JPWO2020084825A1 - 光パルス試験装置及び光パルス試験方法 - Google Patents

Abstract

本開示の光パルス試験装置は、被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成する光生成部と、前記光生成部の生成した光パルス、第１の光、及び第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離するモード分波部と、前記モード分波部の分離した後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成する局部発振光生成部と、前記モード分波部の分離したＬＰ１１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換する受光部と、前記受光部のＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布を演算する演算処理部と、を備える。

Description

本開示は、光ファイバの特性を測定するための光パルス試験装置及び光パルス試験方法に関する。

光パルス試験法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ、以下「ＯＴＤＲ」と称する。）は、パルス光を被試験光ファイバに入射し、光ファイバ内を伝搬する光パルスに由来するレイリー散乱光の後方散乱光やフレネル反射光の強度とラウンドトリップ時間に基づき分布データ（ＯＴＤＲ波形）を取得する方法である。この技術は、光ファイバ損失分布の測定や故障箇所の特定、光ファイバの光学特性の測定が可能であるため、光ファイバの保守運用や光ファイバ特性評価に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

非特許文献１及び非特許文献２では、光ファイバに生じる曲げや側圧を従来のＯＴＤＲよりも高感度に検出可能な技術が開示されている。即ち、汎用的なシングルモードファイバが２モード動作する波長の試験光とモード合分波器を用いて、後方散乱光中に含まれる基本モード（ＬＰ０１モード）成分だけでなく、第一高次モード（ＬＰ１１モード）成分を測定する手法である。当該技術においては、ＬＰ０１モードよりも曲げや側圧に対する損失感受性が高いＬＰ１１モードが経験した損失情報を取得することにより、曲げや側圧の高感度検出を実現している。

特開２０１５−１５２３９９号公報

Ａ． Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ．， "Ｈｉｇｈ−ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｂｅｎｄｓ： １−μｍ−ｂａｎｄ ｍｏｄｅ−ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＯＴＤＲ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗ． Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ｖｏｌ． ３３， ｎｏ． ２３， ｐｐ． ４８６２−４８６９， ２０１５． Ａ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ．ａｌ．，"Ｈｉｇｈｌｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｂｅｎｄｉｎｇ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，" Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ． ２５， ｎｏ． ５， ｐｐ． ５７４２−５７４８， ２０１７．

非特許文献１及び非特許文献２で開示されている手法を、フィールドに構築されている光ファイバ網の測定に適用することを考える。これらの手法では、光ファイバの接続点等において生じるＬＰ０１モードとＬＰ１１モード間のクロストークにより、「損失感受性が高いＬＰ１１モードが経験した損失情報」と「損失感受性の低いＬＰ０１モードが経験した損失情報」が混合する。このため、曲げや側圧の検出感度が劣化するという問題が起こりうる。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、ＬＰ１１モードの損失情報を高感度に検出可能な光パルス試験装置及び光パルス試験方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の光パルス試験装置及び光パルス試験方法は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、ＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰した上で、ＬＰ１１モードの後方散乱光のＯＴＤＲ波形を取得することを特徴とする。

具体的には、本開示に係る光パルス試験装置は、
被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成する光生成部と、
前記光生成部の生成した光パルス、第１の光、及び第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離するモード分波部と、
前記モード分波部の分離した後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成する局部発振光生成部と、
前記モード分波部の分離したＬＰ１１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換する受光部と、
前記受光部のＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布を演算する演算処理部と、を備える。

具体的には、本開示に係る光パルス試験方法は、
被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成し、
生成した前記光パルス、前記第１の光、及び前記第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離し、
分離した前記後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成し、
分離した前記ＬＰ１１モードの後方散乱光と生成した前記局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換し、
ＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した前記電気信号の時間−強度分布を演算することを特徴とする。

本発明は、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧を高感度に検出可能な光パルス試験装置及び光パルス試験方法を提供することができる。

本開示の光パルス試験装置を説明する図である。 本開示の光パルス試験装置を説明する図である。 本開示の光パルス試験装置に係る光周波数の関係を示す図である。 ブリルアン周波数シフト帯域の関係を示す図である。 本開示の光パルス試験装置を説明する図である。 本開示の光パルス試験装置を説明する図である。 本開示の光パルス試験装置に係る光周波数の関係を示す図である。 ブリルアン周波数シフト帯域の関係を示す図である（図４の再掲）。 本開示の光パルス試験装置に係る周波数差の設定例を説明する図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

