JPH02238339A - Method and apparatus for evaluating characteristic of optical fiber - Google Patents

Method and apparatus for evaluating characteristic of optical fiber

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JPH02238339A
JPH02238339A JP6034389A JP6034389A JPH02238339A JP H02238339 A JPH02238339 A JP H02238339A JP 6034389 A JP6034389 A JP 6034389A JP 6034389 A JP6034389 A JP 6034389A JP H02238339 A JPH02238339 A JP H02238339A
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JP
Japan
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signal light
light
optical fiber
signal
raman
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JP6034389A
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Japanese (ja)
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Tsuneo Horiguchi
常雄 堀口
Mitsuhiro Tatsuta
立田 光廣
Toshio Kurashima
利雄 倉嶋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To improve the accuracy in characteristic evaluation of optical fiber to be measured by analyzing the signal waveform of the second signal light which is affected by Raman light amplification action when the second signal light and the modulated first signal light are propagated in the optical fiber in the opposing manner. CONSTITUTION:First signal light S1 which undergoes amplitude modulation in pulse pattern is emitted from a first light source 1. The signal light S1 is coupled into an optical fiber to be measured 3 at a fiber end 3-1 through a synthesizing and splitting device 4. Meanwhile, second signal light S2 from a second light source 2 is coupled into the optical fiber 3 at a fiber end 3-2. When the Raman frequency shift inherent to the optical fiber 3 is made to be fR, the frequencies f1 and f2 are adjusted so that f1-f2=fR is obtained. In this way, the signal light S2 undergoes Raman light amplification by the signal light S1. The change in waveform is detected with a photodetector 5, and the characteristics of the optical fiber are evaluated. At this time, the change in waveform becomes the value of 100-1,000 times in comparison with conventional OTDR, and the highly accurate evaluation can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光ファイバの損失、光ファイバに含まれる成
分、光ファイバに加わった張力の変化、温度変化の影響
等の、光ファイバの長手方向にわたる各種特性の分布を
評価する方法およびそのための装置に関するものである
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to optical fiber loss, components contained in the optical fiber, changes in tension applied to the optical fiber, effects of temperature changes, etc. The present invention relates to a method for evaluating the distribution of various characteristics over a direction, and an apparatus therefor.

[従来の技術] 光フブイバの長手方向の損失分布を測定する方法として
、光ファイバ中で発生する後方レーリー散乱光を検出す
るOTDR (たとえば、M.κ.Barnoski,
  et  al..   “Optical  ti
me  domainreflectometer  
”  Appl.  Opt.,  Vo1.16,p
p.2375〜2379.1977参照)がある。OT
DRが、時間領域での解析を行うのに対し、後方レーリ
ー散乱光を周波数領域で解析を行うOFDR(たとえば
F.P.κapron.et  al.,   ′As
pect  of  optical  freque
ncy−domainreflectometry  
 ,Tech Digest of I00G’81,
P.106. 1981参照)も提案されている。OT
DR,OFDRとともに、その技術は完成の域に達しつ
つある。
[Prior Art] As a method for measuring the loss distribution in the longitudinal direction of an optical fiber, an OTDR (for example, M. K. Barnoski,
et al. .. “Optical Ti
me domain reflectometer
” Appl. Opt., Vo1.16, p.
p. 2375-2379.1977). O.T.
DR performs analysis in the time domain, whereas OFDR analyzes backward Rayleigh scattered light in the frequency domain (for example, F.P.κapron.et al., 'As
pect of optical frequency
ncy-domain reflectometry
,Tech Digest of I00G'81,
P. 106. 1981) have also been proposed. O.T.
Along with DR and OFDR, this technology is nearing completion.

また、光ファイバの長手方向にわたる温度分布を測定す
る方法としては、光ファイバ中で発生する後方レーリー
散乱光強度あるいは、後方ラマン散乱光強度の温度によ
る変化をOTDHにより検出する方法(たとえば、それ
ぞれ、A.H.llartog,“^distribu
ted temperature sensor ba
sed on1iquidcore  optical
  fibers    ,  J.Ligtwave
Technol.. LT−1, pp.498−50
9.1983および、J.P.Dakin at al
.,  ’Distributed opticalf
ibre Raman temperature se
nsor using asemiconductor
 light source and detecto
rElectoron. Lett., Vol.21
, pp.569−570.1985参照)がある. [発明が解決しようとする課題] しかし、後方レーリー散乱光および後方ラマン散乱光は
非常に微弱なため、平均化処理等により、受信信号のS
N比改善を行なっても、その測定精度を高めることは非
常に困難である。
In addition, as a method for measuring the temperature distribution over the longitudinal direction of an optical fiber, there is a method of detecting a temperature-dependent change in the intensity of backward Rayleigh scattered light or the intensity of backward Raman scattered light generated in the optical fiber using OTDH (for example, A.H. llartog, “^distribu
ted temperature sensor ba
sed on1quidcore optical
fibers, J. Lightwave
Technol. .. LT-1, pp. 498-50
9.1983 and J. P. Dakin at al.
.. , 'Distributed optical
ibre Raman temperature se
nsor using asemiconductor
light source and detect
rElectron. Lett. , Vol. 21
, pp. 569-570.1985). [Problem to be solved by the invention] However, since the backward Rayleigh scattered light and the backward Raman scattered light are very weak, the S of the received signal is
Even if the N ratio is improved, it is very difficult to increase the measurement accuracy.

そこで、本発明の目的は、光ファイバの損失、光ファイ
バに含まれる成分、光ファイバに加わった張力の変化、
温度変化の影響等の、光ファイバの長手力向にわたる各
種特性の分布を高精度で測定可能な、光ファイバの特性
評価方法およびそのための装置を提供することにある。
Therefore, the purpose of the present invention is to reduce loss in optical fibers, components contained in optical fibers, changes in tension applied to optical fibers,
An object of the present invention is to provide a method for evaluating characteristics of an optical fiber and an apparatus therefor, which can measure the distribution of various characteristics over the longitudinal force direction of an optical fiber, such as the influence of temperature changes, with high precision.

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、被測定光
ファイバ中を対向して伝搬する変調された第1光源から
の第1信号光と第2光源からの第2信号光との間の、ラ
マン光増幅という非線形相互作用を利用し、ラマン光増
幅作用の効果をうけた第2信号光の信号波形を解析する
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention provides modulated first signal light from a first light source and a second light source that propagate oppositely in an optical fiber to be measured. The signal waveform of the second signal light that has been affected by the Raman light amplification effect is analyzed using the nonlinear interaction called Raman light amplification between the second signal light and the second signal light from the Raman light amplification effect.

すなわち、本発明の第1形態は、第1光源からの変調さ
れた光の形態の第1信号光を被測定光ファイバ中に入射
させ、第2・光源からの第2信号光を被測定光ファイバ
中を第1信号と対向して伝搬させて、第1信号光と第2
信号光との間にラマン光増幅作用を生じさせ、ラマン光
増幅作用を受けた第2信号光を検出し、その検出された
第2信号光に基づいて、ラマン光増幅作用により生じた
第2信号光の時間的波形変化あるいは振幅および位相変
化を解析することにより、被測定光ファイバの特性を評
価することを特徴とする。
That is, in the first embodiment of the present invention, the first signal light in the form of modulated light from the first light source is input into the optical fiber to be measured, and the second signal light from the second light source is input into the optical fiber to be measured. The first signal light and the second signal light are propagated through the fiber in opposition to the first signal light.
A Raman light amplification effect is generated between the signal light and the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect, and the second signal light generated by the Raman light amplification effect is detected based on the detected second signal light. It is characterized by evaluating the characteristics of the optical fiber under test by analyzing temporal waveform changes or amplitude and phase changes of signal light.

本発明の第2形態は、被測定光ファイバ中における第1
信号光および第2信号光の速度を、それぞれ、■,およ
びv2とし、その平均速度Vを、2/v− (t/v+
)+ (1/v2)で定義し、被測定光ファイバの長さ
をLとし、先ず、第1光源からの変調ざれた光の形態の
第1信号光を被測定光ファイバ中に被測定光ファイバの
一方の第1端末から入射させ、第2光源からの第2信゛
号光を被測定光ファイバ中に被測定光ファイバの他方の
第2端末から入射させることにより、第2信号光を第1
信号光と、対向して、被測定光ファイバ中を伝搬させて
、第1信号光と第2信号光との間にラマン光増幅作用を
生じさせ、第1信号光が、被測定光ファイバの第1端末
に入射した時刻をjlnとし、被測定光ファイバの第1
端末から被測定光ファイバに沿って距lm z Ill
tれた位置へ、第1信号光が伝搬し、その位置において
第1信号光によりラマン光増幅の作用を受けた第2信号
光が、被測定光ファイバの第1端末に達する時刻をta
u tとし、時刻Fnから時刻tou tまでの時間を
j(−jout−j+n−2z/v)とし、ラマン光増
幅作用を受け、被測定光ファイバの第1端末を通過した
第2信号光を検出し、その検出された第2信号光に基づ
いて、ラマン光増幅作用により生じた第2信号光の時間
的波形変化を”PI (vt/z) とし、次に、第1
光源からの変調された光の形態の第1信号光を被測定光
ファイバ中に被測定光ファイバの第2端末から入射させ
、第2光源からの第2信号光を、被測定光ファイバ中に
被測定光ファイバの第1端末から入射させることにより
、第2信号光を第1信号光と対向して、被測定光ファイ
バ中を伝搬させて、第1信号光と第2信号光との間にラ
マン光増幅作用を生じさせ、第1信号光が、被測定光フ
ァイバの第2端末に入射した時刻を j’ Inとし、
被測定光ファイバの第2端末から被測定光ファイバに沿
って距fiZ’離れた位置へ、第1信号光が伝搬し、そ
の位置において第1信号光によりラマン光増幅の作用を
受けた第2信号光が、被測定光ファイバの第2端末に達
する時刻をt′。.とじ、時刻j’ Inから時刻し 
outまでの時間を t’  (− t’。uL− j
’ In−2z’ /v)とし、ラマン光増幅作用を受
け、被測定光ファイバの第2端末を通過した第2信号光
を検出し、その検出された第2信号光に基づいて、ラマ
ン光増幅作用により生じた第2信号光の時間的波形変化
をWP2(vt’ /2) とし、時間的波形変化WP
+(vt/2)と、時間的波形変化W,.2 (vt’
 /2)に変数変換( vt’ /2−L−vt/2 
)を施した時間的波形変化WP2 (L−vt/2) 
 との積、iyp, (vt/2) WP2 (L−v
t/2)から、被測定光ファイバにおけるラマン利得を
変化させる要因の、被測定光ファイバの長手方向にわた
る分布を求め、WP+(vt/2),とWP2 (L−
vt/2)の比、WP+ (vt/2)/WP2(L−
vt/2)から、被測定光ファイバの損失を求めること
を特徴とする。
A second aspect of the present invention provides a first method in the optical fiber to be measured.
Let the speeds of the signal light and the second signal light be ■ and v2, respectively, and the average speed V is 2/v- (t/v+
) + (1/v2), and the length of the optical fiber to be measured is L. First, the first signal light in the form of modulated light from the first light source is injected into the optical fiber to be measured. The second signal light is inputted from one first terminal of the fiber, and the second signal light from the second light source is inputted into the optical fiber to be measured from the other second terminal of the optical fiber to be measured. 1st
The first signal light is propagated in the optical fiber under test opposite to the signal light to cause a Raman light amplification effect between the first signal light and the second signal light, and the first signal light is propagated through the optical fiber under test. The time of incidence on the first terminal is jln, and the first
Distance lm z Ill from the terminal along the optical fiber under test
The time at which the first signal light propagates to the position at which the second signal light is subjected to Raman light amplification by the first signal light at that position reaches the first terminal of the optical fiber to be measured is ta.
ut, and the time from time Fn to time tout is j (-jout-j+n-2z/v), and the second signal light that has undergone Raman optical amplification and passed through the first terminal of the optical fiber under test is Based on the detected second signal light, the temporal waveform change of the second signal light caused by the Raman light amplification effect is defined as "PI (vt/z)", and then the first
A first signal light in the form of modulated light from a light source is input into the optical fiber under test from a second terminal of the optical fiber under test, and a second signal light from the second light source is input into the optical fiber under test. By inputting the second signal light from the first terminal of the optical fiber to be measured, the second signal light is propagated through the optical fiber to be measured, facing the first signal light, and the signal light is transmitted between the first signal light and the second signal light. The time when the first signal light enters the second terminal of the optical fiber to be measured is j' In,
The first signal light propagates from the second terminal of the optical fiber to be measured to a position a distance fiZ' apart along the optical fiber to be measured, and at that position, the second signal light is subjected to Raman light amplification by the first signal light. The time when the signal light reaches the second terminal of the optical fiber to be measured is t'. .. Binding, start time from time j' In.
The time until out is t' (- t'. uL- j
'In-2z' /v), the second signal light that is subjected to the Raman light amplification effect and has passed through the second terminal of the optical fiber to be measured is detected, and the Raman light is generated based on the detected second signal light. The temporal waveform change of the second signal light caused by the amplification effect is WP2 (vt' /2), and the temporal waveform change WP
+(vt/2) and the temporal waveform change W, . 2 (vt'
/2) to variable conversion (vt' /2-L-vt/2
) Temporal waveform change WP2 (L-vt/2)
Product, iyp, (vt/2) WP2 (L-v
t/2), find the distribution of factors that change the Raman gain in the optical fiber under test in the longitudinal direction of the optical fiber under test, and calculate WP+(vt/2), and WP2(L-
vt/2), WP+ (vt/2)/WP2(L-
The method is characterized in that the loss of the optical fiber to be measured is determined from (vt/2).

