JP6288013B2 - 光ファイバ特性測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ特性測定装置に係り、特に、被測定対象である光ファイバ内におけるブリルアン散乱により生じた後方散乱光に基づいて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。

光伝送媒体の１つである光ファイバ中に光を入射することによって発生するブリルアン散乱は、その光ファイバに加わる歪みや光ファイバの温度によって変化する。このブリルアン散乱に起因した光の周波数シフト量を測定することで、光ファイバの長さ方向の歪み分布や温度分布を測定する方法が知られている。例えば、橋、ビルなどの構造物に光ファイバを張り巡らせ、上記の方法に基づいてこの光ファイバの歪み箇所を特定することで、これらの構造物に生じた歪みを検知することができる。このような測定方法として、いわゆるＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式およびＢＯＣＤＲ（Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）方式などが知られている。

特許文献１に記載されているように、ＢＯＴＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバの一端から光パルスを入射することによって得られるブリルアン散乱光を検出して、ブリルアン散乱光の入射光に対する周波数シフト量（以下、ブリルアン周波数シフト量と称する）およびブリルアン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定する。このブリルアン散乱光は、被測定光ファイバの歪みや温度に依存して速度が変化する音響波によって散乱された後方散乱光である。上記のブリルアン周波数シフト量を測定することで、被測定光ファイバの歪みの大きさや温度を測定することができ、さらに、ブリルアン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定することで、被測定光ファイバの長さ方向における位置を特定することができる。
上記のＢＯＴＤＲ方式の測定方法において空間分解能を向上させるためには、被測定光ファイバの一端から入射する光パルスのパルス幅を狭くする必要がある。しかしながら、光パルスのパルス幅を狭くした場合、被測定光ファイバ内で生じる後方散乱光の信号強度が低下し、信号対雑音比（以下、ＳＮＲという）が劣化する場合がある。劣化したＳＮＲを改善するためには後方散乱光の積分処理を増すことが必要で、測定に時間を要する場合がある。

一方、ＢＯＣＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバの一端から周波数変調された連続光であるポンプ光を入射することによって得られるブリルアン散乱光を検出してブリルアン周波数シフト量を測定する。特許文献２および非特許文献１に記載されているように、このＢＯＣＤＲ方式の測定方法においては、ブリルアン散乱光と参照光とを干渉させることにより、被測定光ファイバ中の相関ピークと呼ばれる特定の位置におけるブリルアン散乱光を選択的に抽出する。例えば、正弦波周波数変調が与えられた連続光を被測定光ファイバ内に入射する場合、被測定光ファイバ内における相関ピークの間隔は、正弦波周波数変調の変調周波数に反比例する。このため、被測定光ファイバ内に、一つの相関ピークだけが残るように連続光の変調周波数を調整することで、そのピークに対応した位置で発生した散乱光のみを抽出することができ、さらに、連続光の変調周波数を掃引することで、被測定光ファイバの長さ方向に沿って相関ピークを移動することができる。相関ピークを移動しつつ各相関ピーク点におけるブリルアン周波数シフト量を求めることにより、被測定光ファイバの長さ方向における歪み分布や温度分布を測定することができる。
上記のＢＯＣＤＲ方式の測定方法は、被測定光ファイバ中の数ｃｍ程度の狭い領域でのブリルアン散乱光を、被測定光ファイバの長さ方向における特定の位置に対応した干渉出力として選択的に出力することができるため、上記のＢＯＴＤＲ方式の測定方法よりも２桁ほど高い空間分解能を実現できる。また、光パルスではなく連続光を被測定光ファイバに入射させるため、被測定光ファイバ内で生じる後方散乱光の信号強度が高く、測定が容易である。また、ＢＯＴＤＲ方式の測定方法におけるような後方散乱光の積分処理が不要であるため、測定時間を短縮することができる。

ＢＯＣＤＲ方式の測定方法では、被測定ファイバ内で生じた後方散乱光と光源部が出力した参照光とを干渉させるため、干渉後の信号強度は両光の偏波状態に依存する。従来技術では、安定した干渉信号を得るために、参照光の光路、後方散乱光の光路、およびポンプ光の光路の少なくとも１つの光路に、偏波面を高速に回転させる偏波スクランブラ（PSCR: Polarization Scrambler）を設けて、偏波依存性を軽減していた。