本実施形態において用いる光の周波数（波長）は、被試験光ファイバがＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの２つのＬＰモードで動作する光周波数（波長）であるとする。

本実施形態において、光パルスは、被試験ファイバに後方散乱光を発生させるプローブ光として作用する。第１の光は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数のポンプ光として作用する。第２の光は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数のポンプ光として作用する。

（実施形態１）
本開示に係る実施形態では、光パルス試験装置１０１は、光生成部、モード分波部、局部発振光生成部、受光部、及び演算処理部を備える。
光生成部は、被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成する。
モード分波部は、前記光生成部の生成した光パルス、第１の光、及び第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離する。
局部発振光生成部は、前記モード分波部の分離した後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成する。
受光部は、前記モード分波部の分離したＬＰ１１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換する。
演算処理部は、前記受光部のＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布を演算する。

本開示に係る実施形態の光パルス試験装置の構成例を図１に示す。
図１において、光生成部は、光源１１、光スプリッタ１２、第１の光周波数シフタ１３、第１の光強度変調器１４、光振幅変調器１５、第２の光強度変調器１７、及び光カプラ１９を有する。光源１１は光周波数ν_０を有する連続光を出力する。出力された連続光は光スプリッタ１２で分岐される。分岐された連続光の一つは、第１の光周波数シフタ１３により光周波数がν_０＋Δν_１に変換され、その後、第１の光強度変調器１４でパルス化される。

また、分岐された連続光の別の一つを搬送波として、光周波数ν_０を有する連続光が光振幅変調器１５により周波数Δν_２の正弦波信号で搬送波抑圧両側波帯振幅変調され、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光の２つの連続光に変換される。光振幅変調器１５は、例えばマッハツェンダ型のＬＮ振幅変調器である。

光振幅変調器１５の他の構成を示す。光スプリッタ１２で分岐された連続光の別の一つを搬送波として、光周波数ν_０を有する連続光が２つの光振幅変調器によりそれぞれ周波数Δν_２の正弦波信号で搬送波抑圧片側波帯振幅変調され、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光の２つの連続光に変換され、合波されることでもよい。

光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルス、光周波数ν_０＋Δν₂を有する第１の光、及び光周波数ν_０−Δν₂を有する第２の光は、光カプラ１９にて合波される。

光振幅変調器１５から出力される光周波数ν_０＋Δν₂を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν₂を有する第２の光は、それぞれ連続光のまま、光周波数ν_０＋Δν₁を有する光パルスと光カプラ１９で合波されてもよい。また、光振幅変調器１５から出力される光周波数ν_０＋Δν₂を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν₂を有する第２の光は、両方又は一方が第２の光強度変調器１７でパルス状にされて、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルスと光カプラ１９で合波されてもよい。図１においては、光振幅変調器１５から出力される光周波数ν_０＋Δν₂を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν₂を有する第２の光は、両方ともが第２の光強度変調器１７で同時にパルス状にされて、光周波数ν_０＋Δν₁を有する光パルスと光カプラ１９で合波されている。

第１の光及び／又は第２の光がパルス状のとき、パルス状の前縁が、光パルスの後縁よりも後であることが望ましい。後述する被試験光ファイバ内を光パルスが進行中に、ブリルアン増幅およびブリルアン減衰の影響を受けないようにするためである。

第１の光強度変調器１４が繰り返し、光パルスを生成し、第１の光及び／又は第２の光がパルス状のとき、これらのパルス状の後縁が、その後に続く光パルスの前縁よりも前であることが望ましい。後述する被試験光ファイバ内を光パルスが進行中に、ブリルアン増幅およびブリルアン減衰の影響を受けないようにするためである。図１に示す光カプラ１９の出力において、このときの光パルスとパルス状の第１の光及び第２の光との時間関係も併せて示している。

光パルスと第１の光及び第２の光との光周波数差は、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光に減衰を与えるように設定する。ここで、本実施形態の光パルス試験装置では、前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν₀＋Δν₁とし、第１の光の光周波数をν₀＋Δν₂、第２の光の光周波数をν₀−Δν₂としたときに、第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν₂−Δν₁は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱を介して第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν₂＋Δν₁は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱を介して第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差である。