本発明の第3形態は、被測定光ファイバは、複数のラマ
ン周波数シフトfRH(n=1、2,・・・)を有し、
第1信号光と第2信号光の光周波数差を、ラマン周波数
シフトの一つfRI に合わせることにより、第1信号
光と第2信号光の間にラマン光増幅作用を生しさせ、ラ
マン光増幅作用を受けた第2信号光を検出し、その検出
された第2信号光の時間的波形変化をW,とし、次に、
第1信号光と第2信号光の光周波数差を、ラマン周波数
シフトの内の他の一つfn」(≠fRI)に合わせるこ
とにより、第1信号光と第2信号光の間にラマン光増幅
作用を生じさせ、ラマン光増幅作用を受けた第2信号光
を検出し、その検出された第2信号光の時間的波形変化
をWjとし、時間波形変化のW,とW」の比を解析する
ことにより、被測定光ファイバにおけるラマン利得を変
化させる要因の、被測定光ファイバの長手方゜向にわた
る分布を、被測定光ファイバの損失特性から分離して評
価することを特徴とする。
In a third aspect of the present invention, the optical fiber to be measured has a plurality of Raman frequency shifts fRH (n=1, 2,...),
By adjusting the optical frequency difference between the first signal light and the second signal light to fRI, one of the Raman frequency shifts, a Raman light amplification effect is produced between the first signal light and the second signal light, and the Raman light Detect the second signal light that has been amplified, and let the temporal waveform change of the detected second signal light be W, and then,
By adjusting the optical frequency difference between the first signal light and the second signal light to the other one of the Raman frequency shifts fn'' (≠fRI), the Raman light is shifted between the first signal light and the second signal light. Amplification is caused and the second signal light that has undergone the Raman light amplification is detected, and the temporal waveform change of the detected second signal light is Wj, and the ratio of the temporal waveform changes W and W is By analyzing, the distribution of factors that change the Raman gain in the optical fiber under test over the longitudinal direction of the optical fiber under test is evaluated separately from the loss characteristics of the optical fiber under test.

本発明の第4形態は、変調された光の形態の第1信号光
を発生する第1光源と、被測定光ファイバ中を第1信号
光と対向して伝搬する第2信号光を出射する第2光源と
、第1信号光を被測定光ファイバに入射させ、および第
1信号光と第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用
を受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、合波手段
からのラマン光増幅作用を受けた第2信号光を電気信号
に変換する光検出手段と、光検出手段により検出された
信号の時間的波形あるいは振幅および位相を処理して解
析するための信号処理手段とを真備したことを特徴とす
る。
A fourth aspect of the present invention includes a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light, and a second signal light that propagates opposite to the first signal light in an optical fiber to be measured. A second light source and a multiplexer/demultiplexer that inputs the first signal light into the optical fiber to be measured and extracts the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. means, a light detection means for converting the second signal light subjected to the Raman light amplification effect from the multiplexing means into an electrical signal, and processing the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the light detection means. It is characterized by being equipped with signal processing means for analysis.

本発明の第5形態は、変調された光の形態の第1信号光
を発生する第1光源と、被測定光ファイバ中を第1信号
光と対向して伝搬する第2信号光を出射する第2光源と
、第1信号光を被測定光ファイバに入射させ、および第
1信号光と第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用
を受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、合分波手
段からのラマン光増幅作用を受けた第2信号光を受け、
当該ラマン光増幅作用を受けた第2信号光の光周波数は
通過させるが、第1イエ号光の光周波数は遮断する光周
波数フィルタと、光周波数フィルタからの出力光を電気
信号に変換する光検出手段と、光検出手段により検出さ
れた信号の時間的波形あるいは振幅および位相を処理し
て解析するための信号処理手段とを具備したことを特徴
とする。
A fifth aspect of the present invention includes a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light, and a second signal light that propagates opposite to the first signal light in an optical fiber to be measured. A second light source and a multiplexer/demultiplexer that inputs the first signal light into the optical fiber to be measured and extracts the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. and receiving a second signal light subjected to Raman light amplification from the multiplexing/demultiplexing means,
an optical frequency filter that passes the optical frequency of the second signal light subjected to the Raman optical amplification effect but blocks the optical frequency of the first signal light; and an optical frequency filter that converts the output light from the optical frequency filter into an electrical signal. It is characterized by comprising a detection means and a signal processing means for processing and analyzing the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the photodetection means.

本発明の第6形態は、変調された光の形態の第1信号光
を発生する第1光源と、被測定光ファイバ中を第1信号
光と対向して伝搬する第2信号光を出射する第2光源と
、第1信号光を被測定光ファイバに入射させ、および第
1信号光と第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用
を受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、合分波手
段からのラマン光増幅作用を受けた第2信号光を受け、
当該ラマン光増幅作用を受けた第2信号光の光周波数は
通過させるが、第1信号光の光周波数は遮断する光周波
数フィルタと、光周波数フィルタからの出力光を電気信
号に変換する光検出手段と、光検出手段により検出され
た信号の時間的波形あるいは振幅および位相を処理して
解析するための信号処理手段と、第1信号光および第2
信号光の少なくとも一方の偏波状態を変化させる手段と
を具備したことを特徴とする。
A sixth aspect of the present invention includes a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light, and a second signal light that propagates in an optical fiber to be measured in opposition to the first signal light. A second light source and a multiplexer/demultiplexer that inputs the first signal light into the optical fiber to be measured and extracts the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. and receiving a second signal light subjected to Raman light amplification from the multiplexing/demultiplexing means,
an optical frequency filter that passes the optical frequency of the second signal light subjected to the Raman optical amplification effect but blocks the optical frequency of the first signal light; and a photodetector that converts the output light from the optical frequency filter into an electrical signal. means, a signal processing means for processing and analyzing the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the optical detection means, and a first signal light and a second signal light.
It is characterized by comprising means for changing the polarization state of at least one of the signal lights.

[作 用] ラマン光増幅の原理は以下の通りである。[Work] The principle of Raman light amplification is as follows.

ある物質、たとえば光ファイバに光を入射すると、光フ
ァイバを構成する材料成分の固有振動数だけ周波数がず
れた光が発生する。入射光よりも低周波側にずれた光を
ストークス光、高周波側にずれた光を反ストークス光と
呼ぶ。また、その周波数シフト量(ラマン周波数シフト
)は、個々の物質によって決まっていて、およそ100
〜4000cm−’  (cm−’は波数の単位で、周
波数に比例し、1c+n−’ は3 0 G tl z
に相当する)の範囲にある。光の入射強度を更に強める
と、位相の揃ったストークス光が得られる。これが、話
導ラマン散乱という現象である。
When light is incident on a certain substance, for example, an optical fiber, light is generated whose frequency is shifted by the natural frequency of the material components that make up the optical fiber. Light shifted to the lower frequency side than the incident light is called Stokes light, and light shifted to the higher frequency side is called anti-Stokes light. In addition, the amount of frequency shift (Raman frequency shift) is determined by each individual substance, and is approximately 100
~4000cm-'(cm-' is a unit of wave number and is proportional to frequency, 1c+n-' is 30 G tl z
(equivalent to). If the incident light intensity is further increased, phase-aligned Stokes light can be obtained. This is a phenomenon called guided Raman scattering.

従って、第1信号光(光周波数をf,とする)と第2信
号光(光周波数をf2とする)の光周波数差が、ラマン
周波数シフト(fR)と一致するようにすると、上記の
話導ラマン敗乱を介して、f,−f2−fpのときは第
2信号光を、また、f2−f,・fRのときは第1信号
光を、ラマン光増幅することが可能となる。
Therefore, if the optical frequency difference between the first signal light (optical frequency is f) and the second signal light (optical frequency is f2) is made to match the Raman frequency shift (fR), the above problem can be solved. Through the guided Raman disturbance, it becomes possible to amplify the second signal light when f, -f2-fp, and to amplify the first signal light when f2-f, .fR.