偏波スクランブラは、偏波状態を高速（ＭＨｚ程度の周波数で）変化させ、偏波状態の影響を平均化させるデバイスである。例えば、この偏波スクランブラを参照光の光路に設けることで、観測されるブリルアンゲインスペクトル（BGS: Brillouin Gain Spectrum）が、参照光と後方散乱光との相対的な偏波状態に依存しなくなる。偏波スクランブラの動作速度を、後方散乱光のサンプリング速度よりも数十倍速くすることで、偏波状態の平均化を図ることができる。しかしながら、偏波スクランブラの動作速度には限界があるため、後方散乱光のサンプリング速度が速くなってくると、平均化の効果が薄まり、測定データには偏波状態に依存した不要な変動が現れる。

偏波依存性を軽減するための他の方法として、任意の偏波面での測定と、この偏波面に対して９０°回転させた偏波面での測定とをそれぞれ行い、それらの測定値の二乗和の平方根をとる、つまりベクトル和をとることにより偏波の影響を除去する方法が知られている。この方法を用いることで、偏波スクランブラと同様な効果を得ることができる。しかしながら、偏波面を切り替えて２度の測定を行う必要があるため、１度のみの測定を行う場合と比較して測定時間が２倍となる。偏波面の変化が遅く、後方散乱光のサンプリング速度が遅い場合には、偏波面を切り替えながら２度の測定を行っても偏波状態はほぼ同じであるため、２つの測定値の二乗和の平方根を求めることで偏波の影響を除去することができる。しかしながら、光ファイバが高速振動するなどして偏波面が速く回転するような場合は二回の測定の間に偏波状態が変わってしまうため、２つの測定値の二乗和の平方根を求めても偏波の影響を除去することができない。

特許第３０９５６９４号公報 特許第５１０５３０２号公報

水野洋輔、何祖源、保立和夫、"偏波スクランブリングを用いたブリルアン光相関領域リフレクトメトリによる歪分布全長測定の安定化"、電子情報通信学会 ２００９年総合大会、Ｃ−３−８８、愛媛大学、２００９年３月１７日〜２０日

本発明の一態様は、ＢＯＣＤＲ方式の測定方法において、測定時間を短縮することができる光ファイバ特性測定装置を提供する。

本発明の一態様の光ファイバ特性測定装置は、周波数変調された連続光を出力する光源部と、前記連続光を、ポンプ光と、参照光とに分岐させる光分岐部と、前記ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させる導光部と、前記被測定光ファイバ内の前記ポンプ光のブリルアン散乱により発生した後方散乱光を、ある直線偏光（以下ｐ偏光という）である第１散乱光と、前記偏光と直交する直線偏光（以下ｓ偏光という）である第２散乱光とに分離する第１分離部と、前記参照光を、ｐ偏光である第１参照光と、ｓ偏光である第２参照光とに分離する第２分離部と、前記第１散乱光と、前記第１参照光とを干渉させ、第１ビート成分を得る第１干渉部と、前記第２散乱光と、前記第２参照光とを干渉させ、第２ビート成分を得る第２干渉部と、前記第１ビート成分と、前記第２ビート成分とに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する演算部とを備えてよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記演算部は、前記被測定光ファイバ内における第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記第１ビート成分の第１スペクトルを測定する第１分析部と、前記第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記第２ビート成分の第２スペクトルを測定する第２分析部と、前記第１スペクトルと、前記第２スペクトルとを合成して合成スペクトルを生成する合成部と、前記合成スペクトルに基づいて、前記第１位置における前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部とを備えてよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記合成部は、前記第１スペクトルの周波数成分を二乗して得られる第１成分強度と、前記第２スペクトルの同一周波数成分を二乗して得られる第２成分強度とを加算する処理を、周波数を変えながら行うことで前記合成スペクトルを生成してよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記演算部は、前記第１分析部および第２分析部の実行と停止とを制御する制御部をさらに備えてよい。前記被測定光ファイバ内に、後方散乱光と前記参照光との周波数差が時間的に変動しない点（相関ピーク点）が複数存在する場合、前記制御部は、前記複数の相関ピークのうち観測対象とする位置(第1位置)で発生したブリルアン散乱光に基づく前記相関ピークに関連する前記第１ビート成分の第１スペクトルを測定するように前記第１分析部の実行と停止を制御し、前記第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記相関ピークに関連する前記第２ビート成分の第２スペクトルを測定するように前記第２分析部の実行と停止を制御してよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記演算部は、所定の周波数信号を出力する発振部と、前記所定の周波数信号を用いて前記第１ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第１調整部と、前記所定の周波数信号を用いて前記第２ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第２調整部と、前記第１調整部から入力された前記第１ビート成分を、第１パワースペクトルに変換する第１変換部と、前記第２調整部から入力された前記第２ビート成分を、第２パワースペクトルに変換する第２変換部と、前記第１パワースペクトルおよび前記第２パワースペクトルに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部とを備えてよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置は、前記ポンプ光および前記参照光のいずれか一方の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第３調整部をさらに備えてよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記演算部は、前記第１ビート成分を、第１パワースペクトルに変換する第１変換部と、前記第２ビート成分を、第２パワースペクトルに変換する第２変換部と、前記第１パワースペクトルおよび前記第２パワースペクトルに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、を備えてよい。
上記の一態様の光ファイバ特性測定装置において、前記第１変換部は、前記第１ビート成分を高速フーリエ変換して、前記第１パワースペクトルを求めてよい。前記第２変換部は、前記第２ビート成分を高速フーリエ変換して、前記第２パワースペクトルを求めてよい。