図１において、モード分波部は、モード分波器２１を有する。光生成部で生成された光パルス、第１の光、及び第２の光は、モード分波器２１に入射される。モード分波器２１は、例えば非特許文献２に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備えるモード分波器である。光パルス、第１の光、及び第２の光は、モード分波器２１からＬＰ０１モードとして被試験光ファイバ１０の一端に入射される。被試験光ファイバ１０からの後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モードはモード分波器２１で分波される。

図１において、局部発振光生成部は、光スプリッタ１２で分岐した光源１１からの連続光を局部発振光として利用する。

図１において、受光部は、光カプラ２４とバランス光検出器２６を有する。モード分波器２１でモード毎に分離された光周波数ν_０＋Δν_１を有する後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モードは光カプラ２４に導かれ、光周波数ν_０を有する局部発振光と合波される。その後、バランス光検出器２６で光電変換される。

図１において、演算処理部は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２７、信号処理部２８を有する。バランス光検出器２６からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタルデータに変換される。デジタルデータは、信号処理部２８に入力される。信号処理部２８は、デジタルデータから高速フーリエ変換により周波数成分Δν_１の振幅を抽出し、得られた波形の時間応答をＬＰ１１モードの後方散乱光に対する時間‐強度分布（ＯＴＤＲ波形）として取得する。

以下、図１の構成の光パルス試験装置がＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰することができることについて説明する。

被試験光ファイバ１０に、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルス、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光、及び光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光を入射した場合について考える。これらの光周波数の関係を図３に示す。

入射された光パルスが被試験光ファイバ１０を伝搬する際に、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの後方散乱光を発生させる。後方散乱光の光周波数は光パルスと等しく、ν_０＋Δν_１である。各モードの後方散乱光は、光パルスの入射端側に戻ってくる。この後方散乱光は、入射された第１の光及び第２の光と対向伝搬する。対向伝搬する光がすれ違う際に、それらの光周波数差がブリルアン周波数シフト帯域内となる場合は周波数の高い光から周波数の低い光にパワーが移行する。ここで、ブリルアン周波数シフト帯域は対向伝搬するモードの組み合わせに依存するため、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの後方散乱光のそれぞれに対するブリルアン周波数シフト帯域は異なる。

ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの後方散乱光のそれぞれに対するブリルアン周波数シフト帯域の関係を図４示す。横軸が周波数差であり、縦軸がブリルアン散乱によって移行するパワーの大きさを表している。

ここでは、光周波数ν_０＋Δν_１を有するＬＰ０１モードの後方散乱光と光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光との光周波数差Δν_２＋Δν_１を、ＬＰ０１モードの後方散乱光から第２の光へのパワーの移行が極力大きくなり、さらにＬＰ１１モードの後方散乱光から第２の光へのパワーの移行が極力小さくなる光周波数差とする。この光周波数差とすることで、ＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰することが可能となる。

また、光周波数ν_０＋Δν_１を有するＬＰ１１モードの後方散乱光と光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光との光周波数差Δν_２−Δν_１を、第１の光からＬＰ１１モードの後方散乱光へのパワーの移行が極力大きくなり、さらに、第１の光からＬＰ０１モードの後方散乱光へのパワーの移行が極力小さくなる光周波数差とする。この光周波数差とすることで、ＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅することが可能となる。

本開示に係る光パルス試験装置及び光パルス試験方法は、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧を高感度に検出することができる。さらに、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光を１つの光振幅変調器で発生させることができる。

（実施形態２）
本開示に係る実施形態の光パルス試験装置１０２の構成例を図２に示す。本開示に係る実施形態では、光パルス試験装置は、図２に示すように、実施形態１の光パルス試験装置に対して、前記モード分波部が、さらに、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ０１モードも分離し、前記受光部が、さらに、前記モード分波部の分離したＬＰ０１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換し、前記演算処理部が、さらに、前記受光部のＬＰ０１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布（ＯＴＤＲ波形）も演算することを特徴とする。

光パルスと第１の光及び第２の光との光周波数差は、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光に減衰を与えるように設定する。ここで、本実施形態の光パルス試験装置では、前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν₀＋Δν₁とし、第１の光の光周波数をν₀＋Δν₂、第２の光の光周波数をν₀−Δν₂としたときに、第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν₂−Δν₁は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱を介して第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν₂＋Δν₁は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱を介して第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差である。