このように、本発明はラマン光増幅という非線形効果に
より生した信号光の波形変化から光ファイバの特性を評
価するものであり、OTDRあるいはOFORのように
線形散乱効果により生じる、被測定光ファイバからの微
弱な後方レーリー散乱光あるいは後方ラマン散乱光を測
定することにより、光ファイバの長手力向の損失分布、
温度分布を評価する従来技術とは大きく異なる。
As described above, the present invention evaluates the characteristics of an optical fiber from the change in the waveform of the signal light caused by the nonlinear effect of Raman light amplification. By measuring the weak backward Rayleigh scattered light or backward Raman scattered light, the loss distribution in the longitudinal force direction of the optical fiber can be determined.
This is significantly different from conventional technology that evaluates temperature distribution.

[実施例] 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。[Example] Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

実施例1 第1図は本発明の実施例1を示す。ここで、1はパルス
状に振幅変調されたパルス光(第1信号光)を発生する
第1光源である。第1光源は、たとえば直接パルス変調
された半導体レーザあるいはパルス発振のNd:YAG
レーザ、カラーセンタレザ、色素レーザ等である。2は
第2信号光を発生するCW発振の第2光源であり、例え
ば、CW発振の半導体レーザあるいはCW発振のNd:
YAGレーザ、カラーセンタレーザ、色素レーザ等であ
る。3は被測定光ファイバ、4は合分波器、5は光検出
器、6は光検出器5からの電気信号を受けてその信号の
時間的波形あるいは振幅および位相を処理して解析する
信号処理装置である。
Example 1 FIG. 1 shows Example 1 of the present invention. Here, 1 is a first light source that generates pulsed light (first signal light) whose amplitude is modulated in a pulsed manner. The first light source is, for example, a directly pulse-modulated semiconductor laser or a pulsed Nd:YAG laser.
These include lasers, color center lasers, dye lasers, etc. 2 is a CW oscillation second light source that generates a second signal light, for example, a CW oscillation semiconductor laser or a CW oscillation Nd:
These include YAG laser, color center laser, dye laser, etc. 3 is an optical fiber to be measured, 4 is a multiplexer/demultiplexer, 5 is a photodetector, and 6 is a signal that receives an electrical signal from the photodetector 5 and processes and analyzes the temporal waveform or amplitude and phase of the signal. It is a processing device.

この評価装置の動作は以下の通りである。The operation of this evaluation device is as follows.

第1光源1から出射したパルス状の光、すなわち第1信
号光S1は、合分波器4を介して被測定光ファイバ3に
結合される。他方、第2光源2からの出射光、すなわち
第2信号光s2は、第1信号光S1が結合した被測定光
ファイバ3の端末(第1端末)3−1とは反対側の端末
(第2端末)3−2から、被測定光ファイバ3に結合さ
れる。このとき、第1信号光S1の光周波数f.と第2
信号光s2の光周波数f2は、 f +−f2−f*                
       (1)となるよう、予め第1光源1と第
2光源2の光周波数を調節しておく。ここでfRは被測
定光ファイバ3に固有のラマン周波数シフトであり、例
えば、石英系の光ファイバであれば、およそ430cm
− ’である。式(1) が満足ざれているとき、第2
信号光S2は第1信号光S1によりラマン光増幅される
。このとぎ、光検出器5により検出される第2信号光S
2の波形は以下のように導かれる。
Pulsed light emitted from the first light source 1, that is, the first signal light S1, is coupled to the optical fiber 3 to be measured via the multiplexer/demultiplexer 4. On the other hand, the emitted light from the second light source 2, that is, the second signal light s2, is transmitted to the terminal (first terminal) opposite to the terminal (first terminal) 3-1 of the optical fiber under test 3 to which the first signal light S1 is coupled. 2 terminal) 3-2, and is coupled to the optical fiber 3 to be measured. At this time, the optical frequency f of the first signal light S1. and second
The optical frequency f2 of the signal light s2 is f + - f2 - f *
(1) The optical frequencies of the first light source 1 and the second light source 2 are adjusted in advance. Here, fR is a Raman frequency shift specific to the optical fiber 3 to be measured; for example, in the case of a quartz-based optical fiber, it is approximately 430 cm.
-' is. When formula (1) is satisfied, the second
The signal light S2 is Raman optically amplified by the first signal light S1. At this point, the second signal light S detected by the photodetector 5
The waveform of 2 is derived as follows.

ラマン光増幅による第2信号光S2に対する、位置Zに
おける利得gは、 g−1<<1のとき、 g=t  十AP I(z)            
            (2)と表わされる。ここで
、Aは比較係数、Zは被測定光ファイバ3中を伝搬する
第1信号光St(パルス信号)が存在する位置を表わし
、ここでは、第1信号光Stが、被測定光ファイバ3の
端末3−1に入射する位置を基準として定めるものとす
る。P(Z)は位置乙における第1信号光s1の光パワ
ーである。同様に、P2 (z)を第2信号光s2の位
置乙における光パワーとする。信号光S1、S2に対す
る被測定光ファイバ3の光損失をそれぞれ、α[nep
er/ml 、α2 [neper/m]とする。また
、被測定光ファイバ3の長さをL[mlとする。このと
き、p+(z)  =P+(o)  ・exp( −a
lz)      (3−1)h(Z) =P2(L)
  − exp[− a2(L−z)]    (3−
2)となる。式(2)、式(3)、および位置Oyz間
の光ファイバ損失による第2信号光S2の減衰率exp
 (一α2Z)を考慮すると、光検出器5に人躬する第
2信号光S2のバワーP2(Z)は、P2 (Z) ;
g−h (Z) ”eXp (− Q 2Z)=P2(
L)・exp( −Q2L) 十八・P,(o)−P2(L)−exp(−  Q2L
)・eXp(−  α+Z)  (4)となる。ここセ
、第2信舟光S2が合分波器4を通過ずるとぎの損失は
無視した。式(4)の右辺における第1項は、直流成分
であり、第2項がラマン光増幅により増加した成分であ
る。第1信号光S1が被測定光ファイバ3に入射してか
ら、乙の位置でラマン光増幅された第2信号光S2が光
検出器5で検出されるまでの時間tは、信号光51,S
2に対ずる、被測定光ファイバ中3の光速を、それそわ
、VI.V2とし、その平均速度を■とすると、t =
 2z/v               (5−1)
2/v−1/v,+l/v2            
          (5−2)であるから、受光信号
レベルの波形は、第2図のようになる。
The gain g at position Z for the second signal light S2 due to Raman optical amplification is: When g-1<<1, g=t 1 AP I(z)
It is expressed as (2). Here, A represents a comparison coefficient, and Z represents the position where the first signal light St (pulse signal) propagating in the optical fiber under test 3 is present. It is assumed that the position of incidence on the terminal 3-1 is determined as a reference. P(Z) is the optical power of the first signal light s1 at position B. Similarly, let P2 (z) be the optical power of the second signal light s2 at position B. Let α[nep
er/ml and α2 [neper/m]. Further, the length of the optical fiber 3 to be measured is assumed to be L [ml]. At this time, p+(z) =P+(o) ・exp(-a
lz) (3-1)h(Z) =P2(L)
- exp[- a2(L-z)] (3-
2). Equation (2), Equation (3), and attenuation rate exp of the second signal light S2 due to optical fiber loss between the positions Oyz
Considering (-α2Z), the power P2 (Z) of the second signal light S2 that is applied to the photodetector 5 is P2 (Z);
g−h (Z) ”eXp (− Q 2Z)=P2(
L)・exp(-Q2L) 18・P,(o)-P2(L)-exp(-Q2L
)・eXp(− α+Z) (4). Here, the loss caused by the second Shinbune light beam S2 passing through the multiplexer/demultiplexer 4 is ignored. The first term on the right side of equation (4) is a DC component, and the second term is a component increased by Raman light amplification. The time t from when the first signal light S1 enters the optical fiber 3 to be measured until the second signal light S2, which has been Raman amplified at position B, is detected by the photodetector 5 is the time t when the signal light 51, S
VI. Assuming V2 and its average speed as ■, t =
2z/v (5-1)
2/v-1/v, +l/v2
(5-2), the waveform of the received light signal level is as shown in FIG.

第2図において、ラマン光増幅により増加した成分の減
衰率、あるいは、任意の点の受光イ8号1ノベル差から
被測定光ファイバ3の第1信号光S1に対ずる光損失α
1を求めることができる。木発明と従来のOTDRを比
較すると、以下の2点が異なることがすぐにわかる。
In FIG. 2, the optical loss α of the optical fiber 3 to be measured for the first signal light S1 is determined from the attenuation rate of the component increased by Raman light amplification or the difference in light reception at any point.
1 can be found. When comparing the invention and the conventional OTDR, it is immediately clear that the following two points are different.

(1)従来のOTDHによる信号波形のFIFp lI
i[t zに対する減衰率がexp (−2α+z)で
あり、信号レベルが距離Zに対して急速に減衰するのに
対し、本発明での信号波形の減衰率はexp (一α+
z)であり、信号レベルの距ll!tZに対する減衰は
小さい。
(1) FIF p lI of signal waveform by conventional OTDH
The attenuation rate for i[t z is exp (-2α+z), and the signal level attenuates rapidly with distance Z, whereas the attenuation rate of the signal waveform in the present invention is exp (-2α+z).
z) and the signal level distance ll! The attenuation for tZ is small.

(2)式(4)が示すように、第2光源2の光パワーを
増大させることにより、受光信号レベルも増大させるこ
とができる。
(2) As shown in equation (4), by increasing the optical power of the second light source 2, the level of the received light signal can also be increased.

従って、本発明によれば、従来のOTDRに比べて、大
幅に受光信号レベルを増大させることができ、測定精度
が向上する。
Therefore, according to the present invention, the level of the received light signal can be significantly increased compared to the conventional OTDR, and measurement accuracy is improved.

なお、以上の説明では、被測定光ファイバ3に一様な損
失α1,α2を仮定したが、光ファイバの長手方向で損
失が一様でない場合であっても、第1図に示した測定系
により、被測定光ファイバ3の損失の長手方向分布が測
定可能である。すなわち、たとえば、かかる光ファイバ
において、損失が一様な区間毎に、上記考察を行なうこ
とにより測定可能である。
In the above explanation, it is assumed that the optical fiber 3 to be measured has uniform losses α1 and α2, but even if the loss is not uniform in the longitudinal direction of the optical fiber, the measurement system shown in FIG. Accordingly, the longitudinal distribution of loss in the optical fiber 3 to be measured can be measured. That is, for example, in such an optical fiber, the loss can be measured by performing the above consideration for each section where the loss is uniform.

なお、本発明による距離分解能は、第1信号光S1のパ
ルス幅に比例し、例えばそのパルス幅がIonsのとき
の距離分解能は、1mである。これは従来OTDRと同
じである。また、距離分解能は、ラマン利得帯域幅にも
依存するが、石英系ファイバのラマン周波数シフト量は
、200cm−’ ([iMt+z)もあるので、実買
上、ラマン利得帯域幅の影響は無視できる。
Note that the distance resolution according to the present invention is proportional to the pulse width of the first signal light S1, and for example, when the pulse width is Ions, the distance resolution is 1 m. This is the same as the conventional OTDR. The distance resolution also depends on the Raman gain bandwidth, but since the Raman frequency shift amount of a silica fiber is as much as 200 cm-' ([iMt+z), the influence of the Raman gain bandwidth can be ignored in practice.