本発明の一態様の光ファイバ特性測定装置は、ＢＯＣＤＲ方式の測定方法において、光源部が出力した１つの連続光からｐ偏波に関する第１ビート成分と、ｓ偏波に関する第２ビート成分と取得して合成し、この合成スペクトルに基づいて被測定光ファイバの特性を測定しているため、偏波状態に依存しない測定結果を短い測定時間で得ることができる。

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概略構成を示すブロック図である。 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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。 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処理の流れの一例を示すフローチャートである。 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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。 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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。 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概略構成を示すブロック図である。 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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る測定装置の一実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、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概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、本第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、例えば、光源部１０と、光分岐部２０と、導光部３０と、光方向性結合部４０と、光コネクタ５０と、第１光分離部６０と、光遅延部７０と、第２光分離部８０と、第１干渉部９０と、第２干渉部１００と、第１光電変換部１１０と、第２光電変換部１２０と、第３光電変換部１３０と、第４光電変換部１４０と、第１増幅部１５０と、第２増幅部１６０と、演算部１７０と、表示部１８０とを備える。

光源部１０は、周波数変調された連続光を出力する。光源部１０は、例えば、半導体レーザ（図示しない）と、信号発生器（図示しない）とを備える。半導体レーザは、例えば、分布帰還型レーザダイオードを用いる。信号発生器は、半導体レーザから出力されるレーザ連続光を、例えば、正弦波状に周波数変調された連続光にする変調信号を半導体レーザに注入する。変調信号としては、例えば、直流電流に交流電流を重畳させた信号が用いられる。

光分岐部２０は、光源部１０から入力された連続光を、適当な強度比（例えば１対１）の２つの光に分岐させる。２つの光の内、一方の光は、被測定光ファイバＦに入射されるポンプ光である。このポンプ光は、導光部３０と、光方向性結合部４０とを通過し、被測定光ファイバＦの一端に入射される。２つの光の内、他方の光は、光ヘテロダイン検波を行う場合における参照光である。この参照光は、光遅延部７０に入射される。

導光部３０は、光分岐部２０によって分岐されたポンプ光を、光方向性結合部４０を介して被測定光ファイバＦに入射させる。この導光部３０は、例えば、ポンプ光を増幅するための光増幅器等を備えていてもよい。

光方向性結合部４０は、入射ポートに入射したポンプ光を出射／入射ポートから出射するとともに、光コネクタ５０を介して出射／入射ポートに入射される被測定光ファイバＦからの戻り光（後方散乱光）を出射ポートから出射する。光方向性結合部４０は、例えば、光サーキュレータ等が用いられる。

第１光分離部６０は、ポンプ光を被測定光ファイバＦに入射することにより得られた後方散乱光を、ｐ偏光である第１散乱光と、ｓ偏光である第２散乱光とに分離させる。第１光分離部６０は、例えば、偏光ビームスプリッタ等が用いられる。後方散乱光の偏光状態は被測定光ファイバＦの、そのときどきの状態により不定であるため、第１光分離部６０への入射角度もまた不定である。

光遅延部７０は、所定の長さの光ファイバを含む。光遅延部７０は、ポンプ光と参照光との間に所定の遅延時間を設定する。光ファイバの長さを変更することで、遅延時間を任意に調整することができる。