図２において、光生成部は、実施形態１と同様である。

図２において、モード分波部は、光カプラ１９とモード分波器１との間に、光サーキュレータ２０をさらに備える。光生成部で生成された光パルス、第１の光及び第２の光は、光サーキュレータ２０を介してモード分波器２１に入射される。モード分波器２１は、例えば非特許文献２に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備えるモード分波器である。光パルス、第１の光及び第２の光は、モード分波器２１からＬＰ０１モードとして被試験光ファイバ１０の一端に入射される。被試験光ファイバ１０からの後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モードはモード分波器２１で分波される。ＬＰ０１モードは光サーキュレータ２０で分離される。

図２において、局部発振光生成部は、さらに、光スプリッタ２２を有し、光スプリッタ１２で分岐した光源１１からの連続光を分岐し、２つの局部発振光として利用する。

図２において、受光部は、さらに、光カプラ２３及びバランス光検出器２５を有する。実施形態１に加え、モード分波器２１でモード毎に分離された後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ０１モードは光サーキュレータ２０を経由して光カプラ２３で局部発振光と合波され、その後バランス光検出器２５で光電変換される。

図２において、演算処理部は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２７、信号処理部２８を有する。バランス光検出器２５及び２６からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタルデータに変換される。デジタルデータは信号処理部２８に入力される。信号処理部２８は、デジタルデータから高速フーリエ変換により光周波数成分ν_０＋Δν_１の振幅を抽出し、得られた波形の時間応答をＬＰ０１モード又はＬＰ１１モードの後方散乱光に対する時間‐強度分布（ＯＴＤＲ波形）として取得する。

本開示に係る実施形態の光パルス試験装置及び光パルス試験方法は、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧を高感度に検出することができる。さらに、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び光周波数ν_０−Δν_２を有する第２の光を１つの光振幅変調器で発生させることができる。さらに、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードの後方散乱光のみならず、ＬＰ０１モードの後方散乱光も観測することによって、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧をより詳細な情報を得ることができる。

（実施形態３）
本開示に係る実施形態では、光パルス試験装置１０３は、光生成部、モード分波部、局部発振光生成部、受光部、及び演算処理部を備える。
光生成部は、被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成する。
モード分波部は、前記光生成部の生成した光パルス、第１の光、及び第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離する。
局部発振光生成部は、前記モード分波部の分離した後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成する。
受光部は、前記モード分波部の分離したＬＰ１１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換する。
演算処理部は、前記受光部のＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布を演算する。

本開示に係る実施形態の光パルス試験装置の構成例を図５に示す。
図５において、光生成部は、光源１１、光スプリッタ１２、第１の光周波数シフタ１３、第１の光強度変調器１４、第２の光周波数シフタ３１、第２の光強度変調器３２、第３の光周波数シフタ３３、第３の光強度変調器３４、及び光カプラ１９を有する。光源１１は光周波数ν_０を有する連続光を出力する。出力された連続光は光スプリッタ１２で分岐される。分岐された連続光の一つは、第１の光周波数シフタ１３により光周波数がν_０＋Δν_１に変換され、その後、第１の光強度変調器１４でパルス化される。

また、分岐された連続光の別の一つを搬送波として、光周波数ν_０を有する連続光が第２の光周波数シフタ３１により光周波数がν_０＋Δν_２に変換され、その後、第２の光強度変調器３２でパルス化される。

また、分岐された連続光のさらに別の一つを搬送波として、光周波数ν_０を有する連続光が第３の光周波数シフタ３３により光周波数がν_０−Δν_３に変換され、その後、第３の光強度変調器３４でパルス化される。

光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルス、光周波数ν_０＋Δν₂を有する第１の光、及び光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光は、光カプラ１９にて合波される。

第２の光周波数シフタ３１から出力される光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光、及び第３の光周波数シフタ３３から出力される光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光は、それぞれ連続光のまま、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルスと光カプラ１９で合波されてもよい。また、第２の光周波数シフタ３１から出力される光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び第３の光周波数シフタ３３から出力される光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光は、両方又は一方が第２の光強度変調器３２または第３の光強度変調器３４でパルス状にされて、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルスと光カプラ１９で合波されてもよい。図５においては、第２の光周波数シフタ３１から出力される光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光及び第３の光周波数シフタ３３から出力される光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光は、両方ともが第２の光強度変調器３２および第３の光強度変調器３４でパルス状にされて、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルスと光カプラ１９で合波されている。

