JPH03146851A - Method and apparatus for measuring double refractive index - Google Patents

Method and apparatus for measuring double refractive index

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JPH03146851A
JPH03146851A JP28286589A JP28286589A JPH03146851A JP H03146851 A JPH03146851 A JP H03146851A JP 28286589 A JP28286589 A JP 28286589A JP 28286589 A JP28286589 A JP 28286589A JP H03146851 A JPH03146851 A JP H03146851A
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JP
Japan
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light wave
light
wave
frequency
optical
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JP28286589A
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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
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

PURPOSE:To measure the double refractive indices over a wide range with high accuracy and to measure the distribution of the double refractive indices as well by measuring the magnitude of double refractions by utilizing the mixing of 4 light waves between the light waves propagating in opposition. CONSTITUTION:The light wave 1 which is the continuous wave from a pumping light source L1 is made incident to an optical fiber 2a via a lens l1. The light wave 2 which is the continuous wave from a pumping light source L2 is made incident to the optical fiber 2a via a lens l2. The light wave 1 and the light wave 2 propagate in opposition in the optical fiber 2a. The light wave 3' propagating in the same direction sa the light wave 1 and the light wave 4' propagating in the same direction as the light wave 2 are generated as a result of the mixing of the four light waves of the light wave 1 and the light wave 2 as pumping waves. The light wave 2 and the light wave 4' are converted to the electric signal oscillating at the frequency difference between the light wave 2 and the light wave 4' by a photodetector 4. This frequency is measured by a frequency selecting receiver 5 and is computed by a signal processor, by which the double refractive index is determined.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、媒質の複屈折率の測定方法およびその装置に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a method and apparatus for measuring the birefringence of a medium.

(従来の技術) 従来、媒質の複屈折率の測定方法として、■側方に散乱
されるレーリー散乱光の明暗の間隔から測定する方法(
ν、 Ramaswamy et at、、 Opt、
、 vo118、 no、24. pp、4080〜4
084.1979) 、■POTDRを用いる方法(B
、 Y、 Ktm and S、 S、 Choi、 
Electron。
(Prior art) Conventionally, the birefringence of a medium has been measured using two methods:
ν, Ramaswamy et at,, Opt.
, vo118, no, 24. pp, 4080-4
084.1979), ■Method using POTDR (B
, Y, Ktm and S, Choi,
Electron.

Lett、、 vol、17. no、5. pp、1
93〜194.1981)、■同一方に伝搬するポンプ
光、ストークス光、および反ストークス光間の、誘導4
光波混合を用いる方法(R,H,5tolen et 
al、、 0ptics Lett、、 vol、6+
− no、5. pp、213〜215.1981)が報告
されている。
Lett,, vol, 17. no, 5. pp, 1
93-194.1981), ■ Induction 4 between pump light, Stokes light, and anti-Stokes light propagating in the same direction
Method using light wave mixing (R, H, 5tolen et
al,, 0ptics Lett,, vol, 6+
- no, 5. pp. 213-215.1981) have been reported.

しかしながら■の方法では、屈折率71Inが小さな場
合、測定が非常に困難となる。例えば、通常の単一モー
ド光ファイバで典型的な複屈折率1n=10−6を仮定
すると、レーリー散乱光の明暗の間隔が1m〜10mに
もなってしまう。■の方法は、テスト媒質が光ファイバ
のように長いものに適した方法である。POTDRを用
いれば、複屈折率の長手方向の分布も測定可能である。
However, in the method (2), measurement becomes extremely difficult when the refractive index 71In is small. For example, assuming a birefringence index 1n = 10-6, which is typical for a normal single mode optical fiber, the interval between bright and dark Rayleigh scattered light becomes 1 m to 10 m. Method (2) is suitable when the test medium is long, such as an optical fiber. Using POTDR, it is also possible to measure the distribution of birefringence in the longitudinal direction.

POTDRは、受信後方レーリー散乱光が時間的に正弦
波状に変化し、その時間周期から、複屈折率を求める方
法である。
POTDR is a method in which the received back Rayleigh scattered light temporally changes sinusoidally, and the birefringence index is determined from the time period.

複屈折率と時間周期は互いに反比例の関係にあり、An
=10−’、 10−’のとき、時間周期はそれぞれお
よそ10nsおよびinsとなる。従って、その時間周
期を正確に測定するためには、時間周期の1/10程度
、すなわちlnsおよび0.1nsの時間分解能で後方
レーリー散乱光を測定する必要がある。このような高時
間分解能で微弱な後方レーリー散乱光を測定することは
、技術的に非常に困難である。
Birefringence and time period are inversely proportional to each other, and An
=10-', 10-', the time periods are approximately 10 ns and ins, respectively. Therefore, in order to accurately measure the time period, it is necessary to measure the back Rayleigh scattered light with a time resolution of about 1/10 of the time period, that is, lns and 0.1 ns. It is technically very difficult to measure weak backward Rayleigh scattered light with such high temporal resolution.

■の方法は、テス!・媒質にポンプ光を入射し、誘0 導4光波混合により発生した、ストークス光または反ス
トークス光と、ポンプ光との光周波数差から、複屈折率
を測定する方法である。その光周波数差は、近似的に1
77ア(f!= ’if fit )−に比例すること
が知られている。従って、■の方法を使用して、色分散
が零に近い波長(例えば、石英系光ファイバの場合、1
.3μm)で測定する場合には、色分散の測定誤差が、
複屈折率anに対する大きな測定誤差を生しさせてしま
う。さらにその場合、光周波数差が非常に大きな値にな
り、ストークス光または反ストークス光の波長は、テス
ト媒質の損失が小さな波長領域からはずれてしまう。従
って、実際には、ストークス光または反ストークス光を
測定することは不可能となる。また■の方法は、複屈折
率の分布を測定することはできないという欠点もある。
■How to do it, Tess! - A method of measuring birefringence by injecting pump light into a medium and measuring the optical frequency difference between the pump light and Stokes light or anti-Stokes light generated by di0 guided four-wave mixing. The optical frequency difference is approximately 1
It is known that it is proportional to 77a(f!='if fit)-. Therefore, using the method (2), the chromatic dispersion is close to zero (for example, in the case of a silica optical fiber, 1
.. 3μm), the measurement error of chromatic dispersion is
This results in a large measurement error for the birefringence an. Furthermore, in that case, the optical frequency difference becomes a very large value, and the wavelength of the Stokes light or anti-Stokes light deviates from the wavelength region where the loss of the test medium is small. Therefore, it is actually impossible to measure Stokes light or anti-Stokes light. Furthermore, method (2) also has the disadvantage that it is not possible to measure the distribution of birefringence.

(発明が解決しようとする課題) 本発明は、幅広い範囲の複屈折率を高精度に測定し、ま
た複屈折率の分布も測定可能とする、複屈折率の測定方
法および装置を提供することにあ■ る。
(Problems to be Solved by the Invention) It is an object of the present invention to provide a method and device for measuring birefringence that can measure birefringence in a wide range with high precision and also measure the distribution of birefringence. I'm in the middle of the day.

(課題を解決するための手段) 本発明は、対向して伝1般する光波間の4光波混合を利
用して、複屈折率の大きさを測定する。また、テスト媒
質のある点において4光波混合により発生または増幅ま
たは減衰した光波が、その点からテスト媒質の端まで伝
搬する時間を、テスト媒質中の位置に対応づけることに
より、複屈折率の連続的分布を測定する。
(Means for Solving the Problems) The present invention measures the magnitude of birefringence by utilizing four-wave mixing between light waves propagating in opposite directions. In addition, by correlating the propagation time of a light wave generated, amplified, or attenuated by four-wave mixing at a certain point in the test medium from that point to the end of the test medium with the position in the test medium, the continuity of birefringence can be determined. measure the distribution of

4光波混合は、媒質の3次の非線形定数の実部を介した
、非線形光学現象である。今、媒質中を、光波lと光波
3が同一方向に、また光波2と光波4は、それとは反対
方向に伝搬しているとする。
Four-wave mixing is a nonlinear optical phenomenon via the real part of the third-order nonlinear constant of the medium. Now, assume that light waves 1 and 3 are propagating in the same direction in the medium, and light waves 2 and 4 are propagating in the opposite direction.