第２光分離部８０は、光遅延部７０を通過した参照光を、ｐ偏光である第１参照光と、ｓ偏光である第２参照光とに分離させる。第２光分離部８０は、例えば、偏光ビームスプリッタが用いられる。第２光分離部８０が２つの直角プリズムを貼り合せたプリズム型の偏光ビームスプリッタである場合、第２光分離部８０は、参照光の偏波面が２つの直角プリズムの接合面に対して４５°の入射角で入射するように配置される。

第１干渉部９０は、第１光分離部６０から入力されたｐ偏光である第１散乱光と、第２光分離部８０から入力されたｐ偏光である第１参照光とを互いに干渉させる。詳細には、第１干渉部９０は、第１散乱光と、第１参照光とを合波して、ｐ偏光成分に関するビート成分を取得し、所定の割合（例えば、１対１）で２つの成分に分離させる。第１干渉部９０は、例えば、非偏光ビームスプリッタが用いられる。

第２干渉部１００は、第１光分離部６０から入力されたｓ偏光である第２散乱光と、第２光分離部８０から入力されたｓ偏光である第２参照光とを互いに干渉させる。詳細には、第２干渉部１００は、第２散乱光と、第２参照光とを合波して、ｓ偏光成分に関するビート成分を取得し、所定の割合（例えば、１対１）で２つの成分に分離させる。第２干渉部１００は、例えば、非偏光ビームスプリッタが用いられる。

第１光電変換部１１０および第２光電変換部１２０は、第１干渉部９０で生成されたｐ偏光に関する２つのビート成分の各々を電気信号に変換する。また、第３光電変換部１３０および第４光電変換部１４０は、第２干渉部１００で生成されたｓ偏光に関する２つのビート成分の各々を電気信号に変換する。

第１増幅部１５０は、第１光電変換部１１０および第２光電変換部１２０から入力された電気信号を増幅して、演算部１７０に出力する。また、第２増幅部１６０は、第３光電変換部１３０および第４光電変換部１４０から入力された電気信号を増幅して、演算部１７０に出力する。

演算部１７０は、第１増幅部１５０および第２増幅部１６０から入力された電気信号を演算して、被測定光ファイバＦの特性を測定する。例えば、演算部１７０は、被測定光ファイバＦの長さ方向における歪み分布、温度分布等を測定する。演算部１７０については後述する。

表示部１８０は、演算部１７０によって測定された被測定光ファイバＦの特性を可視化して表示するものである。表示部１８０は、例えば、ディスプレイが用いられる。

図２は、第１実施形態における光ファイバ特性測定装置１が備える演算部１７０の概略構成を示すブロック図である。演算部１７０は、例えば、第１分析部１７１−１と、第２分析部１７１−２と、局部発振部１７２と、合成部１７３と、測定部１７４とを備える。

第１分析部１７１−１は、第１増幅部１５０から入力された電気信号を用いて、被測定光ファイバＦ内の特定の位置（第１位置）で発生したブリルアン散乱光に基づくｐ偏光成分に関するビート成分（第１ビート成分）の第１スペクトルを生成する。第２分析部１７１−２は、第２増幅部１６０から入力された電気信号を用いて、被測定光ファイバＦ内のある特定の位置（第１位置）で発生したブリルアン散乱光に基づくｓ偏光成分に関するビート成分（第２ビート成分）の第２スペクトルを生成する。

局部発振部１７２は、所定の周波数の信号を第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２に供給する。第１分析部１７１−１は、局部発振部１７２から供給される信号を用いて、第１ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げ、そのスペクトルを求める。例えば、第１分析部１７１−１は、第１ビート成分の周波数を、１０．８ＧＨｚ程度から３０ＭＨｚ程度にまで下げ、そのスペクトル(第１スペクトル)を求める処理を行う。同様に、第２分析部１７１−２は、局部発振部１７２から供給される信号を用いて、第２ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げ、そのスペクトルを求める。例えば、第２分析部１７１−２は、第２ビート成分の周波数を、１０．８ＧＨｚ程度から３０ＭＨｚ程度にまで下げ、そのスペクトル(第２スペクトル)を求める処理を行う。なお、ここでは簡単のため周波数を変換する処理を第１分析部１７１−１および第２１７１−２と局部発振部１７２とで行うような説明をしているが、スプリアス特性の改善等のために、分析部と局部発振部を数段用いた構成を用いてもよい。第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２、局部発振部１７２は、例えば、同期させた二台のスペクトルアナライザ（ESA: Electrical Spectrum Analyzer）が用いられる。