実施例2 第3図は、第1図に示した木発明の実施例1に対し、光
検出器5の前段に光周波数フィルタ8を配置した本発明
の実施例2を示す。光周波数フィルタ8は、第2信号光
S2の周波数f2は通過させるが、第1信号光S1の周
波数f1は遮断する特性を有するものとする。ラマン周
彼数シフトは、前述のように非常に大きいので、光周波
数フィルタ8としては、誘電体多層膜干渉フィルタや回
折格子等が使える。この実施例2の動作は、第1図の実
施例1とほぼ同じであるが、光周波数フィルタ8の使用
により、以下の効果が得られる。
Embodiment 2 FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention in which an optical frequency filter 8 is disposed before the photodetector 5 in contrast to the first embodiment of the invention shown in FIG. The optical frequency filter 8 has a characteristic of passing the frequency f2 of the second signal light S2 but blocking the frequency f1 of the first signal light S1. Since the Raman frequency shift is very large as described above, a dielectric multilayer interference filter, a diffraction grating, or the like can be used as the optical frequency filter 8. The operation of this second embodiment is almost the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, but by using the optical frequency filter 8, the following effects can be obtained.

(1)第1信号光Slが被測定光ファイバ3を伝搬する
ことにより発生する後方レーリー散乱光(従来のOTD
Rはこれを測定していた)を光検出器5には入射させず
、それが第2信号光S2に対する雑音となることを防ぐ
(1) Backward Rayleigh scattered light (conventional OTD
R) is not incident on the photodetector 5 to prevent it from becoming noise to the second signal light S2.

(2)被測定光ファイバ3の入射端、出射端あるいは被
測定光ファイバ3中のコネクタ接続点等からの、第1信
号光Slの強大なフレネル反射が光検出器5に入射する
ことを防ぐ。通常、過大信号検田時は、検出系の飽和に
より過大信号の裾引き、あるいはオーバーシュートによ
り、過大信号直後の微弱信号が測定できなくなる。すな
わち、デッドゾーンの問題が発生する。しかし、本実施
例2によれば、光周波数フィルタ8の採用により、従来
のOTDRで問題となるこのデッドソーンの問題を解決
できる。
(2) Preventing the strong Fresnel reflection of the first signal light Sl from entering the photodetector 5 from the input end and output end of the optical fiber under test 3 or the connector connection point in the optical fiber under test 3 . Normally, when detecting an excessive signal, the weak signal immediately after the excessive signal cannot be measured due to tailing or overshoot of the excessive signal due to saturation of the detection system. In other words, a dead zone problem occurs. However, according to the second embodiment, by employing the optical frequency filter 8, this dead zone problem, which is a problem in the conventional OTDR, can be solved.

実施例3 第4図は本発明の実施例3を示す。ここで、9は第2信
号光S2の偏波状態を制御する偏波制御装置であり、第
2光源2と被測定光ファイバ3との間に配置する。第1
図および第3図にそれぞれ示した本発明の実施例1およ
び2では、第1および第2信号光S1およびS2の偏波
状態の関係は、被測定光ファイバ3の中で一定であるこ
とを暗黙のうちに仮定していた。しかし、このような条
件が満足されるのは、偏波保持先ファイバのような特殊
な光ファイバか、あるいは、偏波がランダム化されてし
まう多モード光ファイバだけである。
Example 3 FIG. 4 shows Example 3 of the present invention. Here, 9 is a polarization control device that controls the polarization state of the second signal light S2, and is arranged between the second light source 2 and the optical fiber 3 to be measured. 1st
In the first and second embodiments of the present invention shown in FIGS. It was implicitly assumed. However, these conditions are only satisfied with special optical fibers such as polarization-maintaining fibers, or with multimode optical fibers in which polarization is randomized.

方、ラマン光増幅による利得gは、信号光S1と52の
偏波方向が一致するときに最大値をとり、直交するとき
に最小値になるという、偏波依存性を有する。従って、
一般の単一モード光ファイバを測定するときには、第4
図に示すように、偏波制御装置9を設けることが必要と
なる。ここで、利得gは、簡単な解析により、 g−1+〇.5Gmax[l+B−cos  (2θ 
+ φ)1       (6)と求まる。1+Gma
xは信号光Stと52の偏波方向が一致したときに得ら
れる最大の利得を表わす。また、BおよびφはZに依存
する量であり、−1≦B≦1である。θは第2信号光S
2が被測定光ファイバ3に入射するときの、偏波方向で
ある。
On the other hand, the gain g due to Raman optical amplification has polarization dependence, in that it takes a maximum value when the polarization directions of the signal lights S1 and 52 match, and takes a minimum value when they are orthogonal. Therefore,
When measuring a general single mode optical fiber, the fourth
As shown in the figure, it is necessary to provide a polarization control device 9. Here, the gain g is determined by simple analysis as g-1+〇. 5Gmax[l+B-cos (2θ
+φ)1 (6) is found. 1+Gma
x represents the maximum gain obtained when the polarization directions of signal light St and 52 match. Further, B and φ are quantities that depend on Z, and −1≦B≦1. θ is the second signal light S
2 is the polarization direction when it enters the optical fiber 3 to be measured.

通常の光ファイバは、僅かなモード複屈折性があるため
、それを伝搬する光信号の偏波状態は、位置Zによりそ
れぞれ異なる。従って、通常の光ファイバを第1図およ
び第3図に示した実施例1および2の各測定系で測定し
た信号波形は、実際には、第2図ではなく、第5図(A
)に示したように、ゆらいだ波形となる。なお、第5図
(八)〜(C)では、直流成分は省いて示してある。ま
た、横軸は式(5)により、時間を光ファイバの長さに
換算した値で示している。このゆらぎは、被測定光ファ
イバ3の各位置Zでの、信号光StおよびS2の偏波状
態の様子を反映している。
Since a normal optical fiber has slight mode birefringence, the polarization state of the optical signal propagating through it differs depending on the position Z. Therefore, the signal waveforms measured using the measurement systems of Examples 1 and 2 shown in FIGS. 1 and 3 for ordinary optical fibers are actually shown in FIG. 5 (A
), the waveform becomes fluctuating. Note that in FIGS. 5(8) to 5(C), the DC component is omitted. Further, the horizontal axis represents time as a value converted to the length of the optical fiber using equation (5). This fluctuation reflects the state of polarization of the signal lights St and S2 at each position Z of the optical fiber 3 to be measured.

偏波制御装置9は、光源2からの第2信号光S2を直線
偏波にするための偏光子と局波長板とで構成することが
できる。この場合に、局波長板を回転させることにより
、任意の偏波方向の第2信号光S2を被測定光ファイバ
3に入射させることができる。第5図(A)は、第4図
に示した測定系で、ある偏波方向θの直線偏波の第2信
号光S2を被測定光ファイバ3に入射させる実験を行っ
た結果得られた波形を示す。また、第5図(B)は、そ
れと直交する偏波方向θ+π/2の直線偏波の第2信号
光S2を被測定光ファイバ3に入射させたときの波形を
示す。
The polarization control device 9 can be configured with a polarizer and a local wavelength plate for linearly polarizing the second signal light S2 from the light source 2. In this case, by rotating the local wavelength plate, the second signal light S2 in any polarization direction can be made to enter the optical fiber 3 to be measured. FIG. 5(A) is the result of an experiment in which a linearly polarized second signal light S2 with a certain polarization direction θ is incident on the optical fiber 3 under test using the measurement system shown in FIG. Shows the waveform. Further, FIG. 5(B) shows a waveform when a linearly polarized second signal light S2 with a polarization direction θ+π/2 orthogonal thereto is made incident on the optical fiber 3 to be measured.

式(6)からわかるように、第5図(^)と(B)とで
は、ゆらぎの極性が反転していることがわかる.そこで
、信号処理装置6により、第5図(A)と(B)の平均
をとることにより、第5図(C)に示す波形の出力が得
られる。第5図(C)の波形には、ゆらぎが消去され、
第2図と同様な、被測定光ファイバ3の光損失を反映し
た、なめらかな曲線波形が得られていることがわかる。
As can be seen from Equation (6), the polarity of the fluctuations in Figures 5 (^) and (B) are reversed. Therefore, the signal processing device 6 averages FIGS. 5(A) and 5(B) to obtain an output with a waveform shown in FIG. 5(C). In the waveform of FIG. 5(C), fluctuations are removed,
It can be seen that a smooth curved waveform reflecting the optical loss of the optical fiber 3 to be measured, similar to that shown in FIG. 2, is obtained.

また、その信号レベルは、従来OTDRの約100〜1
000倍に達することが実験により確認した。
In addition, the signal level is about 100 to 1
It has been confirmed through experiments that this amount reaches 1,000 times.

上述の説明では、第5図(A)  と(B)の波形を得
るために、偏波制御装置9を構成する弼波長板を回転す
ることにより、第2信号光S2の偏波状憇を変化させ、
合計で2回の測定を行ったが、第2信号光S2の偏波状
態を高速に変化させることにより、はじめから第5図(
C)の波形を得ることができる。
In the above explanation, in order to obtain the waveforms shown in FIGS. 5(A) and 5(B), the polarization state of the second signal light S2 is changed by rotating the wavelength plate constituting the polarization control device 9. let me,
A total of two measurements were performed, but by changing the polarization state of the second signal light S2 at high speed, it was possible to make the measurements as shown in Fig. 5 (
The waveform C) can be obtained.

/そのためには、光ファイバ(偏波保持光ファイバのよ
うに大きなモード複屈折率を有する光ファイバが、より
望ましい)をPZTなどの電歪素子に巻き付け、その光
ファイバに周期的あるいはランダムな伸びおよび側圧歪
を与えることにより、それを通過する第2信号光S2の
偏波状態を変化させる、偏波制御装置9を使用すればよ
い。
/ For that purpose, an optical fiber (an optical fiber with a large mode birefringence, such as a polarization-maintaining optical fiber, is more desirable) is wound around an electrostrictive element such as PZT, and the optical fiber is stretched periodically or randomly. It is sufficient to use a polarization control device 9 that changes the polarization state of the second signal light S2 passing therethrough by applying lateral pressure distortion.

あるいはまた、LiNbO3結晶等の電気光学効果型の
素子も高速の偏波制御装置9として適している。
Alternatively, an electro-optic effect type element such as a LiNbO3 crystal is also suitable as the high-speed polarization control device 9.

さらにまた、偏波制御装置9として、入射された光の偏
波を解消する素子(デボラライザ)を使用しても良い。
Furthermore, as the polarization control device 9, an element (devilizer) that cancels the polarization of incident light may be used.