このとき、光波1および光波2をポンプ波とした。At this time, light wave 1 and light wave 2 were used as pump waves.

光波1,2,3.4が関与する4光波混合を効率良く生
じさせるためには、これらの光波間に、以下の関係を成
立させる必要がある。
In order to efficiently generate four-wave mixing involving light waves 1, 2, 3, and 4, it is necessary to establish the following relationship between these light waves.

fl +rz=r3+r4(1) /I k=に2−に4十に3−kl = O(2)ここ
で、fl+ f2. f3. f、は、光波1,2,3
゜4の光周波数を表わす。同様に、kl、 k2+ k
3+ kaは光波1,2,3.4の伝搬定数を示す。式
(1)、式(2)は、それぞれエネルギー保存の法則、
運動量保存の法則に対応する。式(2)の運動量Zkは
媒質の色分散に起因するものAkcと、媒質の複屈折率
に起因するものAkbに分離できる。
fl + rz = r3 + r4 (1) /I k = to 2- to 40 to 3-kl = O (2) where fl + f2. f3. f, is light wave 1, 2, 3
It represents an optical frequency of 4 degrees. Similarly, kl, k2+ k
3+ ka indicates the propagation constant of light waves 1, 2, and 3.4. Equations (1) and (2) are the law of conservation of energy,
Corresponds to the law of conservation of momentum. The momentum Zk in equation (2) can be separated into Akc, which is due to the chromatic dispersion of the medium, and Akb, which is due to the birefringence of the medium.

1に=lkc+lkb           (3)A
kcは、近似的に下式で表わされる。
1=lkc+lkb (3)A
kc is approximately expressed by the following formula.

akC= 4 π(fz−f4)/ v       
(4)ここで、■は媒質中の光速である。一方、akb
は、各光波の偏波状態により、表1に示す種々の値をと
る。
akC=4π(fz-f4)/v
(4) Here, ■ is the speed of light in the medium. On the other hand, akb
takes various values shown in Table 1 depending on the polarization state of each light wave.

第  ■  表 4光波混合が起きる各光波の偏波の組合せを説明する表
ここで、s、fは、それぞれ媒質の複屈折の主軸である
、slow軸と、fast軸を表わす。表1には式(2
)〜(4)および表1に示したlhbの値を用いて求め
た、光周波数差1 f = f 2  f aも示して
ある。これかられかるように、媒質の複屈折率Anは1 、dn=2λl f2  f41 /v ;組合せ1〜
8 (5)、Jn=4λ(f2  f41 / v ;
組合せ9.10 (6)から求めることが可能である。
Table 4 Table for explaining the combination of polarization of each light wave in which light wave mixing occurs. Here, s and f represent the slow axis and the fast axis, respectively, which are the principal axes of birefringence of the medium. Table 1 shows the formula (2
) to (4) and the optical frequency difference 1 f = f 2 fa determined using the lhb values shown in Table 1 are also shown. As will be seen, the birefringence An of the medium is 1, dn=2λl f2 f41 /v; combinations 1 to 1.
8 (5), Jn=4λ(f2 f41/v;
It can be obtained from combination 9.10 (6).

ここで、λは光波1.2,3.4の平均的な波長である
。式(1)かられかるように、fz  fa−fz  
f+であるから、f2faの代わりに、fx  f+を
測定することにより、複屈折率、dnを求めてもよい。
Here, λ is the average wavelength of light waves 1.2 and 3.4. As seen from equation (1), fz fa−fz
Since f+, the birefringence, dn, may be determined by measuring fx f+ instead of f2fa.

(実施例) 以下図面により、本発明の実施例を詳細に説明する。(Example) Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

実m上 第1図は本発明の実施例1を示す図であって、Llは第
1のポンプ光源、pctは偏波制御装置、■はビームス
プリッタ、11はレンズ、2はテスト媒質である光ファ
イバ、L2は第2のポンプ光源、PO2は偏波制御装置
、12はレンズ、3は光周波数フィルタ、4は光検出器
、5は周波数選択受信機、6は信号処理装置である。第
1図に示す装置を動作させるには、以下の通りにすれば
よい。
Fig. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention, in which Ll is a first pump light source, pct is a polarization control device, ■ is a beam splitter, 11 is a lens, and 2 is a test medium. An optical fiber, L2 is a second pump light source, PO2 is a polarization control device, 12 is a lens, 3 is an optical frequency filter, 4 is a photodetector, 5 is a frequency selection receiver, and 6 is a signal processing device. To operate the apparatus shown in FIG. 1, the following steps may be taken.

ポンプ光源L1からの連続波である光波lを、テスト媒
質に導くための光学手段1であるレンズI11を介して
、光ファイバ2に入射する。また、ポンプ光源L2から
の連続波である光波2を、テスト媒質に導くための光学
手段2であるレンズ!22を介して、光ファイバ2に入
射する。このとき、光波1と光波2は、第1図に示すよ
うに、光フアイバ2中を対向して伝搬するようにする。
A light wave l, which is a continuous wave, from a pump light source L1 is incident on an optical fiber 2 via a lens I11, which is an optical means 1 for guiding it into the test medium. Also, a lens is an optical means 2 for guiding the light wave 2, which is a continuous wave from the pump light source L2, to the test medium! 22 and enters the optical fiber 2. At this time, the light waves 1 and 2 are made to propagate in the optical fiber 2 in opposite directions, as shown in FIG.

このとき、光波lと光波2をポンプ波とした4光波混合
の結果、光波1と同一方向に伝搬する光波3′と、光波
2と同一方向に伝搬する光波4′が発生する。光波1,
2.3’、4’の光周波数をそれぞれfl+ fz、 
f3+ r4とし、また伝搬定数をそれぞれに+、kz
、に3+ k4とすると、各光波間では式(1)、式(
2)の関係が成立している。光波2と光波4′はビーム
スプリッタ1を介して光周波数フィルタ3に導かれる。
At this time, as a result of four-wave mixing using light wave 1 and light wave 2 as pump waves, light wave 3' propagating in the same direction as light wave 1 and light wave 4' propagating in the same direction as light wave 2 are generated. light wave 1,
2. The optical frequencies of 3' and 4' are fl + fz, respectively.
f3+r4, and the propagation constants are + and kz, respectively.
, and 3+k4, between each light wave, equation (1) and equation (
The relationship 2) is established. Light waves 2 and 4' are guided to an optical frequency filter 3 via a beam splitter 1.

光周波数フィルタ3は光波2および光波4′の光周波数
のみ通過させ、他の光周波数は遮断するものとする。こ
れにより、光波1の反射光または散乱光が光検出器4に
入射し、雑音となることを防ぐことができる。このよう
にして、光波2と光波4′は、光検出器4により、光波
2と光波4′の周波数差であるh  faで振動する電
気信号に変換される。この電気信号の周波数を周波数選
択受信機5により測定し、信号処理装置6により、式(
5)、式(6)を計算して、光ファイバの複屈折率、!
!llnを求めることができる。なお、式(5)、式(
6)のうち、いずれを使用するかは、各光波の偏波状態
を測定しなければ決められない。しかし、偏波制御装置
PCI、PO2を使用して、光波1と光波2間の、種々
の偏波状態の組合せに対して上記測定を行うことにより
、周波数Fおよび周波数2Fの信号を検出できる。ここ
で、Fを式(5〉におけるfz  Lに代入することに
より、Inを決定できる。
It is assumed that the optical frequency filter 3 passes only the optical frequencies of the optical waves 2 and 4' and blocks other optical frequencies. Thereby, reflected light or scattered light of the light wave 1 can be prevented from entering the photodetector 4 and becoming noise. In this way, the light waves 2 and 4' are converted by the photodetector 4 into electrical signals that oscillate at hfa, which is the frequency difference between the light waves 2 and 4'. The frequency of this electrical signal is measured by the frequency selection receiver 5, and the signal processing device 6 uses the formula (
5) Calculate equation (6) to find the birefringence of the optical fiber, !
! lln can be obtained. Note that equation (5), equation (
Which of 6) to use cannot be determined without measuring the polarization state of each light wave. However, by performing the above measurements on various combinations of polarization states between light wave 1 and light wave 2 using the polarization control devices PCI and PO2, signals at frequencies F and 2F can be detected. Here, In can be determined by substituting F into fz L in equation (5>).