第１の光及び／又は第２の光がパルス状のとき、パルス状の前縁が、光パルスの後縁よりも後であることが望ましい。後述する被試験光ファイバ内を光パルスが進行中に、ブリルアン増幅およびブリルアン減衰の影響を受けないようにするためである。

第１の光強度変調器１４が繰り返し、光パルスを生成し、第１の光及び／又は第２の光がパルス状のとき、これらのパルス状の後縁が、その後に続く光パルスの前縁よりも前であることが望ましい。後述する被試験光ファイバ内を光パルスが進行中に、ブリルアン増幅およびブリルアン減衰の影響を受けないようにするためである。図５に示す光カプラ１９の出力において、このときの光パルスとパルス状の第１の光及び第２の光との時間関係も併せて示している。

光パルスと第１の光及び第２の光との光周波数差は、誘導ブリルアン散乱によりＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光に減衰を与えるように設定する。ここで、本実施形態の光パルス試験装置では、前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν_０＋Δν_１とし、第１の光の光周波数をν_０＋Δν_２、第２の光の光周波数をν_０−Δν_３としたときに、第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν_２−Δν_１は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱により第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν_３＋Δν_１は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱により第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差である。

図５において、モード分波部は、モード分波器２１を有する。光生成部で生成された光パルス、第１の光、及び第２の光は、モード分波器２１に入射される。モード分波器２１は、例えば非特許文献２に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備えるモード分波器である。光パルス、第１の光、及び第２の光は、モード分波器２１からＬＰ０１モードとして被試験光ファイバ１０の一端に入射される。被試験光ファイバ１０からの後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モードはモード分波器２１で分波される。

図５において、局部発振光生成部は、光スプリッタ１２で分岐した光源１１からの連続光を局部発振光として利用する。

図５において、受光部は、光カプラ２４とバランス光検出器２６を有する。モード分波器２１でモード毎に分離された光周波数ν_０＋Δν_１を有する後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モード成分は光カプラ２４に導かれ、光周波数ν_０を有する局部発振光と合波される。その後、バランス光検出器２６で光電変換される。

図５において、演算処理部は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２７、信号処理部２８を有する。バランス光検出器２６からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタルデータに変換される。デジタルデータは、信号処理部２８に入力される。信号処理部２８は、デジタルデータから高速フーリエ変換により周波数成分Δν_１の振幅を抽出し、得られた波形の時間応答をＬＰ１１モードの後方散乱光に対する時間−強度分布（ＯＴＤＲ波形）として取得する。

以下、図５の構成の光パルス試験装置がＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰することができることについて説明する。

被試験光ファイバ１０に、光周波数ν_０＋Δν_１を有する光パルス、光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光、及び光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光を入射した場合について考える。これらの光周波数の関係を図７に示す。

入射された光パルスが被試験光ファイバ１０を伝搬する際に、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの後方散乱光を発生させる。後方散乱光の光周波数は光パルスと等しく、ν_０＋Δν_１である。各モードの後方散乱光は、光パルスの入射端側に戻ってくる。この後方散乱光は、入射された第１の光及び第２の光と対向伝搬する。対向伝搬する光がすれ違う際に、それらの光周波数差がブリルアン周波数シフト帯域内となる場合は周波数の高い光から周波数の低い光にパワーが移行する。ここで、ブリルアン周波数シフト帯域は対向伝搬するモードの組み合わせに依存するため、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの後方散乱光のそれぞれに対するブリルアン周波数シフト帯域は異なる。

ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの後方散乱光のそれぞれに対するブリルアン周波数シフト帯域の関係を図８示す。横軸が周波数差であり、縦軸がブリルアン散乱によって移行するパワーの大きさを表している。

ここでは、光周波数ν_０＋Δν_１を有するＬＰ０１モードの後方散乱光と光周波数ν_０−Δν_３を有する第２の光との光周波数差Δν_３＋Δν_１を、ＬＰ０１モードの後方散乱光から第２の光へのパワーの移行が極力大きくなり、さらにＬＰ１１モードの後方散乱光から第２の光へのパワーの移行が極力小さくなる光周波数差とする。この光周波数差とすることで、ＬＰ１１モードの後方散乱光の減衰を抑えつつ、ＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰することが可能となる。

