represents the stimulated Brillouin scattering coefficient when the frequency difference between the probe light pulse and the pump light pulse is f B. z represents the distance from the incident end of the branched lower optical fibers F 1 to F N to the position where the probe light pulse and the pump light pulse collide. I pump (z) indicates the intensity of the pump light pulse at a position away from the incident end of the branched lower optical fibers F 1 to F N by a distance z. τ pump indicates the pulse width of the pump light pulse.

いま、例えば分岐下部光ファイバ#iの損失係数をαi 、当該分岐下部光ファイバ#iを往復する光パルスの全損失をLt とする。そうすると、分岐下部光ファイバ#iに入射されたのち終端で反射され、入射端から距離zの位置でポンプ光パルスと衝突したプローブ光パルスの当該入射端における強度Ipump(2Li ,z)は、

Figure 0006263426
で表される。 Now, for example, let α i be the loss coefficient of the lower branch optical fiber #i, and let L t be the total loss of the optical pulse that reciprocates through the lower branch optical fiber #i. Then, the intensity I pump (2L i , z) at the incident end of the probe light pulse that is incident on the branched lower optical fiber #i, reflected at the terminal end, and collides with the pump light pulse at a position z from the incident end is ,
Figure 0006263426
It is represented by

式(2)に示されるように、分岐下部光ファイバ#iの入射端でのプローブ光パルスの強度Ipump(2Li ,z,fB)は、gB(fB)とIpump(z)の関数になる。但し、Ipump(z)は

Figure 0006263426
で表される。 As shown in Equation (2), the intensity I pump (2L i , z, f B ) of the probe light pulse at the incident end of the branched lower optical fiber #i is g B (f B ) and I pump (z ) Function. However, I pump (z) is
Figure 0006263426
It is represented by

また、プローブ光パルスだけを入射した場合の入射端に戻る反射プローブ光パルス強度Iref(2Li)は、

Figure 0006263426
で示される。 The reflected probe light pulse intensity I ref (2L i ) returning to the incident end when only the probe light pulse is incident is
Figure 0006263426
Indicated by

従って、式(2)を式(3)および式(4)を用いて変換すると、

Figure 0006263426
のように表される。 Therefore, when equation (2) is transformed using equations (3) and (4),
Figure 0006263426
It is expressed as

ブリルアン散乱光の利得を解析することにより、式(5)に基づいて、プローブ光パルスとポンプ光パルスが衝突した場所までの損失をポンプ光パルス幅τpumpで積分した値とブリルアン散乱係数との積を算出できる。従って、分岐光ファイバセンサヘッドにおける損失を加味したブリルアン利得強度を得ることができる。 By analyzing the gain of the Brillouin scattered light, based on Equation (5), the value obtained by integrating the loss up to the location where the probe light pulse and the pump light pulse collide with the pump light pulse width τ pump and the Brillouin scattering coefficient The product can be calculated. Accordingly, it is possible to obtain Brillouin gain strength taking account of loss in the branched optical fiber sensor head.

(ii)分岐下部光ファイバの距離に対するブリルアン散乱光分布の測定
簡単のため、プローブ光パルス列のうち先頭のプローブ光パルスが、ポンプ光パルスに対して時間t1 だけ先に入射する場合だけを説明する。プローブ光パルス列に含まれる他のプローブ光パルスについても、時間t1をt2,t3,…,txとすれば同様の説明が成り立つ。
(Ii) Measurement of Brillouin scattered light distribution with respect to the distance of the branched lower optical fiber For simplicity, only the case where the first probe light pulse in the probe light pulse train is incident on the pump light pulse first by time t 1 will be described. To do. For other probe light pulses included in the probe optical pulse train also, the time t 1 to t 2, t 3, ..., a similar explanation holds if t x.