合成部１７３は、第１分析部１７１−１から入力された第１スペクトルと、第２分析部１７１−２から入力された第２スペクトルとを合成して合成スペクトルを生成する。測定部１７４は、合成部１７３から入力された合成スペクトルに基づいて、被測定光ファイバＦ内の特定の位置（第１位置）の被測定光ファイバの特性を測定し、測定結果を表示部１８０に出力する。

次に、第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１の動作について説明する。図３は、第１実施形態における、光ファイバ特性測定装置１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

光源部１０は、周波数変調された連続光を光分岐部２０に出力する（ステップＳ１０１）。光源部１０は、例えば、正弦波状に周波数変調された連続光を光分岐部２０に出力する。

次に、光分岐部２０は、光源部１０から入力された連続光を、ポンプ光と参照光とに分岐させる（ステップＳ１０２）。光分岐部２０は、ポンプ光を導光部３０に出力し、参照光を光遅延部７０に出力する。

次に、導光部３０は、ポンプ光を、光方向性結合部４０を介して被測定光ファイバＦに入射させる（ステップＳ１０３）。周波数変調されたポンプ光が被測定光ファイバＦに入射されると、被測定光ファイバＦ内においてブリルアン散乱が生じる。ここで、ブリルアン散乱により発生する後方散乱光は、被測定光ファイバＦの歪みや温度に依存して速度が変化する音響波の影響を受け、その周波数がシフトしている。光源部１０の波長が約１．５５μｍでありかつ被測定光ファイバＦとして汎用の通信用シングルモードファイバを用いた場合、被測定光ファイバＦからの後方散乱光は、被測定光ファイバＦに入射された連続光の周波数に対して１０．８ＧＨｚ程度周波数がシフトしている。このブリルアン周波数シフト量は、被測定光ファイバＦに加わる歪みや温度によって変動する。

次に、光方向性結合部４０は、被測定光ファイバＦから後方散乱光を受け取って、第１光分離部６０に出力する（ステップＳ１０４）。次に、第１光分離部６０は、光方向性結合部４０から入力された後方散乱光を、ｐ偏光である第１散乱光と、ｓ偏光である第２散乱光とに分離する（ステップＳ１０５）。

上記のステップＳ１０３からＳ１０５と並行して、またはステップＳ１０３からＳ１０５の前若しくは後において、光遅延部７０を通過した参照光が第２光分離部８０に出力される（ステップＳ１０６）。次に、第２光分離部８０は、参照光を、ｐ偏光である第１参照光と、ｓ偏光である第２参照光とに分離する（ステップＳ１０７）。第２光分離部８０が２つの直角プリズムを貼り合せたプリズム型の偏光ビームスプリッタである場合、第２光分離部８０は、参照光の偏波面が２つの直角プリズムの接合面に対して４５°の入射角で入射するように配置される。

次に、第１干渉部９０は、第１光分離部６０から入力されたｐ偏光である第１散乱光と、第２光分離部８０から入力されたｐ偏光である第１参照光とを互いに干渉させる（ステップＳ１０８）。詳細には、第１干渉部９０は、第１散乱光と、第１参照光とを合波して、ｐ偏光成分に関するビート成分を生成し、所定の割合で２つの成分に分離させる。

次に、第１光電変換部１１０および第２光電変換部１２０は、第１干渉部９０で生成されたｐ偏光に関する２つのビート成分の各々を電気信号に変換する（ステップＳ１０９）。次に、第１増幅部１５０は、第１光電変換部１１０および第２光電変換部１２０から入力された電気信号を増幅して、演算部１７０に出力する（ステップＳ１１０）。

上記のステップＳ１０８からＳ１１０と並行して、またはステップＳ１０８からＳ１１０の前若しくは後において、第２干渉部１００は、第１光分離部６０から入力されたｓ偏光である第２散乱光と、第２光分離部８０から入力されたｓ偏光である第２参照光とを互いに干渉させる（ステップＳ１１１）。詳細には、第２干渉部１００は、第２散乱光と、第２参照光とを合波して、ｓ偏光成分に関するビート成分を生成し、所定の割合で２つの成分に分離させる。次に、第３光電変換部１３０および第４光電変換部１４０は、第２干渉部１００で生成されたｓ偏光に関する２つのビート成分の各々を電気信号に変換する（ステップＳ１１２）。次に、第２増幅部１６０は、第３光電変換部１３０および第４光電変換部１４０から入力された電気信号を増幅して、演算部１７０に出力する（ステップＳ１１３）。