このデボラライザとしては、Lyotのデボラライザが
よく知られており、複屈折性結晶を張り・合わせたもの
や、最近では、光ファイバ型のものも開発されている(
κ.B6hm.et al.,”Performanc
e’of Lyot depolarizers wi
thbirefringent  single−mo
de  fibers  ,J.Lightwave 
Techno1.,LT−1,pp.71−74.19
83.参照)。このようなデボラライザを用いる場合は
、受動部品で偏波制御装置9を構成することが可能であ
るので、本発明の測定精度および信頼性の向上を図るこ
とができる。
Lyot's Deborahizer is well known as this Deborahizer, and devices made by laminating and bonding birefringent crystals, and recently, optical fiber types have also been developed (
K. B6hm. et al. ,”Performance
e'of Lyot depolarizers wi
thbirefringent single-mo
de fibers, J. Lightwave
Techno1. , LT-1, pp. 71-74.19
83. reference). When such a devolaizer is used, it is possible to configure the polarization control device 9 with passive components, so that the measurement accuracy and reliability of the present invention can be improved.

さらにまた、以上の説明では、第2信号光S2の偏波状
態を変化させるために、偏波制御装置9を、被測定光バ
イファ3と第2光源2の間に配置したが、当然のことな
がら、第1信号光S1の偏波状態を変化させても同様な
効果が得られる。
Furthermore, in the above explanation, the polarization control device 9 is placed between the optical bifurnace to be measured 3 and the second light source 2 in order to change the polarization state of the second signal light S2. However, the same effect can be obtained even if the polarization state of the first signal light S1 is changed.

従って、偏波制御装置9は第1光源1と合分波器4の間
、あるいは、合分波器4と被測定光ファイバ3との間に
配置してもよい。あるいはまた、偏波制御装置9を被測
定光ファイバ3の中途に配置して、信号光51およびS
2の両方の偏波状態を変化させるようにしてもよい。
Therefore, the polarization control device 9 may be placed between the first light source 1 and the multiplexer/demultiplexer 4 or between the multiplexer/demultiplexer 4 and the optical fiber 3 to be measured. Alternatively, the polarization control device 9 may be placed midway through the optical fiber 3 to be measured, and the signal light 51 and S
It is also possible to change the polarization states of both of the two.

実施例4 さて、次に、本発明による、光ファイバに含まれる成分
の長手方向分布の測定方法の実施例について説明する。
Example 4 Next, an example of a method for measuring the longitudinal distribution of components contained in an optical fiber according to the present invention will be described.

光ファイバを構成する材料に対するラマン周波数シフh
fn、およびラマン利得gは、すでに詳細に調べられて
おり、例えば、石英系光ファイバのコアにP205を添
加した光ファイバのラマン周波数シフトとラマン利得の
関係は第6図に示した通りである。
Raman frequency shift h for the material constituting the optical fiber
fn and Raman gain g have already been investigated in detail; for example, the relationship between the Raman frequency shift and Raman gain of a silica-based optical fiber whose core is doped with P205 is shown in Figure 6. .

第6図において、ラマン周波数シフトの波数420cm
−’ (以下、fRsとする)および1320cm−’
 (以下、fRpとする)におけるラマン利得ピークは
、それぞれ、石英系光ファイバを構成するSi−0−S
iおよびP−0結合の振動数に対応したものであり、後
者のラマン利得ピークがP20.の添加により生じたも
のである。また、fRpにおけるラマン利得は、P20
5の添加量に比例して増加することが知られている。
In Figure 6, the wave number of Raman frequency shift is 420 cm.
-' (hereinafter referred to as fRs) and 1320cm-'
(hereinafter referred to as fRp)
i and P-0 bond frequencies, and the Raman gain peak of the latter is P20. This was caused by the addition of . Also, the Raman gain at fRp is P20
It is known that the amount increases in proportion to the amount of 5 added.

従って、第4図に示した本発明実施例3の測定系におい
て、信号光S1と52の光周波数差を上記のfRpに一
致させることにより、第1信号光Slと第2信号光S2
の間にラマン光増幅作用を生じさせ、そのラマン光増幅
作用を受けた信号光S2を測定すれば、この測定で得ら
れる信号波形WP(Z)(ただし、L(Z)は、式(4
)右辺の第2項に比例したもの)のレベルから、被測定
光ファイバ3の各位置ZにおけるP205の添加量、す
なわち被測定光ファイバ3の長手方向にわたるP205
の添加量分布を知ることができる。
Therefore, in the measurement system of the third embodiment of the present invention shown in FIG.
If a Raman light amplification effect is caused during this period and the signal light S2 subjected to the Raman light amplification effect is measured, the signal waveform WP(Z) obtained by this measurement (L(Z) is expressed by the formula (4)
) proportional to the second term on the right side), the amount of P205 added at each position Z of the optical fiber 3 to be measured, that is, the amount of P205 over the longitudinal direction of the optical fiber 3 to be measured.
You can know the distribution of the amount added.

ただし、このとき、信号波形w, (Z)から、被測定
光ファイバ3の光損失の影響を除去しなくてはならない
。この除去の方法としては次の2通りがある。
However, at this time, the influence of optical loss in the optical fiber 3 to be measured must be removed from the signal waveform w, (Z). There are two methods for this removal:

除去方法1(両方向測定) 上記の信号波形WP (Z)について、まず被測定光フ
ァイバ3の片方の端末3−1から第1信号光Stを入射
して得られた信号波形をW,エ(Z)とし、次に、被測
定光ファイバ3のもう一方の端末3−2から第1信号光
S1を入射して得られた信号波形をWP2 (Z)とす
る。光ファイバの損失には、方向性はないから、各信号
波形は、以下のように表わされる。
Removal method 1 (bidirectional measurement) Regarding the above signal waveform WP (Z), first, the signal waveform obtained by inputting the first signal light St from one terminal 3-1 of the optical fiber 3 to be measured is expressed as W, E( Z), and then the signal waveform obtained by inputting the first signal light S1 from the other end 3-2 of the optical fiber 3 to be measured is WP2 (Z). Since optical fiber loss has no directionality, each signal waveform is expressed as follows.

WPr (z)−k−exp (− a lz) −F
 (z)      (7−1)WP2 (Z)−1(
−exp (− Cl r Z) ・F (L−z) 
    (7−2)ここで、kは比例係数、F (z)
は被測定光ファイバ3の位置ZにおけるP205の添加
量に比例したラマン利得である。また、位置Zは時間t
との間に式(5−1) に示した関係がある。このとき
、wpm(z)−wp+(z)wp2(t.−z)−k
2・exp(−a IL)’F2(Z)WP!/2 (
Z)−WP+ (2)/WP2(L−z)−exp (
2゜+z)・exp(a +L)?8−2) である。すなわち、WPlx■(2)からP20,の添
加量分布(F(z) ニ比例)が、またWP+/2(Z
)から損失α,が、それぞれ分離して測定することがで
きる。
WPr (z)-k-exp (-a lz) -F
(z) (7-1)WP2 (Z)-1(
-exp (-Cl r Z) ・F (L-z)
(7-2) Here, k is the proportionality coefficient, F (z)
is a Raman gain proportional to the amount of P205 added at position Z of the optical fiber 3 to be measured. Also, position Z is at time t
There is a relationship shown in equation (5-1) between At this time, wpm(z)-wp+(z)wp2(t.-z)-k
2・exp(-a IL)'F2(Z)WP! /2 (
Z)-WP+ (2)/WP2(L-z)-exp (
2゜+z)・exp(a+L)? 8-2). In other words, the addition amount distribution (F(z) 2 proportional) from WPlx (2) to P20,
) can be measured separately.

除去方法2 上記の信号波形WP(Z)の他に、信号光Slと52の
光周波数差を、上記のfnsに一致させたときに得られ
る波形をWs (z)  とする。このとき、WP(z
)−k−exp (−QIZ)・p(Z)     (
9−1)Ws(z)−k−exp (−a+z)・G(
z)     (9−2)である。ここで、G (z)
は、P205の添加量分布に応じて、Si・−0−Si
の振動によるラマン利得が、被測定光ファイバ3の長手
方向にわたって変化する様子を表わす。F(z)/G(
z)の値は、P205の添加量の関数として事前に調べ
ることができるから、WP(Z)/WS(Z)−F(Z
)/G(Z)       (to)の値を、信号処理
装置6により計算することによクて、P20,添加量の
長手方向分布を、光損失から?離して測定することがで
きる。
Removal Method 2 In addition to the above signal waveform WP(Z), the waveform obtained when the optical frequency difference between the signal light Sl and 52 is made to match the above fns is assumed to be Ws (z). At this time, WP(z
)-k-exp (-QIZ)・p(Z) (
9-1) Ws(z)-k-exp (-a+z)・G(
z) (9-2). Here, G (z)
is Si・-0-Si depending on the addition amount distribution of P205.
This shows how the Raman gain due to vibration changes over the longitudinal direction of the optical fiber 3 to be measured. F(z)/G(
The value of z) can be determined in advance as a function of the amount of P205 added, so WP(Z)/WS(Z)-F(Z
)/G(Z) (to) by calculating the value of P20 and the amount of addition in the longitudinal direction from the optical loss? Can be measured remotely.

ここで、注意しなければならないことは、信号波形WP
(z)とWs (z)の測定時には、第1信号光51の
光周波数は変化させず、第2信号光S2の光周波数を変
化させることにより、第1信号光S1と第2信号光S2
の光周波数差を、ラマン周波数シフ1一fRp,f■に
一致させる必要があることである。なぜなら、第1信号
光S1の光周波数を変えた場合には、式(9−1) ,
 (9−2)における損失α,の値か、それぞれ異なっ
てしまうので、式(10)が成立しなくなるからである
Here, what must be noted is that the signal waveform WP
(z) and Ws (z), by changing the optical frequency of the second signal light S2 without changing the optical frequency of the first signal light 51, the first signal light S1 and the second signal light S2
It is necessary to match the optical frequency difference of 1 to the Raman frequency shift 1 -fRp,f■. This is because when the optical frequency of the first signal light S1 is changed, Equation (9-1),
This is because the values of the loss α in (9-2) would be different, and thus the equation (10) would no longer hold true.

以上では、石英系光ファイバにP205を添加した場合
について述べてぎたが、他の材料、例えばGe02. 
B203,AJ2 203等、あるいはEr等の希土類
を添加させた場合も上記と同様である。
The above has described the case in which P205 is added to a silica-based optical fiber, but other materials, such as Ge02.
The same applies to the case where rare earth elements such as B203, AJ2 203, etc., or Er are added.