分岐光ファイバセンサヘッド2の入射端から分岐下部光ファイバ#a(aは1≦a≦Nの自然数)の終端までの長さをLa とする。プローブ光パルスは当該分岐下部光ファイバ#aの終端で光反射フィルタにより反射される。いま、分岐下部光ファイバの終端からの距離をlとし、光ファイバの屈折率をnとし、真空中の光速をcとすると、反射されたプローブ光パルスはt1/2秒後にl=c/n×t1/2だけ進むので、入射端からの距離をlx1とすると、

Figure 0006263426
が得られる。 Branched lower optical fiber #a from the incident end of the branch optical fiber sensor head 2 (a is a natural number of 1 ≦ a ≦ N) to the length to the end of the L a. The probe light pulse is reflected by the light reflection filter at the end of the branched lower optical fiber #a. Now, the distance from the end of the branch lower optical fiber and l, the refractive index of the optical fiber is n, when the speed of light in a vacuum is c, the reflected probe light pulses t 1/2 seconds after the l = c / Since it travels by n × t 1/2 , if the distance from the incident end is l x1 ,
Figure 0006263426
Is obtained.

プローブ光パルスが入射されてから分岐下部光ファイバ#aに進入し、光反射フィルタで反射してlx1に達するまでの時間tは、

Figure 0006263426
で表される。 After the probe light pulse is incident, the time t from entering the branched lower optical fiber #a, reflected by the light reflection filter and reaching l x1 is
Figure 0006263426
It is represented by

プローブ光パルスが入射されてからt1 秒後にポンプ光パルスを入射するとする。ポンプ光パルスがt秒後に到達する入射端からの距離lx2は、

Figure 0006263426
で表される。 It is assumed that the pump light pulse is incident t 1 second after the probe light pulse is incident. The distance l x2 from the incident end where the pump light pulse reaches after t seconds is
Figure 0006263426
It is represented by

x1=lx2の位置、つまり式(6)=式(8)となる位置で、ポンプ光パルスはプローブ光パルスと衝突(インタラクション)する。インタラクションのタイミングは光反射フィルタでプローブ光パルスが反射されてからt1 /2秒後である。つまり、プローブ光パルスとポンプ光パルスとを被測定光ファイバに入射する時間差Δtを変化させることで、プローブ光パルスとポンプ光パルスとがインタラクションする位置を制御できる。これにより、距離に対する誘導ブリルアン散乱の特性分布を求めることができる。 The pump light pulse collides (interacts) with the probe light pulse at a position where l x1 = l x2 , that is, a position where Expression (6) = Expression (8). The timing of the interactions the probe light pulse by the light reflection filter is t 1/2 seconds after being reflected. That is, by changing the time difference Δt at which the probe light pulse and the pump light pulse are incident on the optical fiber to be measured, the position where the probe light pulse and the pump light pulse interact can be controlled. Thereby, the characteristic distribution of the stimulated Brillouin scattering with respect to the distance can be obtained.

上記(i)及び(ii)により、分岐下部光ファイバのそれぞれについて、個別のブリルアン利得スペクトル分布を、既存の技術(特に非特許文献4)の
(La +2Lb )/2Lb分の1
に待機時間を短縮することが可能になる。また、非特許文献6に開示される技術によって測定されたブリルアン利得ピークの分布から温度、歪み、ファイバ構造パラメータの違いの特性分布を算出することももちろん可能である。
According to the above (i) and (ii), for each of the branched lower optical fibers, the individual Brillouin gain spectrum distribution is obtained by dividing (L a + 2L b ) / 2L b by the existing technology (particularly Non-Patent Document 4).
It becomes possible to shorten the waiting time. It is of course possible to calculate the characteristic distribution of differences in temperature, strain, and fiber structure parameters from the distribution of Brillouin gain peaks measured by the technique disclosed in Non-Patent Document 6.