なお、互いの偏波が保存された状態で、光波2と光波4
′が光ファイバを伝搬し、光受信機で受光されたときは
、表1における組合せ1,4,5゜8.9.10の場合
、表1に示すビート電気信号は7 検出されない。なぜなら、組合せ1,4,5,8゜9.
10においては、光波2と光波4の偏波は直交状態であ
り、互いに干渉しないからである。
Note that light wave 2 and light wave 4 are
When ' is propagated through an optical fiber and received by an optical receiver, in the case of combinations 1, 4, 5°, 8, 9, and 10 in Table 1, the beat electrical signals shown in Table 1 are not detected. Because combinations 1, 4, 5, 8゜9.
10, the polarizations of the light waves 2 and 4 are orthogonal and do not interfere with each other.

以上説明した例では、光波2と光波4′間のビート電気
信号の周波数を測定することにより、周波数差f2−f
4を測定したよしかし、この周波数差を光学的に測定す
ることも可能である。例えば、高フィネスの掃引型ファ
ブリペロ−干渉計を、光周波数フィルタ3として使用し
、光波2および光波4′がファブリペロ−干渉計を透過
するときの、共振器長の差から、光周波数差fz  f
aを求めることができる。
In the example explained above, by measuring the frequency of the beat electrical signal between light wave 2 and light wave 4', the frequency difference f2-f
However, it is also possible to measure this frequency difference optically. For example, when a high finesse swept Fabry-Perot interferometer is used as the optical frequency filter 3, the optical frequency difference fz f is determined from the difference in resonator length when light waves 2 and 4' pass through the Fabry-Perot interferometer.
a can be found.

An =10−6(通常の光ファイバに対応する)、1
0−’、 10−’ (偏波保持光ファイバに対応する
)の場合について、式(5)から周波数差fz  fa
を求めると、波長λ−1μmのとき、それぞれ100M
Hz 。
An = 10-6 (corresponds to normal optical fiber), 1
For the case of 0-', 10-' (corresponding to polarization-maintaining optical fiber), from equation (5), the frequency difference fz fa
When the wavelength is λ-1μm, each is 100M
Hz.

ICl3 、10GHzとなる。これらは容易に測定可
能な値である。
ICl3, 10 GHz. These are easily measurable values.

さて、以上説明した実施例1で、は、光ファイバの複屈
折率の分布は測定できない。以下にそれを8 可能とする方法について説明する。
Now, in the first embodiment described above, the birefringence distribution of the optical fiber cannot be measured. Below, we will explain how to make this possible.

実遣遺業 第2図は本発明の実施例2を示す図であって、5は周波
数選択受信機、6は信号処理装置、7は光変調器である
。ここでは、光源L1からの連続波を光変調器7により
、パルス状に強度変調している。パルス状となった光波
1は、実施例1の場合と同様に、対向して光フアイバ中
を伝搬する光波2との間で4光波混合を起こし、光波1
と同一方向に伝搬する光波3′および光波2と同一方向
に伝搬する光波4′を発生させる。光波2と光波4′は
、光周波数フィルタ3を通過し、光検出器4により両波
のビート電気信号に変換される。光波1および光波3′
は光周波数フィルタ3により遮断される。この光波2と
光波4′によるビート電気信号は、周波数選択受信の可
能な、周波数選択受信機5により検波され、電気信号の
周波数とともに、その強度の時間変化が時間波形として
測定される。これらの情報は、信号処理装置6に記録さ
れ、必要に応して、信号対雑音比改善のための平均化処
理等が施される。
FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which 5 is a frequency selection receiver, 6 is a signal processing device, and 7 is an optical modulator. Here, the continuous wave from the light source L1 is intensity-modulated into pulses by the optical modulator 7. As in the case of Embodiment 1, the pulsed light wave 1 causes four-wave mixing with the light wave 2 propagating in the optical fiber oppositely, and the light wave 1
A light wave 3' propagating in the same direction as light wave 2 and a light wave 4' propagating in the same direction as light wave 2 are generated. The light waves 2 and 4' pass through an optical frequency filter 3 and are converted by a photodetector 4 into beat electric signals of both waves. Light wave 1 and light wave 3'
is blocked by the optical frequency filter 3. The beat electric signal formed by the light wave 2 and the light wave 4' is detected by a frequency selective receiver 5 capable of frequency selective reception, and the frequency of the electric signal as well as the time change in the intensity thereof are measured as a time waveform. These pieces of information are recorded in the signal processing device 6, and are subjected to averaging processing or the like to improve the signal-to-noise ratio, if necessary.

第3図は、周波数選択受信機5における選択周波数を変
えながら、上記測定を行っ−たときの、測定信号波形群
を示す。今、光周波数差f2− f、が式(5)を満足
しているときの値をAfoとする。このとき、第3図に
示したように、有限の信号強度が得られ、その他の場合
は、信号強度は零である。
FIG. 3 shows a group of measurement signal waveforms when the above measurements were performed while changing the selected frequency in the frequency selection receiver 5. Now, let Afo be the value when the optical frequency difference f2-f satisfies equation (5). At this time, as shown in FIG. 3, a finite signal strength is obtained; otherwise, the signal strength is zero.

パルス状の光波lが光ファイバ2に入射した時刻をtl
とする。その光波1が光ファイバの他端にまで達し、そ
の他端において発生した光波4′が、光波1が光ファイ
バ2に入射した位置へ達する時刻をt2とする。その時
間差1.−12は時間は2L/Vである。ただし、ここ
でLは光ファイバ2の長さである。従って、有限の信号
強度を持つ信号波形は、2 L / vの時間だけ観測
される。信号強度が時間とともに減衰しているのは、光
ファイバのある位置で発生する光波4′の強度が、その
位置における、ポンプ波である光波1の強度に依存する
からである。
The time when the pulsed light wave l enters the optical fiber 2 is tl
shall be. The time when the light wave 1 reaches the other end of the optical fiber and the light wave 4' generated at the other end reaches the position where the light wave 1 entered the optical fiber 2 is defined as t2. The time difference 1. -12, the time is 2L/V. However, here L is the length of the optical fiber 2. Therefore, a signal waveform with finite signal strength is observed for a time of 2 L/v. The reason why the signal strength is attenuated over time is because the intensity of the light wave 4' generated at a certain position in the optical fiber depends on the intensity of the light wave 1, which is a pump wave, at that position.

第4図は、第3図の場合と異なり、光ファイバ2の複屈
折率が分布を持った場合の測定信号波形群を示している
。ここでは、区間[21+ 22]での複屈折率はan
+、その他の区間での複屈折率はAn2 (≠Anl)
を仮定している。また、式(5)において、1Jn=I
n、および1Jn=ln2としたときの光周波数差fz
  faをそれぞれArtおよびAr1とする。
FIG. 4 shows a group of measurement signal waveforms when the birefringence of the optical fiber 2 has a distribution, unlike the case of FIG. Here, the birefringence in the interval [21+22] is an
+, the birefringence in other sections is An2 (≠Anl)
It is assumed that Also, in equation (5), 1Jn=I
n, and the optical frequency difference fz when 1Jn=ln2
Let fa be Art and Ar1, respectively.

このとき、周波数選択受信機5における選択周波数IJ
r+としたときには、[2z、/v、2z2/v]の時
間間隔のみで有限の信号強度が得られる。また周波数選
択受信機5における選択周波数をArzとしたときには
[0,2z、/v]および[2zz/v、’2L/v]
の時間間隔のみで有限の信号強度が得られる。このよう
に、複屈折率の大きさは信号が観測される周波数から測
定可能である。またその複屈折率が生している光フアイ
バ上の位置は、その信号が観測される時間から求めるこ
とが可能である。
At this time, the selected frequency IJ in the frequency selection receiver 5
When r+, a finite signal strength can be obtained only at the time interval of [2z, /v, 2z2/v]. Also, when the selected frequency in the frequency selection receiver 5 is Arz, [0, 2z, /v] and [2zz/v, '2L/v]
A finite signal strength is obtained only during the time interval of . In this way, the magnitude of birefringence can be measured from the frequency at which the signal is observed. Furthermore, the position on the optical fiber where the birefringence occurs can be determined from the time at which the signal is observed.