次に、演算部１７０は、第１増幅部１５０および第２増幅部１６０から入力された電気信号を演算して、被測定光ファイバＦの特性を測定する（ステップＳ１１４）。詳細には、演算部１７０に設けられた第１分析部１７１−１は、第１増幅部１５０から入力された電気信号を用いて、被測定光ファイバＦ内の特定の位置（第１位置）で発生したブリルアン散乱光に基づくｐ偏光成分に関するビート成分（第１ビート成分）の第１スペクトルを測定する。また、演算部１７０に設けられた第２分析部１７１−２は、第２増幅部１６０から入力された電気信号を用いて、被測定光ファイバＦ内のある位置（第１位置）で発生したブリルアン散乱光に基づくｓ偏光成分に関するビート成分（第２ビート成分）の第２スペクトルを測定する。ここで、局部発振部１７２は、所定の周波数の信号を第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２に供給する。第１分析部１７１−１は、この局部発振部１７２から供給される信号を用いて、第１ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げ、そのスペクトル(第１スペクトル)を求める。また、第２分析部１７１−２は、この局部発振部１７２から供給される信号を用いて、第２ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げ、そのスペクトル(第２スペクトル)を求める。次に、合成部１７３は、第１分析部１７１−１から入力された第１スペクトルと、第２分析部１７１−２から入力された第２スペクトルとを合成して合成スペクトルを生成する。

以下において、合成部１７３の処理について説明する。合成部１７３は、第１スペクトルの成分（周波数ｆｘ）を二乗して得られる第１成分強度（パワー相当）と、第２スペクトルの成分（周波数ｆｘ）を二乗して得られる第２成分強度（パワー相当）とを加算する処理を、周波数ｆｘを変えながら行うことで合成スペクトルを生成する。さらに、光源部１０が出力する連続光の周波数を調節することにより、被測定光ファイバＦの長さ方向における測定対象となる位置を移動させることができる。このため、連続光の周波数を掃引させることで、被測定光ファイバＦの長さ方向における特性、例えば、歪み分布等を測定することができる。

以上説明した第１実施形態の光ファイバ特性測定装置１によれば、光源部１０から出力された１つの連続光からｐ偏波に関する第１スペクトルの成分と、ｓ偏波に関する第２スペクトルの成分と取得し、さらに、第１スペクトルの成分（周波数ｆｘ）を二乗して得られる第１成分強度（パワー相当）と、第２スペクトルの成分（周波数ｆｘ）を二乗して得られる第２成分強度（パワー相当）とを加算する処理を、周波数ｆｘを変えながら行うことで合成スペクトルを生成し、この合成スペクトルに基づいて被測定光ファイバの特性を測定している。このため、偏波状態に依存しない測定結果を短い測定時間で得ることができる。また、局部発振部１７２が、第１分析部１７１−１と第２分析部１７１−２とで共用されているため、ハードウェアの規模を小さくすることができ、また、第１分析部１７１−１と第２分析部１７１−２との間における周波数誤差を無くすことができる。

（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。第１実施形態と比較して、第２実施形態における光ファイバ特性測定装置は、演算部１７０の構成が異なる、このため、第２実施形態の説明において、上記の第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４は、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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。

被測定光ファイバＦ内のある特定の１つの位置の特性を観測するには、被測定光ファイバＦ内に相関ピークが一つだけあるような状態にしなければならない。そのためには、光源部１０が出力する連続光の変調周波数を下げて、相関ピークの間隔を被測定光ファイバ長よりも広めて測定範囲を広げる必要がある。しかしながら、測定範囲を広げることは、空間分解能の低下を招く。空間分解能の低下を防ぐためには連続光の変調振幅を大きくする必要があるが、この変調振幅の大きさには限度があるため、被測定光ファイバがある程度の長さを有する場合には高い空間分解能による特性の測定が困難となる。そこで、従来技術の測定装置では、被測定光ファイバの特性を測定するスペクトルアナライザに電気スイッチ（時間ゲート手段）を接続し、この電気スイッチを用いて、スペクトルアナライザに測定データを出力するタイミングを制御していた。
これに対して、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においては、第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２の実行と停止を制御する制御部１７５を演算部１７０に設けることで、被測定光ファイバＦがある程度の長さを有する場合にも特性の測定を可能としている。