以上詳述したように一実施形態では、分岐光ファイバセンサヘッド2において、分岐上部光ファイバF0 と各分岐下部光ファイバF1 〜FN との間で、ブリルアン周波数シフト(BFS)の量fB′,fBの差(fB′−fB)を、ブリルアン利得帯域ΔfB より大きな値となるように設定している。また、プローブ光パルスのパルス幅τprobeは、各分岐下部光ファイバF1 〜FN の長さの差の最小値をΔL、真空中の高速をc、第2の光ファイバの屈折率をnとしたとき、各分岐下部光ファイバF1 〜FN の終端からの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より小さな値に設定している。さらに、光受信器23及びA/D変換器24の動作帯域を、プローブ光パルスのパルス幅τprobeを受光可能な帯域よりも広く設定している。 As described above in detail, in the embodiment, in the branched optical fiber sensor head 2, the amount of Brillouin frequency shift (BFS) f between the branched upper optical fiber F 0 and each of the branched lower optical fibers F 1 to F N is f. B ', the difference between f B (f B' the -f B), is set to be a value larger than the Brillouin gain bandwidth Delta] f B. The pulse width τ probe of the probe light pulse is ΔL for the minimum value of the length difference between the branched lower optical fibers F 1 to F N , c for the high speed in vacuum, and n for the refractive index of the second optical fiber. Is set to a value smaller than the minimum value of the time difference 2nΔL / c of the return light from the end of each of the branched lower optical fibers F 1 to F N. Furthermore, the operation bands of the optical receiver 23 and the A / D converter 24 are set wider than the band in which the pulse width τ probe of the probe light pulse can be received.

したがって、分岐下部光ファイバF1 〜FN 内でのみブリルアン増幅を発生させ、分岐上部光ファイバF0 内ではプローブ光パルスとポンプ光パルスとが衝突してもブリルアン増幅を起こさないようにすることができる。
また、分岐下部光ファイバF1 〜FN 毎の戻り光(誘導ブリルアン散乱光)が光受信器23おいて干渉しないようにすることができ、これにより第2の光ファイバを時間的に確実に切り分けて測定することが可能となる。
さらに、解析装置1において受信系に十分なダイナミックレンジが確保され、これにより戻り光を正確に解析処理することが可能となる。
Therefore, Brillouin amplification is generated only in the branch lower optical fibers F 1 to F N , and Brillouin amplification is not caused even if the probe light pulse and the pump light pulse collide in the branch upper optical fiber F 0 . Can do.
Further, the return light (stimulated Brillouin scattered light) for each of the branched lower optical fibers F 1 to F N can be prevented from interfering in the optical receiver 23, thereby ensuring the second optical fiber in terms of time. It becomes possible to measure by dividing.
Further, a sufficient dynamic range is ensured in the receiving system in the analyzing apparatus 1, which makes it possible to accurately analyze the return light.

本実施形態は、分岐上部ファイバ長が長くなる場合に特に効果を発揮する。例えば分岐ひずみセンサをトンネルなどの構造物モニタリングに用いる場合、測定器のコストを鑑みると測定器はモニタリング対象物から離れた場所に設置し、複数系統の分岐センサヘッドに適宜接続してモニタリングすることが考えられる。このとき、分岐上部ファイバは測定器設置位置からモニタリング対象物付近までとなり、10km超の長さとなることも想定される。従来型の単一BFSの光ファイバから成るセンサヘッドでは、待機時間が膨大になるのに対し、本実施形態に係る分岐光ファイバセンサヘッド2によれば、測定時間が分岐上部光ファイバF1 〜FNの長さに依存することなく、測定時間に占める試験光待機時間を大幅に削減することができる。 This embodiment is particularly effective when the length of the branched upper fiber is increased. For example, when a branch strain sensor is used for monitoring a structure such as a tunnel, considering the cost of the measuring instrument, the measuring instrument should be installed at a location away from the monitoring target and connected to multiple branch sensor heads as appropriate for monitoring. Can be considered. At this time, the branched upper fiber extends from the measuring device installation position to the vicinity of the monitoring object, and is assumed to be longer than 10 km. In the conventional sensor head composed of a single BFS optical fiber, the standby time is enormous, whereas according to the branched optical fiber sensor head 2 according to the present embodiment, the measurement time is measured from the branched upper optical fibers F 1 to F 1 . Without depending on the length of F N , the test light standby time occupying the measurement time can be greatly reduced.

[他の実施形態]
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、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を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
[Other Embodiments]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some configurations may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different example embodiments may be combined as appropriate.