以上説明した実施例1.2では、ポンプ光である光波1
および光波2から光波3′および光波4′を発生させて
いる。この場合、光波3′および光1 波4′は、雑音光から成長して発生するので、その発生
効率は高くない。光波3′と光波4′のうち、少なくと
も一方の光波の周波数と一致する光波を、ポンプ光とと
もに光ファイバに入射させることにより、その効率を向
上させることが可能である。
In Example 1.2 described above, the light wave 1 which is the pump light
From the light wave 2, a light wave 3' and a light wave 4' are generated. In this case, the light wave 3' and the light 1 wave 4' are generated by growing from the noise light, so the generation efficiency is not high. It is possible to improve the efficiency by making a light wave that matches the frequency of at least one of the light waves 3' and 4' enter the optical fiber together with the pump light.

以下、そのような、本発明の実施例について説明する。Hereinafter, such embodiments of the present invention will be described.

実施皿1 第5図は、本発明の実施例3を示す図であって、L3は
周波数可変な第3の光源、PO2は光源L3からの光波
3の偏波状態を制御するための偏波制御装置、8は光波
1と光波3を合波するためのビームスプリッタである。
Implementation plate 1 FIG. 5 is a diagram showing Embodiment 3 of the present invention, in which L3 is a frequency-variable third light source, and PO2 is a polarization wave for controlling the polarization state of light wave 3 from light source L3. The control device 8 is a beam splitter for multiplexing the light waves 1 and 3.

すでに実施例1および2で説明したように、ポンプ光で
ある光波1および光波2が、テスト光フアイバ2中を対
向して伝搬するとき、4光波混合により、光波3′およ
び光波4′が発生する。発生する光波4′の光強度は光
波1、光波2および光波3′の光強度の積に比例する。
As already explained in Examples 1 and 2, when light waves 1 and 2, which are pump lights, propagate oppositely in the test optical fiber 2, light waves 3' and 4' are generated by four-wave mixing. do. The light intensity of the generated light wave 4' is proportional to the product of the light intensities of light wave 1, light wave 2, and light wave 3'.

したがって、光源L3からの光波3の光2 周波数を、光波3′の光周波数に一致させることにより
、実施例1および2の場合に比べて、格段に大きな光強
度の光波4“を得ることができる。
Therefore, by matching the frequency of light wave 2 of light wave 3 from light source L3 with the frequency of light wave 3', it is possible to obtain light wave 4'' with significantly greater light intensity than in the first and second embodiments. can.

光波4″および光波2を受信する方法は、実施例2の場
合と全く同様である。
The method of receiving light wave 4'' and light wave 2 is exactly the same as in the second embodiment.

なお以上の説明では、大きな光強度の光波4″を得るた
めに、光波3の光周波数を変化させ、最適な値に一致さ
せたが、その代わりに光波1の光周波数を変えてもよい
ことは、容易にわかる。
In the above explanation, in order to obtain light wave 4'' with a large light intensity, the optical frequency of light wave 3 was changed to match the optimal value, but it is also possible to change the optical frequency of light wave 1 instead. is easily understood.

実益脳生 第6図は、本発明の実施例4を示す図であって、9、1
0.11はビームスプリッタ、12は光検出器、13は
周波数カウンタである。本発明を動作させるには、まず
、光源L1からの光波1の光周波数fIと光源L2から
の光波2の光周波数f2を固定する。
Figure 6 is a diagram showing Embodiment 4 of the present invention, with 9, 1
0.11 is a beam splitter, 12 is a photodetector, and 13 is a frequency counter. To operate the present invention, first, the optical frequency fI of the light wave 1 from the light source L1 and the optical frequency f2 of the light wave 2 from the light source L2 are fixed.

次に、光源L3からの光波3の光周波数f3を変化させ
ながら、4光波混合により発生し、光波2と同一方向に
伝搬する光波4“の時間的強度変化を光検出器4により
検出する。この実施例4では、光波2と光波4″の光周
波数差を測定する代わり3 に、それと等しい、光波1と光波3の光周波数差を測定
している。具体的には、ビームスプリッタ9により一部
分割された光源LLからの光波1と、ビームスプリッタ
10により一部分割された光源L3からの光波3とを、
ビームスプリンタ11により合波し、合波した光波を光
検出器によりビート電気信号に変えた後、そのビート電
気信号の周波数を周波数カウンタ13により測定してい
る。測定された周波数は、信号処理袋W6に送られる。
Next, while changing the optical frequency f3 of the light wave 3 from the light source L3, the photodetector 4 detects the temporal intensity change of the light wave 4'' generated by four-wave mixing and propagating in the same direction as the light wave 2. In this embodiment 4, instead of measuring the optical frequency difference between light wave 2 and light wave 4'', the optical frequency difference between light wave 1 and light wave 3, which is equivalent to that difference, is measured. Specifically, the light wave 1 from the light source LL that is partially split by the beam splitter 9 and the light wave 3 from the light source L3 that is partially split by the beam splitter 10 are
After the light waves are combined by a beam splinter 11 and converted into a beat electric signal by a photodetector, the frequency of the beat electric signal is measured by a frequency counter 13. The measured frequency is sent to the signal processing bag W6.

この方法では、大きなビート電気信号が得られるので、
実施例1〜3に比べて、非常に高精度に周波数f+  
L=h  f4を測定することができる。またこの方法
では、光波2と光波4″とのビート電気信号を測定する
必要はないので、光フィルタ3は、光波4“のみ通過さ
せるようにし、光検出器4により検出された、光波4“
の強度の時間変化信号を信号処理装置6に送ればよい。
With this method, a large beat electrical signal is obtained, so
Compared to Examples 1 to 3, the frequency f+ can be determined with very high accuracy.
L=h f4 can be measured. Furthermore, in this method, there is no need to measure the beat electrical signals of the light waves 2 and 4'', so the optical filter 3 is configured to allow only the light waves 4'' to pass, and the light waves 4'' detected by the photodetector 4 are
It is sufficient to send a time-varying signal of intensity to the signal processing device 6.

な胎以上の説明では、4光波混合により光波4“を発生
させるため、光源L3からの光波3の光周波数を変化さ
せたが、その代わりに、光源L1か 4− らの光波1の光周波数を変化させてもよいことは、実施
例3の場合と同しである。
In the above explanation, in order to generate light wave 4'' by four-wave mixing, the optical frequency of light wave 3 from light source L3 was changed, but instead, the optical frequency of light wave 1 from light source L1 was changed. As in the case of the third embodiment, it is possible to change .

また以上の実施例4の説明では、4光波混合が起きたこ
とを光波4″の光強度を測定することにより検出してい
る。しかし4光波混合が起きたときには、光波4“が発
生すると同時に、光波1の光強度の減少および光波3の
光強度の増大が起きる。従って、4光波混合が起きたこ
とを検出するために、光波4′の光強度を測定する代わ
りに、光ファイバ2を透過した光波1の光強度または光
波3の光強度の変化を測定してもよい。ただしこのとき
には、4光波混合が起きた、光フアイバ2中の位置を測
定することはできないので、複屈折率の分布は求められ
ない。
In addition, in the above explanation of Embodiment 4, the occurrence of four-wave mixing is detected by measuring the light intensity of light wave 4''.However, when four-wave mixing occurs, light wave 4'' is generated simultaneously. , a decrease in the light intensity of light wave 1 and an increase in the light intensity of light wave 3 occur. Therefore, in order to detect that four-wave mixing has occurred, instead of measuring the light intensity of light wave 4', the change in the light intensity of light wave 1 or light wave 3 transmitted through optical fiber 2 is measured. Good too. However, at this time, it is not possible to measure the position in the optical fiber 2 where four-wave mixing occurs, so the birefringence distribution cannot be determined.

夫施尉i 第7図は、本発明の実施例5を示す図である。Husband I FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention.