ま゛た、以上述べたP20,等の添加材料は全て光ファ
イバの屈折率等を制御するために、光ファイバの製造時
に添加されたものであるが、光ファイバの製造後、外部
から光ファイバ中に拡散した物質の分布も本発明により
同様に測定可能であることは言うまでもない。そのよう
な物質として重要なものに、水素(H2)や重水素(D
2)がある。H 2 , +1 0 ,D2によるラマ
ン周波数シフトは、それぞれ、およそ4155cm−’
, 3610cm−’,2970cm−’である。従っ
て、信号光S1と52の光周波数差を、これらのラマン
周波数シフトに一致させれば、本発明により、各物質の
分布が測定できる。例えば、光ファイバ中への水素の拡
散により、光ファイバの損失が増加することは、よく知
られた事実である。従来のOTDRでは損失増加は測定
できても、その原因まではわからなかった。これに対し
、本発明によれば、損失増加の原因が水素であるか否か
についても判定することが可能となる。
Furthermore, all of the above-mentioned additive materials such as P20 are added at the time of manufacturing the optical fiber in order to control the refractive index of the optical fiber. It goes without saying that the distribution of substances diffused therein can also be measured by the present invention. Important such substances include hydrogen (H2) and deuterium (D
There is 2). The Raman frequency shifts due to H 2 , +1 0 , and D2 are approximately 4155 cm-', respectively.
, 3610cm-', 2970cm-'. Therefore, by matching the optical frequency difference between the signal lights S1 and 52 with these Raman frequency shifts, the distribution of each substance can be measured according to the present invention. For example, it is a well-known fact that diffusion of hydrogen into an optical fiber increases optical fiber loss. With conventional OTDRs, although it was possible to measure the increase in loss, the cause was not known. On the other hand, according to the present invention, it is also possible to determine whether the cause of the increase in loss is hydrogen.

以上では、第1信号光S1は、パルス状に強度変調され
たものとして説明してきたが、第1信号光S1は、単発
パルスでもよく、あるいはまた、第7図(A3 に示す
ように、周期tcの繰り返しパルスでもよい。その場合
には、信号処理装置6による平均化処理により受信信号
のSN比を改善することができ、より高精度な測定が可
能となる。
In the above, the first signal light S1 has been described as being intensity-modulated in a pulsed manner, but the first signal light S1 may be a single pulse, or alternatively, as shown in FIG. It may be a repeated pulse of tc. In that case, the signal processing device 6 can perform averaging processing to improve the signal-to-noise ratio of the received signal, making it possible to perform more accurate measurements.

あるいはまた、第1信号光51は、第7図(B)に示す
ような、擬似ランダム符号(M系列符号.Golay符
号等)により変調されたものとしてもよい。このとき、
相関法の原理に基いて、検出した第2信号光S2を信号
処理装置6により、相関処理することにより、第7図(
A)の場合よりも、符号の長さに比例して、SN比が改
善される(例えば、κ.Okada et at., 
’Optical cable faultlocat
ion using correlation tec
hniqueElectron.Lett.,vol.
16,p.629 . 1980参照).従来のOTD
Rでは、微弱な後方散乱光と強大なフレネル反射光が混
在した場合には、検出系のリニアリティの問題が生じる
ので、符号長を十分長くすることはできなかった。これ
に対して、本発明においては、すでに説明したように、
光周波数フィルタ8を設けることにより、フレネル反射
光のような強大な信号は混在しないので、相関法の特長
を最大限引き出すことが可能である。
Alternatively, the first signal light 51 may be modulated by a pseudo-random code (M-sequence code, Golay code, etc.) as shown in FIG. 7(B). At this time,
Based on the principle of the correlation method, the detected second signal light S2 is subjected to correlation processing by the signal processing device 6, so that
Compared to case A), the S/N ratio is improved in proportion to the code length (for example, κ. Okada et at.,
'Optical cable faultlocat
ion using correlation tec
hniqueElectron. Lett. , vol.
16, p. 629. (see 1980). Traditional OTD
In R, when weak backscattered light and strong Fresnel reflected light coexist, a problem arises in the linearity of the detection system, so the code length cannot be made sufficiently long. On the other hand, in the present invention, as already explained,
By providing the optical frequency filter 8, strong signals such as Fresnel reflected light are not mixed, so it is possible to maximize the features of the correlation method.

さらにまた、第7図(C)に示すように、第1信号光S
tは、周波数Fで強度変調した信号光とし、その周波数
Fを変えて、第2信号光S2の振幅、位相の周波数特性
を求めることにより、これまで求めてきた時間領域での
測定と同一の測定を行うことも可能である。この場合も
、相関法のときと同様な理由により、検出系のリニアリ
テイの問題は生ぜず、高精度な測定が可能となる。
Furthermore, as shown in FIG. 7(C), the first signal light S
t is the signal light whose intensity is modulated at the frequency F, and by changing the frequency F and obtaining the frequency characteristics of the amplitude and phase of the second signal light S2, it is possible to perform the same measurement as in the time domain obtained so far. It is also possible to carry out measurements. In this case as well, for the same reason as in the case of the correlation method, there is no problem with the linearity of the detection system, and highly accurate measurement is possible.

以上、本発明について、光ファイバの損失および光ファ
イバに含まれる成分の光ファイバ長手方向分布の測定に
限って説明してきた。しかし、ラマン利得は、光ファイ
バに加わった張力変化や、温度変化に依存することが知
られている。従って、光ファイバに含まれる成分の分布
測定と同様に、光ファイバに加わった張力変化.温度変
化の諸量を光ファイバの長手方向にわたって測定するこ
とが本発明により可能である。
The present invention has been described above with reference to the measurement of optical fiber loss and the longitudinal distribution of components contained in the optical fiber. However, it is known that Raman gain depends on changes in tension applied to the optical fiber and changes in temperature. Therefore, in the same way as measuring the distribution of components contained in an optical fiber, changes in tension applied to the optical fiber can be measured. According to the invention, it is possible to measure various quantities of temperature changes along the length of an optical fiber.

その他、本発明は上記記載に限定されることなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
In addition, the present invention is not limited to the above description, and can be implemented with various modifications without departing from the gist thereof.

例えば、第1図.第3図または第4図に示した本発明の
実施例では、分岐型の合分波器4を設けているが、これ
は以下に示すように第8図に示すダイクロイックミラ−
lOに若き換えられる。
For example, Figure 1. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 3 or 4, a branching type multiplexer/demultiplexer 4 is provided, which is similar to the dichroic mirror shown in FIG. 8 as shown below.
Replaced by IO.

第lO図において、例えば、ダイクロイックミラーlO
の通過特性は第9図に示すようになるため、第1信号光
SL(周波数f1)はダイクロイックミラ−10の通過
損失を受けずに被測定光ファイバ3に入射し、また、第
2信号光S2(周波数f2)もダイクロイックミラ−1
0の通過損失を受けずに、光検出器5に入射する。これ
は第1図,第3図および第4図に示した分岐型の合分波
器4を使用した場合にくらべ、大幅な挿入損失の低減に
なる。
In FIG. IO, for example, a dichroic mirror IO
As shown in FIG. 9, the first signal light SL (frequency f1) enters the optical fiber 3 to be measured without suffering the pass loss of the dichroic mirror 10, and the second signal light SL (frequency f1) S2 (frequency f2) is also dichroic mirror 1
The light enters the photodetector 5 without undergoing a zero transmission loss. This results in a significant reduction in insertion loss compared to the case where the branch type multiplexer/demultiplexer 4 shown in FIGS. 1, 3, and 4 is used.

なお、このとき、光周波数フィルタ8がなくとも、周波
数がf,である第1信号光Stによるフレネル反射光お
よび後方レーリー散乱光は、光検出器5に入射せず、周
波数f2の信号光S2のみが検出される。
At this time, even without the optical frequency filter 8, the Fresnel reflected light and the backward Rayleigh scattered light by the first signal light St having the frequency f do not enter the photodetector 5, and the signal light S2 having the frequency f2 does not enter the photodetector 5. only detected.

以上の本発明の説明においては、全て、第1信号光St
のマーク時の光周波数f1は式(1)の関係を満足する
ものとしてきた。しかしながら、第1信号光51と第2
信号光S2の立場を代え、第2信号光S2により第1信
号光S1をラマン光増幅するとしたとき、すなわち、 f2L=fR(11) としたときでも、これまで説明した本発明による測定は
全て可能である。但し、このときには、第2信号光S2
は第1信号光S1をラマン光増幅することにより、光パ
ワーを失うため、光検出器5により検出される第2信号
光S2の波形は、第lO図に示すように、直流成分から
凹んだ形のものとなる。
In the above description of the present invention, the first signal light St
The optical frequency f1 at the time of marking has been set to satisfy the relationship of equation (1). However, the first signal light 51 and the second signal light
Even when the position of the signal light S2 is changed and the first signal light S1 is Raman optically amplified by the second signal light S2, that is, when f2L=fR (11), all the measurements according to the present invention described so far are still the same. It is possible. However, at this time, the second signal light S2
loses optical power by Raman amplifying the first signal light S1, so the waveform of the second signal light S2 detected by the photodetector 5 is concave from the DC component, as shown in Fig. It becomes something of a shape.

また、以上の本発明においては、全て第2光源2はCW
光を出射するものとして説明してきたが、第2光源2は
、例えば、第1光源1のように変調された光源であって
も構わない。但し、そのときは、第1光源1からの第1
信号光Sl(例えば光パルス)と第2光源2からの第2
信号光S2(例えば光パルス)が被測定光ファイバ3中
で出会った位置(20とする)でのみラマン光増幅が起
こるので、この方法は、被測定光ファイバ3中での特定
の位置(上記2。)からの情報(例えば、損失変化,成
分量変化,温度変化,張力変化等)を取り出したい場合
に適している。Zoは、第1信号光S1と第2信号光S
2の間の出射時刻を相対的に制御することにより、任意
の位置に設定できる。
Further, in the present invention described above, the second light source 2 is CW.
Although the second light source 2 has been described as one that emits light, the second light source 2 may be a modulated light source like the first light source 1, for example. However, in that case, the first light source 1
The signal light Sl (for example, optical pulse) and the second signal from the second light source 2
Since Raman light amplification occurs only at the position (say 20) where the signal light S2 (for example, a light pulse) meets the optical fiber 3 under test, this method It is suitable when it is desired to extract information from 2.) (for example, changes in loss, changes in component amounts, changes in temperature, changes in tension, etc.). Zo is the first signal light S1 and the second signal light S
By relatively controlling the emission time between 2 and 2, it is possible to set it to an arbitrary position.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、被測定光ファイ
バ中を伝搬する変調された信号光である第1信号光と、
それと対向して被測定光ファイハを伝搬する第2信号光
との間のラマン光増幅効果を利用し、ラマン光増幅効果
により生じた第2信号光の波形変化より、被測定光ファ
イバの特性を評価することができる。ここで、その波形
変化の信号レベルは、従来のOT[JRで得られる信号
レベルと比較して約100〜1000倍の大きな値であ
り、さらに本発明により得られる信号レベルが、光ファ
イバの長さ(すなわち損失)に対応して減衰する割合は
、従来のOTDRの場合の半分である。従って、本発明
によれば、 (1)半導体レーザ等のように、低出力の光源を使用し
た場合においても、従来のOTDRよりも格段にSN比
が高く、精度の高い、光ファイバの特性評価装置が提供
可能である。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the first signal light which is the modulated signal light propagating in the optical fiber to be measured;
By using the Raman light amplification effect between the second signal light and the second signal light propagating oppositely through the optical fiber under test, the characteristics of the optical fiber under test can be determined from the waveform change of the second signal light caused by the Raman light amplification effect. can be evaluated. Here, the signal level of the waveform change is about 100 to 1000 times larger than the signal level obtained by conventional OT [JR], and furthermore, the signal level obtained by the present invention is The attenuation rate corresponding to the loss (ie, loss) is half that of a conventional OTDR. Therefore, according to the present invention, (1) Even when a low-output light source such as a semiconductor laser is used, the SN ratio is much higher than that of the conventional OTDR, and the characteristic evaluation of optical fibers is highly accurate. Equipment is available.