11…光源、12…分岐素子、13…光周波数制御器、14…正弦波発生器、15,16…光パルス化器、17,18…入射時間制御器、19…合波素子、20a,20b…光増幅器、21…光サーキュレータ、22…光フィルタ、23…光受信器、24…A/D変換器、25…演算処理装置、F0…分岐上部光ファイバ、SP…光スプリッタ、F1〜FN…分岐下部光ファイバ、R1〜RN…光反射フィルタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Light source, 12 ... Branch element, 13 ... Optical frequency controller, 14 ... Sine wave generator, 15, 16 ... Optical pulse generator, 17, 18 ... Incident time controller, 19 ... Multiplexing element, 20a, 20b ... optical amplifier, 21 ... optical circulator, 22 ... optical filter, 23 ... optical receiver, 24 ... A / D converter, 25 ... processing unit, F 0 ... branch upper optical fiber, SP ... optical splitter, F 1 ~ F N ... lower branch optical fiber, R 1 to R N ... light reflection filter.

Claims (7)

第1の光ファイバと複数の第2の光ファイバとの間を光分岐器により接続した分岐光線路と、
前記分岐光線路に対しその第1の光ファイバから所定の周波数差を有するプローブ光パルス及びポンプ光パルスを入射して、前記複数の第2の光ファイバ内で前記プローブ光パルスとポンプ光パルスとの相互作用による誘導ブリルアン散乱を生じさせ、その戻り光を前記第1の光ファイバを介して受光してブリルアン利得のスペクトル分布を求め、このブリルアン利得のスペクトル分布に基づいて前記複数の第2の光ファイバの特性を個別に解析する解析装置と
を具備し、
前記第1の光ファイバ及び第2の光ファイバは、ブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定されている
ことを特徴とする分岐光線路特性解析システム。
A branched optical line in which a first optical fiber and a plurality of second optical fibers are connected by an optical splitter;
A probe light pulse and a pump light pulse having a predetermined frequency difference are incident on the branch optical line from the first optical fiber, and the probe light pulse and the pump light pulse are transmitted in the plurality of second optical fibers. Stimulated Brillouin scattering is caused by the interaction of the two, the return light is received through the first optical fiber to obtain a Brillouin gain spectral distribution, and the plurality of second Brillouin gains are obtained based on the Brillouin gain spectral distribution. An analysis device for individually analyzing the characteristics of the optical fiber,
The branched optical line characteristic analysis system, wherein the first optical fiber and the second optical fiber are set such that a difference in Brillouin frequency shift amount is larger than the Brillouin gain band.
前記第1の光ファイバ及び第2の光ファイバは、ファイバ断面の屈折率プロファイル及び当該ファイバのコアに対する添加物ドープ率の少なくとも一方を制御することで、前記ブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定されることを特徴とする請求項1記載の分岐光線路特性解析システム。   The first optical fiber and the second optical fiber control at least one of a refractive index profile of a fiber cross-section and an additive doping rate with respect to a core of the fiber, so that a difference in the Brillouin frequency shift amount is the Brillouin gain. 2. The branched optical line characteristic analysis system according to claim 1, wherein the branching optical line characteristic analysis system is set to a value larger than the first band. 前記解析装置は、前記プローブ光パルスのパルス幅を、前記複数の第2の光ファイバの長さの差の最小値をΔL、真空中の高速をc、第2の光ファイバの屈折率をnとしたとき、前記複数の第2の光ファイバからの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より小さな値に設定することを特徴とする請求項1又は2記載の分岐光線路特性解析システム。   The analyzing apparatus sets a pulse width of the probe light pulse, a minimum value of a difference in length between the plurality of second optical fibers, ΔL, a high speed in vacuum c, and a refractive index of the second optical fiber n. 3. The branched optical line characteristic analysis system according to claim 1, wherein a value smaller than a minimum value of a time difference 2nΔL / c of return light from the plurality of second optical fibers is set. 前記解析装置は、前記プローブ光パルスのパルス幅をτprobeとするとき、前記戻り光を受光する受信系の帯域を、1/τprobeより広く設定してなることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の分岐光線路特性解析システム。 2. The analysis apparatus according to claim 1, wherein when the pulse width of the probe light pulse is τ probe , a band of a receiving system for receiving the return light is set wider than 1 / τ probe. 4. The branching optical line characteristic analysis system according to any one of 3 above. 第1の光ファイバと複数の第2の光ファイバとの間を光分岐器により接続した分岐光線路と、前記分岐光線路に対しその第1の光ファイバから所定の周波数差を有するプローブ光パルス及びポンプ光パルスを入射して、前記複数の第2の光ファイバ内で前記プローブ光パルスとポンプ光パルスとの相互作用による誘導ブリルアン散乱を生じさせ、その戻り光を前記第1の光ファイバを介して受光してブリルアン利得のスペクトル分布を求め、このブリルアン利得のスペクトル分布に基づいて前記複数の第2の光ファイバの特性を個別に解析する解析装置とを具備する分岐光線路特性解析システムで使用される前記分岐光線路であって、