L4は周波数可変な第4の光源、PO2は偏波制御装置
、14は光源L2からの光波2と光源L4からの光波4
を合波するためのビームスプリッタである。
L4 is a frequency variable fourth light source, PO2 is a polarization control device, and 14 is light wave 2 from light source L2 and light wave 4 from light source L4.
This is a beam splitter for multiplexing.

本発明を動作させるには、まず、光源L1からの光5 波1の光周波数りおよび光源L2からの光波2の光周波
数f2を固定する。次に、光源L4からの光波4の光周
波数f4を変化させながら、光源L1からのパルス状の
光波1と、光波2と光波4の間における4光波混合によ
り、光波4が増幅または減衰するときの光周波数差fz
  faをさがす。このとき、光波2と光波4は、光周
波数フィルタ3を通過し、光検出器4により両波のビー
ト電気信号に変換される。この電気信号は、周波数選択
受信の可能な、周波数選択受信機5により検波され、電
気信号の周波数とともに、その強度の時間変化が時間波
形として測定される。これらの情報は、信号処理装置6
に記憶され、必要に応じて、信号対雑音比を改善するた
めの平均化処理が施される。
To operate the present invention, first, the optical frequency f of the light wave 1 from the light source L1 and the optical frequency f2 of the light wave 2 from the light source L2 are fixed. Next, when the light wave 4 is amplified or attenuated by four-wave mixing between the pulsed light wave 1 from the light source L1, the light wave 2, and the light wave 4 while changing the optical frequency f4 of the light wave 4 from the light source L4. optical frequency difference fz
Search for fa. At this time, the light waves 2 and 4 pass through an optical frequency filter 3 and are converted by a photodetector 4 into beat electric signals of both waves. This electrical signal is detected by a frequency selective receiver 5 capable of frequency selective reception, and the frequency of the electrical signal as well as the temporal change in its intensity are measured as a temporal waveform. This information is sent to the signal processing device 6
The signals are stored in the data and are subjected to averaging processing to improve the signal-to-noise ratio, if necessary.

なお上記の実施例では光波4の光周波数を変化させたが
、光源L2からの光波2の光周波数ftを変化させても
よい。
In the above embodiment, the optical frequency of the light wave 4 is changed, but the optical frequency ft of the light wave 2 from the light source L2 may be changed.

第8図は、第4図の場合と同様に、光ファイバ2の複屈
折率が分布を持った場合の測定波形群を示している。こ
こでは、区間[zl、 zz ]で]ノ複−26= 屈折率はan+、その他の区間での複屈折率はJnz(
≠an、)を仮定している。また式(5)において、/
Jn=、6n、および/Jn=lJn2としたとき、4
光波混合が生しる光周波数差f2−14をそれぞれAr
1およびArzとする。光波2または光波4の少なくと
も一方の光周波数を変化させることにより、光周波数差
1’z  faを変えながら測定を行うものとする。
FIG. 8 shows a group of measurement waveforms when the birefringence of the optical fiber 2 has a distribution, as in the case of FIG. 4. Here, the refractive index is an+ in the interval [zl, zz], and the birefringence in other intervals is Jnz(
≠an, ). Also, in equation (5), /
When Jn=, 6n, and /Jn=lJn2, 4
The optical frequency difference f2-14 caused by light wave mixing is Ar
1 and Arz. It is assumed that measurement is performed while changing the optical frequency difference 1'z fa by changing the optical frequency of at least one of the light waves 2 and 4.

この場合、周波数選択受信機5における選択周波数をz
lr+としたときには、4光波混合が生しない場合の信
号強度■。よりも大きな信号強度が、[2z1/ v 
、 222/ Vコの時間間隔で得られる。
In this case, the selected frequency in the frequency selection receiver 5 is set to z
When set to lr+, signal strength ■ when no four-wave mixing occurs. A signal strength greater than [2z1/v
, 222/V.

また周波数選択受信機5における選択周波数を1Urz
としたときには、[0,2z+/v ]および[2z2
/v、2L/v]の時間間隔のみで、Ioよりも大きな
信号強度が得られる。このように、光ファイバの複屈折
率は、1.よりも大きな信号が観測される周波数から測
定可能である。またその複屈折率が生じている光フアイ
バ上の位置は、その信号が観測される時間から求めるこ
とが可能である。
In addition, the selected frequency in the frequency selection receiver 5 is set to 1Urz.
Then, [0,2z+/v ] and [2z2
/v, 2L/v], a signal strength greater than Io can be obtained. Thus, the birefringence of an optical fiber is 1. can be measured from the frequency at which a signal larger than . Furthermore, the position on the optical fiber where the birefringence occurs can be determined from the time at which the signal is observed.

なお第8図では、光波4が4光波混合により増7 幅される場合のみ示したが、減衰を受ける場合は、4光
波混合が起きたときの信号強度がI。よりも小さくなる
点が上記の場合と異なるのみで、他はすべて上記の場合
と同様である。
Although FIG. 8 shows only the case where light wave 4 is amplified by four-wave mixing, if it is attenuated, the signal strength when four-wave mixing occurs is I. The only difference from the above case is that it is smaller than , and everything else is the same as the above case.

この実施例が実施例1.2の場合よりも優れている点は
、光波2と光波4の光強度が大きいので、これらのビー
ト周波数が精度良く測定可能なことである。
The advantage of this embodiment over Embodiment 1.2 is that since the light intensities of light waves 2 and 4 are large, their beat frequencies can be measured with high precision.

尖施班立 第9図は本発明の実施例6を示す図である。この実施例
では、光源LL、L2.L3.L4からの光波1、光波
2、光波3、光波4が関与した4光波混合を、テスト光
フアイバ2中で効率よく起こすため、各光波の光周波数
を以下の通りに制御する。
Figure 9 shows a sixth embodiment of the present invention. In this example, light sources LL, L2 . L3. In order to efficiently cause four-light wave mixing involving light wave 1, light wave 2, light wave 3, and light wave 4 from L4 in the test optical fiber 2, the optical frequency of each light wave is controlled as follows.

ずなわち光波2および光波4のうち、少なくとも一方の
光波の光周波数を変化させることにより光周波数差fz
  Lを変化させ、それと同時に、光波1および光波3
のうち、少なくとも一方の光波(第9図では、光波3の
場合を示す)の光周波数8 を変化させることにより、f 3  f l−f z 
 f 4 = l fの関係を保たせながら、光周波数
差f3−f、を変化させる。このとき、弐(5)の関係
は満足されるので、もし1.dfが表1に示す周波数(
±に、±2K)と一致すれば、式(6)の関係も満足さ
れるので、4光波混合が効率よく起こることになる。こ
のとき、光波4は増大または減衰する。このような4光
波混合の影響を受けた光波4の受信方法は、実施例5の
場合と同しである。なお上記f’a  L−fz  f
aの関係を保ちながら、1Jf−42−r、を変化させ
る具体的方法は以下の通りである。
That is, by changing the optical frequency of at least one of the light waves 2 and 4, the optical frequency difference fz
L is changed, and at the same time, light wave 1 and light wave 3
By changing the optical frequency 8 of at least one of the light waves (FIG. 9 shows the case of light wave 3), f 3 f l-f z
The optical frequency difference f3-f is changed while maintaining the relationship f4=lf. At this time, the relationship 2 (5) is satisfied, so if 1. df is the frequency shown in Table 1 (
±2K), the relationship of equation (6) is also satisfied, and four-wave mixing occurs efficiently. At this time, the light wave 4 increases or attenuates. The method of receiving light wave 4 affected by such four-wave mixing is the same as in the fifth embodiment. Note that the above f'a L-fz f
A specific method for changing 1Jf-42-r while maintaining the relationship a is as follows.