(2)第1信号光と、測定対象である第2信号光の光周
波数は異なるため、光周波数フィルタを使用することに
より、第1信号光による強大なフレネル反射光が光検出
器へ入射することを防止で診る。
(2) Since the optical frequencies of the first signal light and the second signal light to be measured are different, by using an optical frequency filter, the powerful Fresnel reflected light from the first signal light enters the photodetector. Diagnose with prevention.

(3)強大なフレネル反射光パルスが生じるコネクタ接
続点直後の測定はこれまで不能領域(デッドゾーン)で
あったが、本発明では、かかる測定不能領域は存在せず
、コネクタ接続点直後からの測定も可能である。
(3) The measurement immediately after the connector connection point where a powerful Fresnel reflected light pulse occurs was previously an impossible area (dead zone), but in the present invention, such an impossible area does not exist, and the measurement immediately after the connector connection point Measurement is also possible.

(4)検出系のリニアリティの問題が発生せず、相関処
理、あるいは周波数領域での測定が容易に可能となり、
測定信号のSN比が大幅に改善できる。
(4) Correlation processing or measurement in the frequency domain is easily possible without the problem of linearity in the detection system.
The S/N ratio of the measurement signal can be significantly improved.

(5)本発明により測定される第2信号光の波形変化量
は、第1信号光と第2信号光との間の光周波数差に依存
し、その光周波数差が光ファイバの構成成分から決る固
有のラマン周波数シフトと一致したときに最大となり、
またラマン利得は、その成分量に比例するので、光ファ
イバを構成する、あるいは光ファイバに含まれる成分の
決定と、その成分の光ファイバの長手方向の分布量が測
定可能である。
(5) The amount of waveform change of the second signal light measured by the present invention depends on the optical frequency difference between the first signal light and the second signal light, and the optical frequency difference is determined from the constituent components of the optical fiber. It becomes maximum when it matches the specific Raman frequency shift determined,
Furthermore, since the Raman gain is proportional to the amount of the component, it is possible to determine the component constituting or included in the optical fiber and to measure the amount of distribution of the component in the longitudinal direction of the optical fiber.

(6)本発明により測定される第2信号光の波形変化量
は、光ファイバの損失,光ファイバに加わる張力,温度
等によっても異なるので、光ファイバの長手方向の損失
.光ファイバに加わる張力.温度の諸量を測定すること
が可能である。
(6) The amount of waveform change of the second signal light measured by the present invention varies depending on the loss of the optical fiber, the tension applied to the optical fiber, the temperature, etc. Tension applied to optical fiber. It is possible to measure various quantities of temperature.

以上の説明からわかるように、本発明は、光ファイバの
製造の際に光ファイバの特性を評価する場合のみならず
、光ファイバに加わる張力、あるいは温度変化を利用し
た、分布型遠隔測定に応用してもきわめて有効である。
As can be seen from the above description, the present invention can be applied not only to evaluating the characteristics of optical fibers during optical fiber manufacturing, but also to distributed remote measurement using tension applied to optical fibers or temperature changes. However, it is extremely effective.

(7)また、ラマン利得帯域幅は非常に広い(例えば2
00cm−’)ので、光ファイバの長手方向の諸量(損
失,成分.張力,温度)の分布を高位値分解能で測定可
能である, (8)さらにまた、ラマン利得帯域幅が非常に広いこと
から、光源の発信光周波数幅に関する条件は、非常に緩
いものとなり、発振光周波数幅の広いファブリベロー型
の半導体レーザでも、十分に光源として使用可能である
。これは、利得帯域幅が非常に狭い(例えば100MH
z)ために、周波数制御された阜−モード発振レーザを
必要とするブリルアン光増幅と比べて、ラマン光増幅が
実用上非常に有利であることを示すものである。
(7) Also, the Raman gain bandwidth is very wide (e.g. 2
00 cm-'), it is possible to measure the distribution of various quantities (loss, components, tension, temperature) in the longitudinal direction of the optical fiber with high-level resolution. (8) Furthermore, the Raman gain bandwidth is extremely wide. Therefore, the conditions regarding the frequency width of the oscillated light of the light source are very relaxed, and even a Fabry-Bello type semiconductor laser with a wide oscillated light frequency width can be used as a light source. It has a very narrow gain bandwidth (e.g. 100MH
z), this shows that Raman optical amplification is very advantageous in practice compared to Brillouin optical amplification, which requires a frequency-controlled oscillator mode oscillation laser.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例1の構成を示す構成図、 第2図は本発明により測定される波形の一例を示す波形
図、 第3図は本発明の実施例2の構成を示す構成図、 第4図は本発明の実施例3の構成を示す構成図、 第5図(八)〜(C)は測定波形におよぼす偏光の影響
を説明する説明図、 第6図は光ファイバのラマン周波数シフトとラマン利得
の関係を示す波形図、 第7図(A)〜(C)は第1信号光S1の各種変調波形
を示す波形図、 第8図はダイクロイックミラーによる合分波器の構成を
示す構成図、 第9図はダイクロイックミラーの透過特性を示す特性図
、 第10図は本発明により測定される波形の一例を示す波
形図である。 1・・・第1光源、 ゛2・・・第2光源、 3・・・被測定光ファイバ、 4・・・合分波器、 5・・・光検出器、 6・・・信号処理装誼、 8・・・光周波数フィルタ、 9・・・偏波制御装置、 10・・・ダイクロイックミラー
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of Example 1 of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram showing an example of a waveform measured by the present invention. FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of Example 2 of the present invention. Figure 4 is a configuration diagram showing the configuration of Embodiment 3 of the present invention, Figures 5 (8) to (C) are explanatory diagrams explaining the influence of polarization on the measurement waveform, and Figure 6 is an illustration of the optical fiber. Waveform diagrams showing the relationship between Raman frequency shift and Raman gain; Figures 7 (A) to (C) are waveform diagrams showing various modulation waveforms of the first signal light S1; Figure 8 is a waveform diagram showing the waveform of the multiplexer/demultiplexer using a dichroic mirror. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the transmission characteristics of the dichroic mirror; FIG. 10 is a waveform diagram showing an example of the waveform measured by the present invention. 1... First light source, 2... Second light source, 3... Optical fiber to be measured, 4... Multiplexer/demultiplexer, 5... Photodetector, 6... Signal processing device 8... Optical frequency filter, 9... Polarization control device, 10... Dichroic mirror