前記第1の光ファイバ及び第2の光ファイバのブリルアン周波数シフト量の差が、前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定されていることを特徴とする分岐光線路。
A branched optical line in which a first optical fiber and a plurality of second optical fibers are connected by an optical branching device, and a probe light pulse having a predetermined frequency difference from the first optical fiber with respect to the branched optical line And pump light pulses are incident to cause stimulated Brillouin scattering in the plurality of second optical fibers due to the interaction between the probe light pulse and the pump light pulse, and the return light passes through the first optical fiber. A branching optical line characteristic analysis system comprising: an analysis device that obtains a spectral distribution of Brillouin gain by receiving the light and analyzes the characteristics of the plurality of second optical fibers individually based on the spectral distribution of the Brillouin gain; The branch optical line used,
A branched optical line, wherein a difference in Brillouin frequency shift between the first optical fiber and the second optical fiber is set to a value larger than the Brillouin gain band.
前記第1の光ファイバ及び第2の光ファイバは、ファイバ断面の屈折率プロファイル及び当該ファイバのコアに対する添加物ドープ率の少なくとも一方を制御することで、前記ブリルアン周波数シフト量の差が前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定されることを特徴とする請求項5記載の分岐光線路。   The first optical fiber and the second optical fiber control at least one of a refractive index profile of a fiber cross-section and an additive doping rate with respect to a core of the fiber, so that a difference in the Brillouin frequency shift amount is the Brillouin gain. The branched optical line according to claim 5, wherein the branching optical line is set to a value larger than the bandwidth of the optical fiber. 第1の光ファイバと複数の第2の光ファイバとの間を光分岐器により接続した分岐光線路と、前記分岐光線路に対しその第1の光ファイバから所定の周波数差を有するプローブ光パルス及びポンプ光パルスを入射して、前記複数の第2の光ファイバ内で前記プローブ光パルスとポンプ光パルスとの相互作用による誘導ブリルアン散乱を生じさせ、その戻り光を前記第1の光ファイバを介して受光してブリルアン利得のスペクトル分布を求め、このブリルアン利得のスペクトル分布に基づいて前記複数の第2の光ファイバの特性を個別に解析する解析装置とを具備する分岐光線路特性解析システムで使用される前記分岐光線路の製造方法であって、
前記分岐光線路の第1の光ファイバ及び第2の光ファイバのブリルアン周波数シフト量の差を、ファイバ断面の屈折率プロファイル及び当該ファイバのコアに対する添加物ドープ率の少なくとも一方を制御することで、前記ブリルアン利得の帯域より大きい値に設定することを特徴とする分岐光線路の製造方法。
A branched optical line in which a first optical fiber and a plurality of second optical fibers are connected by an optical branching device, and a probe light pulse having a predetermined frequency difference from the first optical fiber with respect to the branched optical line And pump light pulses are incident to cause stimulated Brillouin scattering in the plurality of second optical fibers due to the interaction between the probe light pulse and the pump light pulse, and the return light passes through the first optical fiber. A branching optical line characteristic analysis system comprising: an analysis device that obtains a spectral distribution of Brillouin gain by receiving the light and analyzes the characteristics of the plurality of second optical fibers individually based on the spectral distribution of the Brillouin gain; A method of manufacturing the branched optical line used,
By controlling the difference in the Brillouin frequency shift amount between the first optical fiber and the second optical fiber of the branch optical line, by controlling at least one of the refractive index profile of the fiber cross section and the additive doping rate with respect to the core of the fiber, A method of manufacturing a branched optical line, wherein a value larger than the Brillouin gain band is set.
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