まず、ビームスプリッタ9により一部分割された光源L
1からの光波1と、ビームスプリッタ10により一部分
割された光源L3からの光波3とを、ビームスプリッタ
11により合波し、合波した光波を光検出器12により
ビート電気信号に変えた後、そのビート電気信号の周波
数f3−f、を周波数カウンタ13により測定している
。測定された周波数は、信号処理装置6に送られる。同
時に光波2と光波4の光周波数差fz  f4も周波数
選択受信機5によ9 り測定され、信号処理装置6に送られる。信号処理装置
6ば周波数の誤差(f3−fl)−(f2−f4)を表
わす誤差信号を光源L3に送出する。光源1゜3は、そ
の誤差信号をもとに、自らの発振周波数f3を制御する
ことにより、4光波混合の1条件である、式(5)を満
足するように動作する。このようにしながら、光源L2
ないし光a1.4からの光波の少なくとも一方の光周波
数を変化させて、光波2と光波4のビート電気信号を測
定することにより、第4図に示した実施例5と同様の測
定信号波形群が得られる。よって、実施例5と全く同様
にしてテスト光ファイバ2の複屈折率分布が得られる。
First, the light source L is partially split by the beam splitter 9.
1 and the light wave 3 from the light source L3 that has been partially split by the beam splitter 10 are combined by the beam splitter 11, and the combined light wave is converted into a beat electric signal by the photodetector 12. The frequency f3-f of the beat electric signal is measured by the frequency counter 13. The measured frequency is sent to the signal processing device 6. At the same time, the optical frequency difference fz f4 between the light waves 2 and 4 is also measured by the frequency selection receiver 5 and sent to the signal processing device 6. The signal processing device 6 sends an error signal representing the frequency error (f3-fl)-(f2-f4) to the light source L3. The light source 1.3 operates to satisfy equation (5), which is one condition for four-wave mixing, by controlling its own oscillation frequency f3 based on the error signal. While doing this, light source L2
By changing the optical frequency of at least one of the light waves from light a1. is obtained. Therefore, the birefringence distribution of the test optical fiber 2 can be obtained in exactly the same manner as in Example 5.

以上の説明では、テスト光ファイバ2に入射する光波1
は、すべてパルスであるとした。しかしながら、光源L
3からの光波3がパルスであってもよい。また、光波1
のみならず、光波3も、光波1のパルスと同期したパル
スであってもよいことは明らかである。さらに光波2ま
たは光波4がパルスであってもよい。ただし最後の場合
には、光波1のパルスと、光波2ないし光波4のパルス
が0 出会った位置でのみ4光波混合が起こるので、テスト光
ファイバ2の長平方向にそった複屈折率分布を測定する
ためには、光波lのパルスがテスト光ファイバ2へ入射
する時刻と、光波2ないし光波4のパルスがラースト光
ファイバ2に入1]する時刻の差を変化させなから測定
を行う必要がある。
In the above explanation, the light wave 1 incident on the test optical fiber 2 is
are all pulses. However, light source L
The light wave 3 from 3 may be a pulse. Also, light wave 1
However, it is clear that the light wave 3 may also be a pulse synchronized with the pulse of the light wave 1. Furthermore, the light wave 2 or the light wave 4 may be a pulse. However, in the last case, four-wave mixing occurs only at the position where the pulse of light wave 1 and the pulse of light wave 2 or light wave 4 meet, so the birefringence distribution along the longitudinal direction of test optical fiber 2 is measured. In order to do this, it is necessary to perform measurements without changing the difference between the time when the pulse of light wave 1 enters the test optical fiber 2 and the time when the pulse of light wave 2 or 4 enters the last optical fiber 2. be.

また以上説明した実施例では、複屈折率の分布を測定す
るために、光源L1または光源L3をパルス状に強度変
調し、かつ光源L1からの光波1に対して、光フアイバ
中を対向して伝搬する光波4′、光波4″または光波4
の4光波混合効果による時間的強度変化を測定した。し
かし4光波混合の結果、光波4′、光波4″、または光
波4の強度が変化すると同時に、光源2からの光波の強
度も、変化する。したがって、光波4′、光波4″、ま
たは光波4の強度を測定する代わりに、光波2の強度変
化を測定してもよい。ポンプ光である光波2は4光波混
合により自らのエネルギーを失うので、4光波混合が起
きたときの光波2の光強度は、起きないときの光強度に
比べて小さくなる。
Furthermore, in the embodiment described above, in order to measure the distribution of birefringence, the intensity of the light source L1 or the light source L3 is modulated in a pulsed manner, and the light wave 1 from the light source L1 is faced in the optical fiber. Propagating light wave 4', light wave 4'' or light wave 4
We measured the temporal intensity change due to the four-wave mixing effect. However, as a result of four-wave mixing, the intensity of light wave 4', light wave 4'', or light wave 4 changes, and at the same time the intensity of the light wave from light source 2 also changes. Therefore, light wave 4', light wave 4'', or light wave 4 Instead of measuring the intensity of the light wave 2, changes in the intensity of the light wave 2 may be measured. Since the light wave 2, which is the pump light, loses its own energy due to four-wave mixing, the light intensity of the light wave 2 when four-wave mixing occurs is smaller than the light intensity when four-wave mixing does not occur.

また以上の説明では、光源L1からの光波1を、光変調
器7により強度変調し、パルスを得ていた。
Furthermore, in the above description, the light wave 1 from the light source L1 was intensity-modulated by the optical modulator 7 to obtain pulses.

しかし、変調方式は、強度変調の代わりに周波数変調で
あってもかまわない。ただし、このときには、マークが
オフのときの光波1の周波数は、光波1、光波2、光波
3および光波4の間に、式(5)、式(6)の関係が成
立しないように選定しておく必要がある。
However, the modulation method may be frequency modulation instead of intensity modulation. However, in this case, the frequency of light wave 1 when the mark is off is selected so that the relationships of equations (5) and (6) do not hold between light wave 1, light wave 2, light wave 3, and light wave 4. It is necessary to keep it.

また、以上の説明における実施例では、効率良く4光波
混合を起こさせるために、光波I、光波2、光波3、お
よび光波4の、それぞれの光波に対応した偏波制御装置
1.2.3.および4を使用した。しかし、表1からも
わかるように、効率良く4光波混合を起こさせるために
、すべての偏波状態の組合わせに関して測定を行う必要
はない。
Further, in the embodiment described above, in order to efficiently cause four-wave mixing, polarization control devices 1.2.3 corresponding to the respective light waves of light wave I, light wave 2, light wave 3, and light wave 4 are used. .. and 4 were used. However, as can be seen from Table 1, it is not necessary to measure all combinations of polarization states in order to efficiently cause four-wave mixing.

−例として、第5図に示した実施例3の場合について考
えてみる。表1における組合わせ3および組合わせ7に
着目すると、光波1の偏波が、テスト光ファイバ2のフ
ァースト(fast)軸に一致し、2 光波3の偏波がスロー(s Ioiv)軸に一致してい
るとき、光波2の偏波方向に関係なく、4光波混合によ
り、光波4″を発生させることができる。したがって、
たとえば偏波ビームスプリッタ等により光波lと光波3
を合波し、光波1と光波3の偏波が直交した状態を保っ
たまま、一つの偏波制御装置のみで、光波1と光波3の
偏波の方向を変化させて測定を行えばよい。一般には、
1/2波長板および1/4波長板等により構成した偏波
制御装置は、波長依存性を有するが、本発明ではlt+
f、l<<lであるので、上述のように、一つの偏波制
御装置で、2波以上の偏波制御が可能である。
- As an example, consider the case of Example 3 shown in FIG. Focusing on combinations 3 and 7 in Table 1, the polarization of light wave 1 coincides with the fast axis of test optical fiber 2, and the polarization of light wave 3 coincides with the slow (s Ioiv) axis. When the polarization direction of the light wave 2 is the same, the light wave 4'' can be generated by four-wave mixing regardless of the polarization direction of the light wave 2. Therefore,
For example, light wave 1 and light wave 3 can be separated by a polarization beam splitter, etc.
The measurement can be performed by changing the direction of polarization of light waves 1 and 3 using only one polarization control device, while keeping the polarizations of light waves 1 and 3 orthogonal. . In general,
A polarization control device configured with a 1/2 wavelength plate, a 1/4 wavelength plate, etc. has wavelength dependence, but in the present invention, lt+
Since f, l<<l, as described above, one polarization control device can control polarization of two or more waves.

以上、実施例3における、偏波の組合わせ3および組合
わせ7の場合についてのみ説明したが、他の実施例およ
び他の偏波の組合わせにういても同様である。
Although only the cases of polarization combination 3 and combination 7 in Example 3 have been described above, the same applies to other examples and other polarization combinations.