制御部１７５は、第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２の実行と停止を制御する。被測定光ファイバＦ内に複数の相関ピークが存在する場合、制御部１７５は、第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２が、複数の相関ピークの中で、被測定光ファイバＦの測定対象となる位置で発生したブリルアン散乱に基づく相関ピークのみに関連するスペクトルを生成するように、第１分析部１７１−１および第２分析部１７１−２の実行と停止を制御する。

以上説明した第２実施形態の光ファイバ特性測定装置によれば、制御部１７５を設けることで、従来技術における電気スイッチ（時間ゲート手段）が不要となり、コストダウンや挿入損失を改善することができる。

（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。第１実施形態と比較して、第３実施形態における光ファイバ特性測定装置は、演算部１７０の構成が異なる、このため、第３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５は、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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。第１実施形態における第１分析部１７１−１、第２分析部１７１−２、および合成部１７３に代えて、第３実施形態における演算部１７０は、第１調整部１７６−１、第２調整部１７６−２、第１変換部１７７−１、および第２変換部１７７−２を備えている。

第１調整部１７６−１は、局部発振部１７２から入力された所定の周波数信号を用いて第１ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる。第２調整部１７６−２は、局部発振部１７２から入力された所定の周波数信号を用いて第２ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる。後方散乱光および参照光は、１０ＧＨｚを超える高周波であるため、第１変換部１７７−１および第２変換部１７７−２において変換処理を行う前に、扱いやすい周波数へ周波数変換する必要がある。第１調整部１７６−１および第２調整部１７６−２は、例えば、電気ミキサを用いる。

第１変換部１７７−１は、第１調整部１７６−１から入力された第１ビート成分を第１パワースペクトルに変換する。第２変換部１７７−２は、第２調整部１７６−２から入力された第２ビート成分を第２パワースペクトルに変換する。第１変換部１７７−１および第２変換部１７７−２は、例えば、高速フーリエ変換（FFT: Fast Fourier Transform）を行う。測定部１７４は、第１変換部１７７−１から入力された第１パワースペクトルと、第２変換部１７７−２から入力された第２パワースペクトルとを用いて、被測定光ファイバＦの長さ方向における特性、例えば、歪み分布等を測定する。

以上説明した第３実施形態の光ファイバ特性測定装置によれば、第１調整部１７６−１、第２調整部１７６−２、第１変換部１７７−１および第２変換部１７７−２を用いて、後方散乱光および参照光の偏波状態に依存しない測定結果（被測定光ファイバＦの長さ方向における特性データ）を短い測定時間で得ることができる。

（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。第１実施形態と比較して、第４実施形態における光ファイバ特性測定装置は、光分岐部２０と、導光部３０との間に、第３調整部１９０を設ける点および演算部１７０の構成が異なる、このため、第４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６は、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概略構成を示すブロック図である。図７は、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が備える演算部の概略構成を示すブロック図である。

第３調整部１９０は、光分岐部２０から入力されたポンプ光の周波数を、予め規定された周波数に上げ、あるいは下げる。第３調整部１９０は、例えば、周波数シフタを用いる。また、第３調整部１９０は、参照光の周波数を上げ、あるいは下げるように、光分岐部２０と、第２光分離部８０との間に設けられてもよい。

第４実施形態における光ファイバ特性測定装置の演算部は、例えば、第１変換部１７７−１と、第２変換部１７７−２と、測定部１７４とを備えている。第１変換部１７７−１は、周波数変換されたポンプ光を被測定光ファイバＦに入射させることにより得られる後方散乱光および参照光のｐ偏波に関する第１ビート成分を第１パワースペクトルに変換する。第２変換部１７７−２は、周波数変換されたポンプ光を被測定光ファイバＦに入射させることにより得られる後方散乱光および参照光のｓ偏波に関する第２ビート成分を第２パワースペクトルに変換する。第１変換部１７７−１および第２変換部１７７−２は、例えば、高速フーリエ変換を行う。測定部１７４は、第１変換部１７７−１から入力された第１パワースペクトルと、第２変換部１７７−２から入力された第２パワースペクトルとを用いて、被測定光ファイバＦの長さ方向における特性、例えば、歪み分布等を測定する。

以上説明した第４実施形態の光ファイバ特性測定装置によれば、第３調整部１９０、第１変換部１７７−１、および第２変換部１７７−２を用いて、後方散乱光および参照光の偏波状態に依存しない測定結果（被測定光ファイバＦの長さ方向における特性データ）を短い測定時間で得ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明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。例えば、光遅延部７０は光分岐部２０と第２光分離部８０の間にあるものとして説明しているが、光分岐部２０と導光部３０の間に置くこともできる。