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)第1光源からの変調された光の形態の第1信号光を
被測定光ファイバ中に入射させ、 第2光源からの第2信号光を前記被測定光ファイバ中を
前記第1信号と対向して伝搬させて、前記第1信号光と
前記第2信号光との間にラマン光増幅作用を生じさせ、 前記ラマン光増幅作用を受けた前記第2信号光を検出し
、 その検出された第2信号光に基づいて、前記ラマン光増
幅作用により生じた前記第2信号光の時間的波形変化あ
るいは振幅および位相変化を解析することにより、前記
被測定光ファイバの特性を評価することを特徴とする光
ファイバの特性評価方法。 2)前記被測定光ファイバ中における前記第1信号光お
よび前記第2信号光の速度を、それぞれ、v_1および
v_2とし、その平均速度vを、2/v=(1/v_1
)+(1/v_2)で定義し、 前記被測定光ファイバの長さをLとし、 先ず、前記第1光源からの変調された光の形態の第1信
号光を前記被測定光ファイバ中に該被測定光ファイバの
一方の第1端末から入射させ、前記第2光源からの第2
信号光を前記被測定光ファイバ中に該被測定光ファイバ
の他方の第2端末から入射させることにより、前記第2
信号光を前記第1信号光と対向して、前記被測定光ファ
イバ中を伝搬させて、前記第1信号光と前記第2信号光
との間にラマン光増幅作用を生じさせ、前記第1信号光
が、前記被測定光ファイバの第1端末に入射した時刻を
t_i_nとし、 該被測定光ファイバの第1端末から前記被測定光ファイ
バに沿って距離z離れた位置へ、前記第1信号光が伝搬
し、その位置において前記第1信号光によりラマン光増
幅の作用を受けた前記第2信号光が、前記被測定光ファ
イバの第1端末に達する時刻をt_o_u_tとし、 時刻t_i_nから時刻t_o_u_tまでの時間をt
(=t_o_u_t−t_i_n=2z/v)とし、 前記ラマン光増幅作用を受け、前記被測定光ファイバの
第1端末を通過した前記第2信号光を検出し、 その検出された第2信号光に基づいて、前記ラマン光増
幅作用により生じた前記第2信号光の時間的波形変化を
W_P_1(vt/2)とし、次に、前記第1光源から
の変調された光の形態の第1信号光を前記被測定光ファ
イバ中に該被測定光ファイバの第2端末から入射させ、 前記第2光源からの第2信号光を、前記被測定光ファイ
バ中に該被測定光ファイバの第1端末から入射させるこ
とにより、前記第2信号光を前記第1信号光と対向して
、前記被測定光ファイバ中を伝搬させて、前記第1信号
光と前記第2信号光との間にラマン光増幅作用を生じさ
せ、 前記第1信号光が、前記被測定光ファイバの第2端末に
入射した時刻をt′_i_nとし、該被測定光ファイバ
の第2端末から前記被測定光ファイバに沿って距離z′
離れた位置へ、前記第1信号光が伝搬し、その位置にお
いて前記第1信号光によりラマン光増幅の作用を受けた
前記第2信号光が、前記被測定光ファイバの第2端末に
達する時刻をt′_o_u_tとし、 時刻t′_i_nから時刻t′_o_u_tまでの時間
をt′(=t′_o_u_t−t′_i_n=2z′/
v)とし、 前記ラマン光増幅作用を受け、前記被測定光ファイバの
第2端末を通過した前記第2信号光を検出し、 その検出された第2信号光に基づいて、前記ラマン光増
幅作用により生じた前記第2信号光の時間的波形変化を
W_P_2(vt′/2)とし、前記時間的波形変化W
_P_1(vt/2)と、前記時間的波形変化W_P_
2(vt′/2)に変数変換(vt′/2→L−vt/
2)を施した時間的波形変化W_P_2(L−vt/2
)との積、W_P_1(vt/2)W_P_2(L−v
t/2)から、前記被測定光ファイバにおけるラマン利
得を変化させる要因の、前記被測定光ファイバの長手方
向にわたる分布を求め、 前記W_P_1(vt/2)と前記W_P_2(L−v
t/2)の比、W_P_1(vt/2)/W_P_2(
L−vt/2)から、前記被測定光ファイバの損失を求
めることを特徴とする請求項1記載の光ファイバの特性
評価方法。 3)前記被測定光ファイバは、複数のラマン周波数シフ
トf_R_N(n=1、2、・・・)を有し、前記第1
信号光と前記第2信号光の光周波数差を、前記ラマン周
波数シフトの一つf_R_iに合わせることにより、前
記第1信号光と前記第2信号光の間にラマン光増幅作用
を生じさせ、 前記ラマン光増幅作用を受けた前記第2信号光を検出し
、 その検出された第2信号光の時間的波形変化をW_iと
し、 次に、前記第1信号光と前記第2信号光の光周波数差を
、前記ラマン周波数シフトの内の他の一つf_R_j(
≠f_R_i)に合わせることにより、前記第1信号光
と前記第2信号光の間にラマン光増幅作用を生じさせ、 前記ラマン光増幅作用を受けた前記第2信号光を検出し
、 その検出された第2信号光の時間的波形変化をW_jと
し、 前記時間波形変化のW_iとW_jの比を解析すること
により、前記被測定光ファイバにおけるラマン利得を変
化させる要因の、前記被測定光ファイバの長手方向にわ
たる分布を、前記被測定光ファイバの損失特性から分離
して評価することを特徴とする請求項1記載の光ファイ
バの特性評価方法。 4)変調された光の形態の第1信号光を発生する第1光
源と、 被測定光ファイバ中を前記第1信号光と対向して伝搬す
る第2信号光を出射する第2光源と、前記第1信号光を
前記被測定光ファイバに入射させ、および前記第1信号
光と前記第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用を
受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、 該合波手段からの前記ラマン光増幅作用を受けた第2信
号光を電気信号に変換する光検出手段と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
手段と を具備したことを特徴とする光ファイバの特性評価装置
。 5)変調された光の形態の第1信号光を発生する第1光
源と、 被測定光ファイバ中を前記第1信号光と対向して伝搬す
る第2信号光を出射する第2光源と、前記第1信号光を
前記被測定光ファイバに入射させ、および前記第1信号
光と前記第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用を
受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、 前記合分波手段からの前記ラマン光増幅作用を受けた第
2信号光を受け、当該ラマン光増幅作用を受けた第2信
号光の光周波数は通過させるが、前記第1信号光の光周
波数は遮断する光周波数フィルタと、 該光周波数フィルタからの出力光を電気信号に変換する
光検出手段と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
手段と を具備したことを特徴とする光ファイバの特性評価装置
。 6)変調された光の形態の第1信号光を発生する第1光
源と、 被測定光ファイバ中を前記第1信号光と対向して伝搬す
る第2信号光を出射する第2光源と、前記第1信号光を
前記被測定光ファイバに入射させ、および前記第1信号
光と前記第2信号光との間で生じたラマン光増幅作用を
受けた第2信号光を取り出す合分波手段と、 前記合分波手段からの前記ラマン光増幅作用を受けた第
2信号光を受け、当該ラマン光増幅作用を受けた第2信
号光の光周波数は通過させるが、前記第1信号光の光周
波数は遮断する光周波数フィルタと、 該光周波数フィルタからの出力光を電気信号に変換する
光検出手段と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
手段と、 前記第1信号光および前記第2信号光の少なくとも一方
の偏波状態を変化させる手段と を具備したことを特徴とする光ファイバの特性評価装置
[Claims] 1) A first signal light in the form of modulated light from a first light source is made to enter the optical fiber to be measured, and a second signal light from a second light source is made to enter the optical fiber to be measured. propagate opposite to the first signal to cause a Raman light amplification effect between the first signal light and the second signal light, and the second signal light subjected to the Raman light amplification effect is of the optical fiber to be measured by detecting the detected second signal light and analyzing the temporal waveform change or amplitude and phase change of the second signal light caused by the Raman light amplification effect based on the detected second signal light. An optical fiber characteristic evaluation method characterized by evaluating characteristics. 2) Let the speeds of the first signal light and the second signal light in the optical fiber under test be v_1 and v_2, respectively, and the average speed v is 2/v=(1/v_1
)+(1/v_2), and the length of the optical fiber to be measured is L, first, a first signal light in the form of modulated light from the first light source is introduced into the optical fiber to be measured. The light is input from one first end of the optical fiber to be measured, and the second light from the second light source is
By inputting the signal light into the optical fiber to be measured from the other second terminal of the optical fiber to be measured, the second
Propagating the signal light in the optical fiber to be measured, facing the first signal light, to cause a Raman light amplification effect between the first signal light and the second signal light; The time when the signal light enters the first terminal of the optical fiber to be measured is t_i_n, and the first signal is transmitted from the first terminal of the optical fiber to a position a distance z apart along the optical fiber to be measured. The time at which the light propagates and the second signal light, which has been subjected to Raman light amplification by the first signal light at that position, reaches the first terminal of the optical fiber to be measured is t_o_u_t, and from time t_i_n to time t_o_u_t. The time until t
(=t_o_u_t-t_i_n=2z/v), detect the second signal light that has been subjected to the Raman light amplification effect and passed through the first terminal of the optical fiber to be measured, and inject the detected second signal light into Based on this, the temporal waveform change of the second signal light caused by the Raman light amplification effect is set as W_P_1 (vt/2), and then the first signal light in the form of modulated light from the first light source is determined as W_P_1 (vt/2). enters the optical fiber under test from the second terminal of the optical fiber under test, and a second signal light from the second light source enters the optical fiber under test from the first terminal of the optical fiber under test. By making the second signal light incident, the second signal light is propagated through the optical fiber under test, facing the first signal light, and Raman light amplification is performed between the first signal light and the second signal light. The time when the first signal light enters the second terminal of the optical fiber to be measured is t'_i_n, and the distance from the second terminal of the optical fiber to be measured along the optical fiber to be measured is z′
the time at which the first signal light propagates to a distant position, and the second signal light, which has been subjected to Raman light amplification by the first signal light at that position, reaches a second terminal of the optical fiber under test; is t'_o_u_t, and the time from time t'_i_n to time t'_o_u_t is t'(=t'_o_u_t-t'_i_n=2z'/
v), detecting the second signal light that has undergone the Raman light amplification action and passed through the second terminal of the optical fiber to be measured, and performing the Raman light amplification action based on the detected second signal light; The temporal waveform change of the second signal light caused by W_P_2(vt'/2) is defined as W_P_2(vt'/2), and the temporal waveform change W
_P_1 (vt/2) and the temporal waveform change W_P_
Variable conversion to 2 (vt'/2) (vt'/2 → L-vt/
2) Temporal waveform change W_P_2(L-vt/2
), W_P_1(vt/2)W_P_2(L-v
t/2), the distribution of the factors that change the Raman gain in the optical fiber under test in the longitudinal direction of the optical fiber under test is determined, and the W_P_1(vt/2) and the W_P_2(L-v
t/2), W_P_1(vt/2)/W_P_2(
2. The optical fiber characteristic evaluation method according to claim 1, wherein the loss of the optical fiber to be measured is determined from L-vt/2). 3) The optical fiber to be measured has a plurality of Raman frequency shifts f_R_N (n=1, 2, . . . ), and the first
By adjusting the optical frequency difference between the signal light and the second signal light to one of the Raman frequency shifts f_R_i, a Raman light amplification effect is caused between the first signal light and the second signal light; Detect the second signal light subjected to Raman light amplification, set the temporal waveform change of the detected second signal light as W_i, and then determine the optical frequencies of the first signal light and the second signal light. The difference is expressed as another one of the Raman frequency shifts f_R_j(
≠f_R_i), a Raman light amplification effect is caused between the first signal light and the second signal light, the second signal light subjected to the Raman light amplification effect is detected, and the detected second signal light is detected. The temporal waveform change of the second signal light is assumed to be W_j, and by analyzing the ratio of W_i and W_j of the temporal waveform change, the factors that change the Raman gain in the optical fiber under test can be determined. 2. The optical fiber characteristic evaluation method according to claim 1, wherein the longitudinal distribution is evaluated separately from the loss characteristics of the optical fiber to be measured. 4) a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light; a second light source that emits a second signal light that propagates in the optical fiber to be measured in opposition to the first signal light; A multiplexing/demultiplexing means for inputting the first signal light into the optical fiber to be measured and extracting a second signal light subjected to a Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. and a photodetection means for converting the second signal light subjected to the Raman light amplification effect from the multiplexing means into an electrical signal, and processing the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the photodetection means. 1. An optical fiber characteristic evaluation device comprising: a signal processing means for analyzing the characteristics of an optical fiber. 5) a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light; a second light source that emits a second signal light that propagates in the optical fiber to be measured in opposition to the first signal light; A multiplexing/demultiplexing means for inputting the first signal light into the optical fiber to be measured and extracting a second signal light subjected to a Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. and receiving the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect from the multiplexing/demultiplexing means, and allows the optical frequency of the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect to pass, but the optical frequency of the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect is passed. an optical frequency filter that blocks optical frequencies; a photodetector that converts the output light from the optical frequency filter into an electrical signal; and a processor that processes the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the photodetector. 1. An optical fiber characteristic evaluation device comprising: signal processing means for analysis. 6) a first light source that generates a first signal light in the form of modulated light; a second light source that emits a second signal light that propagates in an optical fiber to be measured in opposition to the first signal light; A multiplexing/demultiplexing means for inputting the first signal light into the optical fiber to be measured and extracting a second signal light subjected to a Raman light amplification effect generated between the first signal light and the second signal light. and receiving the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect from the multiplexing/demultiplexing means, and allows the optical frequency of the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect to pass, but the optical frequency of the second signal light that has undergone the Raman light amplification effect is passed. an optical frequency filter that blocks optical frequencies; a photodetector that converts the output light from the optical frequency filter into an electrical signal; and a processor that processes the temporal waveform or amplitude and phase of the signal detected by the photodetector. An optical fiber characteristic evaluation device comprising: a signal processing means for analysis; and a means for changing the polarization state of at least one of the first signal light and the second signal light.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6452716B1 (en) * 2000-10-05 2002-09-17 Nortel Networks Limited Amplitude modulation of a pump laser signal in a distributed raman amplifier
JP2002280652A (en) * 2001-03-15 2002-09-27 Furukawa Electric Co Ltd:The Wide-band raman amplifier and optical communication system using it

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