また、たとえテスト光ファイバ2の複屈折の軸が、テス
ト光ファイバ2の長平方向で変化している場合でも、種
々の偏波の組合わせに関する測定信号波形の平均値をと
ることにより、テスト光フ3 ァイハ2の長手方向のすべての位置で、偏波が4光波混
合の効率に及ぼす影響を軽減した測定が可能となる。
Furthermore, even if the axis of birefringence of the test optical fiber 2 changes in the longitudinal direction of the test optical fiber 2, the test light can be At all positions in the longitudinal direction of the fiber 2, measurements can be made with the influence of polarization on the efficiency of four-wave mixing reduced.

また以上の説明ではテスト媒質として光ファイバを取り
上げて説明してきたが、他の媒質に対しても本発明が適
用可能であることは言うまでもない。
Further, although the above explanation has been made using an optical fiber as the test medium, it goes without saying that the present invention is applicable to other media as well.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、4光波混合の効
果により、発生または信号強度が増幅ないし減衰した光
波と、ポンプ光との光周波数差から、複屈折率を求める
ことができる。また、4光波混合の効果を受けた光波が
テスト媒質の端に到達する時間差から、複屈折率とテス
ト媒質の位置を対応づけることができる。一般に、テス
ト媒質に歪(側圧、曲げ、捻じり等)が加わった場合、
テスト媒質の複屈折率が変化することが知られている。
(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, the birefringence is determined from the optical frequency difference between the pump light and the light wave whose generated or signal intensity is amplified or attenuated due to the effect of four-wave mixing. be able to. Furthermore, the birefringence index and the position of the test medium can be correlated based on the time difference between when the light waves subjected to the four-wave mixing effect arrive at the end of the test medium. Generally, when strain (lateral pressure, bending, twisting, etc.) is applied to the test medium,
It is known that the birefringence of the test medium varies.

従って、本発明は、歪センサとして応用することも可能
である。特に、テスト媒質に光ファイバを使用した場合
には、その低損失性ゆえに、4 非常に長い距離にわたった歪センシングが可能となる。
Therefore, the present invention can also be applied as a strain sensor. In particular, when optical fiber is used as the test medium, its low loss properties make it possible to perform strain sensing over very long distances.

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

第1図は本発明の実施例1を示す図、 第2図は本発明の実施例2を示す図、 第3図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第4図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第5図は本発明の実施例3を示す図、 第6図は本発明の実施例4を示す図、 第7図は本発明の実施例5を示す図、 第8図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第9図は本発明の実施例6を示す図である。 Ll、L2.L3.L4・・・光源 PCI、PC2,PC3,PC4・・・偏波制御装置L
 8.9.10. IL 14・・・ビームスプリッタ
2・・・テスト光ファイバ 3・・・光周波数フィルタ 4.12・・・光検出器 6・・・信号処理装置 13・・・周波数カウンタ 5・・・周波数選択受信機 7・・・光変調器
FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing Embodiment 2 of the present invention, FIG. 3 is a diagram illustrating a group of measurement signal waveforms according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing the present invention. 5 is a diagram illustrating a third embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram illustrating a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention. 8 is a diagram illustrating a group of measurement signal waveforms according to the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. Ll, L2. L3. L4...Light source PCI, PC2, PC3, PC4...Polarization control device L
8.9.10. IL 14...Beam splitter 2...Test optical fiber 3...Optical frequency filter 4.12...Photodetector 6...Signal processing device 13...Frequency counter 5...Frequency selection reception Machine 7... Optical modulator