１……光ファイバ特性測定装置、１０……光源部、２０……光分岐部、３０……導光部、４０……光方向性結合部、５０……光コネクタ、６０……第１光分離部、７０……光遅延部、８０……第２光分離部、９０……第１干渉部、１００……第２干渉部、１１０……第１光電変換部、１２０……第２光電変換部、１３０……第３光電変換部、１４０……第４光電変換部、１５０……第１増幅部、１６０……第２増幅部、１７０……演算部、１７１−１……第１分析部、１７１−２……第２分析部、１７２……局部発振部、１７３……合成部、１７４……測定部、１７５……制御部、１７６−１……第１調整部、１７６−２……第２調整部、１７７−１……第１変換部、１７７−２……第２変換部、１８０……表示部、１９０……第３調整部

Claims (8)

1. 周波数変調された連続光を出力する光源部と、
   前記連続光を、ポンプ光と、参照光とに分岐させる光分岐部と、
   前記ポンプ光を被測定光ファイバの一端から入射させる導光部と、
   前記被測定光ファイバ内の前記ポンプ光のブリルアン散乱により発生した後方散乱光を、互いに直交する直線偏光である第１散乱光と第２散乱光とに分離する第１分離部と、
   前記参照光を、前記第１散乱光と同じ偏光である第１参照光と、前記第２散乱光と同じ偏光である第２参照光とに分離する第２分離部と、
   前記第１散乱光と、前記第１参照光とを干渉させ、第１ビート成分を得る第１干渉部と、
   前記第２散乱光と、前記第２参照光とを干渉させ、第２ビート成分を得る第２干渉部と、
   前記第１ビート成分と、前記第２ビート成分とに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する演算部と、
   を備える光ファイバ特性測定装置。
2. 前記演算部は、
   前記被測定光ファイバ内における第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記第１ビート成分の第１スペクトルを測定する第１分析部と、
   前記第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記第２ビート成分の第２スペクトルを測定する第２分析部と、
   前記第１スペクトルと、前記第２スペクトルとを合成して合成スペクトルを生成する合成部と、
   前記合成スペクトルに基づいて、前記第１位置における前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   を備える、請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
3. 前記合成部は、前記第１スペクトルの周波数成分を二乗して得られる第１成分強度と、前記第２スペクトルの同一周波数成分を二乗して得られる第２成分強度とを加算する処理を、周波数を変えながら行うことで前記合成スペクトルを生成する、請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
4. 前記演算部は、
   前記第１分析部および第２分析部の実行と停止とを制御する制御部をさらに備え、
   前記後方散乱光と前記参照光との周波数差が時間的に変動しない相関ピーク点が被測定光ファイバ内に複数存在する場合、前記制御部は、複数の前記相関ピーク点の中で、必要とする一つの相関ピーク点である第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく相関ピークに関連する前記第１ビート成分の第１スペクトルを測定するように前記第１分析部の実行と停止を制御し、前記第１位置で発生したブリルアン散乱光に基づく前記相関ピークに関連する前記第２ビート成分の第２スペクトルを測定するように前記第２分析部の実行と停止を制御する、請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
5. 前記演算部は、
   所定の周波数信号を出力する発振部と、
   前記所定の周波数信号を用いて前記第１ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第１調整部と、
   前記所定の周波数信号を用いて前記第２ビート成分の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第２調整部と、
   前記第１調整部から入力された前記第１ビート成分を、第１パワースペクトルに変換する第１変換部と、
   前記第２調整部から入力された前記第２ビート成分を、第２パワースペクトルに変換する第２変換部と、
   前記第１パワースペクトルおよび前記第２パワースペクトルに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   を備える、請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
6. 前記ポンプ光および前記参照光のいずれか一方の周波数帯域を、予め規定された周波数帯域に下げる第３調整部をさらに備える、請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
7. 前記演算部は、
   前記第１ビート成分を、第１パワースペクトルに変換する第１変換部と、
   前記第２ビート成分を、第２パワースペクトルに変換する第２変換部と、
   前記第１パワースペクトルおよび前記第２パワースペクトルに基づいて、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
   を備える、請求項６記載の光ファイバ特性測定装置。
8. 前記第１変換部は、前記第１ビート成分を高速フーリエ変換して、前記第１パワースペクトルを求め、
   前記第２変換部は、前記第２ビート成分を高速フーリエ変換して、前記第２パワースペクトルを求める、請求項５または７記載の光ファイバ特性測定装置。

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