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、互いに反対方向にテスト媒質を伝搬する、光波1と
光波2の間における4光波混合の結果発生する二つの光
波を光波3′および光波4′とし、該光波2と同一方向
に伝搬する光波4′の光周波数と、該光波2の光周波数
との差周波数から、または該光波1と同一方向に伝搬す
る光波3′の光周波数と、該光波1の光周波数との差周
波数から、該テスト媒質の複屈折率を測定することを特
徴とする複屈折率測定方法。 2、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波1と光
波3と、該光波1とは反対方向に伝搬する光波2との間
における4光波混合の結果、該光波2と同一方向に伝搬
する光波4″が発生し、該光波2の光周波数と該光波4
″の光周波数との差周波数から、または該光波4″が発
生したときの該光波1の光周波数と該光波3の光周波数
との差周波数から、該テスト媒質の複屈折率を測定する
ことを特徴とする複屈折率測定方法。 3、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波2と光
波4と、該光波2とは反対方向に伝搬する光波1との間
における4光波混合の結果、該光波4の光信号強度が増
幅または減衰したときの、該光波2の光周波数と該光波
4の光周波数との差周波数から、該テスト媒質の複屈折
率を測定することを特徴とする複屈折率測定方法。 4、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波1と光
波3と、該光波1とは反対方向に伝搬する光波2と光波
4との間における4光波混合の結果、該光波4の光信号
強度を増幅または減衰したときの、該光波1の光周波数
と該光波3の光周波数との差周波数から、または該光波
2の光周波数と該光波4の光周波数との差周波数から、
該テスト媒質の複屈折率を測定することを特徴とする複
屈折率測定方法。 5、特許請求の範囲第1項、第2項、第3項、または第
4項記載の複屈折率測定方法において、光波1および光
波3のうち、少なくとも一つの光波を強度変調または周
波数変調し、該4光波混合により発生した該光波4′も しくは該光波4″、または該4光波混合により増大もし
くは減衰した該光波4、または該4光波混合の結果に関
与した、該光波2の時間的強度変化を検出することによ
り、複屈折率の分布を測定することを特徴とする複屈折
率測定方法。 6、光源L1および光源L2と、 該光源L1からの光波1の偏波を制御する ための偏波制御装置PC1と、 該光波1をテスト媒質に導く光学手段1と、該光源L2
からの光波2の偏波を制御する ための偏波制御装置PC2と、 該光波2を該光波1とは反対方向に該光波 2が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段2と
、 該光波1と該光波2が該テスト媒質中で、 4光波混合と呼ばれる非線形相互作用を起こし、該光波
1と同一方向に伝搬する光波3′および該光波2と同一
方向に伝搬する光波4′が発生し、該光波1の光周波数
と該光波3′の光周波数との差周波数を測定する手段、
または該光波2の光周波数と該光波4′の光周波数との
差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 7、少なくとも一方が周波数可変な光源L1と光源L3
と、 光源L2と、 該光源L1からの光波1の偏波を制御する ための偏波制御装置PC1と、 該光波1をテスト媒質に導く光学手段1と、該光源L2
からの光波2の偏波を制御する ための偏波制御装置PC2と、 該光波2を、該光波1とは反対方向に該光 波2が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段2
と、 該光源L3からの光波3の偏波を制御する ための偏波制御装置PC3と、 該光波3を、該光波1と同一方向に該光波 3が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段3と
、 該光波1、該光波2および該光波3が該テ スト媒質中で、4光波混合と呼ばれる非線形相互作用を
起こし、該4光波混合の結果発生した光波4″の光周波
数と、該光波2の光周波数との差周波数を測定する手段
と、または該差周波数と等価な、該光波1の光周波数と
該光波3の光周波数との差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 8、光源L1と、 少なくとも一方が周波数可変な光源L2お よび光源L4と、 該光源L1からの光波1の偏波を制御する ための偏波制御装置PC1と、 該光波1をテスト媒質に導く光学手段1と、該光源L2
からの光波2の偏波を制御する ための偏波制御装置PC2と、 該光波2を、該光波1とは反対方向に該光 波2が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段2
と、 該光源L4からの光波4の偏波を制御する ための偏波制御装置PC4と、 該光波4を、該光波1とは反対方向に該光 波4が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段4
と、 該光波1、該光波2および該光波4が該テ スト媒質中で、4光波混合と呼ばれる非線形相互作用を
起こし、該4光波混合の結果、信号強度が増大または減
衰した該光波4の光周波数と、該光波2の光周波数との
差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 9、少なくとも一方が周波数可変な光源L1および光源
L3と、 少なくとも一方が周波数可変な光源L2お よび光源L4と、 該光源L1からの光波1の偏波を制御する ための偏波制御装置PC1と、 該光波1をテスト媒質に導く光学手段1と、該光源L2
からの光波2の偏波を制御する ための偏波制御装置PC2と、 該光波2を、該光波1とは反対方向に該光 波2が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段2
と、 該光源L3からの光波3の偏波を制御する ための偏波制御装置PC3と、 該光波3を、該光波1と同一方向に該光波 3が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段3と
、 該光源L4からの光波4の偏波を制御する ための偏波制御装置PC4と、 該光波4を、該光波1とは反対方向に該光 波4が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段4
と、 該光波1、該光波2、該光波3および該光 波4が該テスト媒質中で、4光波混合と呼ばれる非線形
相互作用を起こし、該4光波混合の結果、増幅または減
衰した該光波4の光周波数と、該光波2の光周波数との
差周波数を測定する手段と、または該差周波数と等価な
、該光波1の光周波数と該光波3の光周波数との差周波
数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 10、特許請求の範囲第6項、第7項、第8項または第
9項記載の複屈折率測定装置において、光源L1および
光源L3のうち、少なくと も一つの光源からの出射光を強度変調または周波数変調
する変調手段と、 該4光波混合により発生した該光波4′も しくは該光波4″、または該4光波混合により増幅もし
くは減衰した該光波4または該4光波混合の結果に関与
した該光波2の時間的強度変化を検出する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。
[Claims] 1. Two light waves generated as a result of four-wave mixing between light wave 1 and light wave 2, which propagate in the test medium in opposite directions to each other, are defined as light wave 3' and light wave 4', and light wave 2 and From the difference frequency between the optical frequency of the light wave 4' propagating in the same direction and the optical frequency of the light wave 2, or the optical frequency of the light wave 3' propagating in the same direction as the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 1. A method for measuring birefringence, comprising measuring the birefringence of the test medium from the difference frequency. 2. As a result of four-wave mixing between light waves 1 and 3 that propagate in the test medium in the same direction and light wave 2 that propagates in the opposite direction to light wave 1, a light wave propagates in the same direction as light wave 2. 4'' occurs, and the optical frequency of the light wave 2 and the light wave 4
measuring the birefringence of the test medium from the difference frequency between the optical frequency of the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 3 when the light wave 4 is generated; A method for measuring birefringence characterized by: 3. As a result of four-wave mixing between light wave 2 and light wave 4 that propagate in the test medium in the same direction and light wave 1 that propagates in the opposite direction to light wave 2, the optical signal intensity of light wave 4 is amplified or A method for measuring birefringence, comprising measuring the birefringence of the test medium from the difference frequency between the optical frequency of the light wave 2 and the optical frequency of the light wave 4 when attenuated. 4. As a result of four-wave mixing between light waves 1 and 3 that propagate in the test medium in the same direction, and light waves 2 and 4 that propagate in the opposite direction to light wave 1, the optical signal intensity of light wave 4 From the difference frequency between the optical frequency of the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 3, or from the difference frequency between the optical frequency of the light wave 2 and the optical frequency of the light wave 4 when amplified or attenuated,
A method for measuring birefringence, comprising measuring the birefringence of the test medium. 5. In the method for measuring birefringence according to claim 1, 2, 3, or 4, at least one of the light waves 1 and 3 is intensity-modulated or frequency-modulated. , the light wave 4' or the light wave 4'' generated by the four-wave mixing, or the light wave 4 increased or attenuated by the four-wave mixing, or the temporal intensity of the light wave 2 contributing to the result of the four-wave mixing. A birefringence measuring method characterized by measuring the distribution of birefringence by detecting a change. 6. A light source L1, a light source L2, and a device for controlling the polarization of the light wave 1 from the light source L1. a polarization control device PC1; an optical means 1 for guiding the light wave 1 to a test medium; and a light source L2.
a polarization control device PC2 for controlling the polarization of a light wave 2 from , and optical means 2 for directing the light wave 2 in the opposite direction to the light wave 1 so that the light wave 2 propagates in the test medium; The light wave 1 and the light wave 2 cause a nonlinear interaction called four-wave mixing in the test medium, and a light wave 3' propagates in the same direction as the light wave 1 and a light wave 4' propagates in the same direction as the light wave 2. means for measuring the difference frequency between the optical frequency of the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 3';
Alternatively, a birefringence measuring device comprising means for measuring a difference frequency between the optical frequency of the light wave 2 and the optical frequency of the light wave 4'. 7. Light source L1 and light source L3, at least one of which is frequency variable
, a light source L2, a polarization control device PC1 for controlling the polarization of the light wave 1 from the light source L1, an optical means 1 for guiding the light wave 1 to a test medium, and the light source L2
a polarization control device PC2 for controlling the polarization of the light wave 2 from the light wave 2; and optical means 2 for guiding the light wave 2 in the opposite direction to the light wave 1 so that the light wave 2 propagates in the test medium.
and a polarization control device PC3 for controlling the polarization of the light wave 3 from the light source L3, guiding the light wave 3 in the same direction as the light wave 1 so that the light wave 3 propagates in the test medium. an optical means 3; the light wave 1, the light wave 2 and the light wave 3 cause a nonlinear interaction called four-wave mixing in the test medium, and the optical frequency of the light wave 4'' generated as a result of the four-wave mixing; A means for measuring a difference frequency between the optical frequency of the light wave 2 and a means for measuring a difference frequency between the optical frequency of the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 3, which is equivalent to the difference frequency. A birefringence measurement device characterized by: 8. a light source L1; a light source L2 and a light source L4, at least one of which is variable in frequency; and a polarization control device PC1 for controlling the polarization of the light wave 1 from the light source L1. , optical means 1 for guiding the light wave 1 into the test medium, and the light source L2.
a polarization control device PC2 for controlling the polarization of the light wave 2 from the light wave 2; and optical means 2 for guiding the light wave 2 in the opposite direction to the light wave 1 so that the light wave 2 propagates in the test medium.
a polarization control device PC4 for controlling the polarization of the light wave 4 from the light source L4; Optical means for guiding 4
and the light wave 1, the light wave 2, and the light wave 4 cause a nonlinear interaction called four-wave mixing in the test medium, and as a result of the four-wave mixing, the light wave 4 has an increased or attenuated signal intensity. 1. A birefringence measuring device comprising means for measuring a frequency and a difference frequency between the optical frequency of the light wave 2. 9. A light source L1 and a light source L3, at least one of which has a variable frequency; a light source L2 and a light source L4, at least one of which has a variable frequency; a polarization control device PC1 for controlling the polarization of the light wave 1 from the light source L1; optical means 1 for guiding the light wave 1 into the test medium; and the light source L2.
a polarization control device PC2 for controlling the polarization of the light wave 2 from the light wave 2; and optical means 2 for guiding the light wave 2 in the opposite direction to the light wave 1 so that the light wave 2 propagates in the test medium.
and a polarization control device PC3 for controlling the polarization of the light wave 3 from the light source L3, guiding the light wave 3 in the same direction as the light wave 1 so that the light wave 3 propagates in the test medium. an optical means 3; a polarization control device PC4 for controlling the polarization of the light wave 4 from the light source L4; and a polarization control device PC4 for controlling the polarization of the light wave 4 from the light source L4; Optical means 4 for guiding
and the light wave 1, the light wave 2, the light wave 3, and the light wave 4 cause a nonlinear interaction called four-wave mixing in the test medium, and as a result of the four-wave mixing, the light wave 4 is amplified or attenuated. means for measuring the difference frequency between the optical frequency and the optical frequency of the light wave 2, or means for measuring the difference frequency between the optical frequency of the light wave 1 and the optical frequency of the light wave 3, which is equivalent to the difference frequency; A birefringence measuring device characterized by comprising: 10. In the birefringence measuring device according to claim 6, 7, 8, or 9, the emitted light from at least one of the light sources L1 and L3 is intensity-modulated or a modulation means for frequency modulating; and the light wave 4' or the light wave 4'' generated by the four-wave mixing, or the light wave 4 amplified or attenuated by the four-wave mixing, or the light wave 2 involved in the result of the four-wave mixing. 1. A birefringence measurement device, comprising: means for detecting temporal intensity changes.
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