また、光周波数ν_０＋Δν_１を有するＬＰ１１モードの後方散乱光と光周波数ν_０＋Δν_２を有する第１の光との光周波数差Δν_２−Δν_１を、第１の光からＬＰ１１モードの後方散乱光へのパワーの移行が極力大きくなり、さらに、第１の光からＬＰ０１モードの後方散乱光へのパワーの移行が極力小さくなる光周波数差とする。この光周波数差とすることで、ＬＰ０１モードの後方散乱光の増幅を抑えつつ、ＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅することが可能となる。

光周波数差Δν_３＋Δν_１および光周波数差Δν_２−Δν_１の具体的な設定例を示すために、図８のＬＰ１１モード成分に対するブリルアン周波数シフト帯域の値からＬＰ０１モード成分に対するブリルアン周波数シフト帯域の値を減算した結果を図９に示す。ここで、光周波数差Δν_３＋Δν_１は図９に示すブリルアン周波数シフト帯域の値が最も小さくなる光周波数差、光周波数差Δν_２−Δν_１は図９に示すブリルアン周波数シフト帯域の値が最も大きくなる光周波数差とすることが望ましい。

本開示に係る光パルス試験装置及び光パルス試験方法は、Δν_２とΔν_３を独立に選定することができるため、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧をより高感度に検出することができる。

（実施形態４）
本開示に係る実施形態の光パルス試験装置１０４の構成例を図６に示す。本開示に係る実施形態では、光パルス試験装置は、図６に示すように、実施形態３の光パルス試験装置に対して、前記モード分波部が、さらに、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ０１モードも分離し、前記受光部が、さらに、前記モード分波部の分離したＬＰ０１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換し、前記演算処理部が、さらに、前記受光部のＬＰ０１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布（ＯＴＤＲ波形）も演算することを特徴とする。

光パルスと第１の光及び第２の光との光周波数差は、誘導ブリルアン散乱によりＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅し、さらにＬＰ０１モードの後方散乱光に減衰を与えるように設定する。ここで、本実施形態の光パルス試験装置では、前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν_０＋Δν_１とし、第１の光の光周波数をν_０＋Δν_２、第２の光の光周波数をν_０−Δν_３としたときに、第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν_２−Δν_１は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱により第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν_３＋Δν_１は、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱を介して第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差である。

図６において、光生成部は、実施形態３と同様である。

図６において、モード分波部は、光カプラ１９とモード分波器２１との間に、光サーキュレータ２０をさらに備える。光生成部で生成された光パルス、第１の光及び第２の光は、光サーキュレータ２０を介してモード分波器２１に入射される。モード分波器２１は、例えば非特許文献２に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備えるモード分波器である。光パルス、第１の光及び第２の光は、モード分波器２１からＬＰ０１モードとして被試験光ファイバ１０の一端に入射される。被試験光ファイバ１０からの後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ１１モードはモード分波器２１で分波される。ＬＰ０１モードは光サーキュレータ２０で分離される。

図６において、局部発振光生成部は、さらに、光スプリッタ２２を有し、光スプリッタ１２で分岐した光源１１からの連続光を分岐し、２つの局部発振光として利用する。

図６において、受光部は、さらに、光カプラ２３及びバランス光検出器２５を有する。実施形態３に加え、モード分波器２１でモード毎に分離された後方散乱光や反射光のうち、ＬＰ０１モードは光サーキュレータ２０を経由して光カプラ２３で局部発振光と合波され、その後バランス光検出器２５で光電変換される。

図６において、演算処理部は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器２７、信号処理部２８を有する。バランス光検出器２５及び２６からの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタルデータに変換される。デジタルデータは信号処理部２８に入力される。信号処理部２８は、デジタルデータから高速フーリエ変換により周波数成分ν_０＋Δν_１の振幅を抽出し、得られた波形の時間応答をＬＰ０１モード又はＬＰ１１モードの後方散乱光に対する時間−強度分布（ＯＴＤＲ波形）として取得する。

本開示に係る実施形態の光パルス試験装置及び光パルス試験方法は、Δν_２とΔν_３を独立に選定することができるため、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧をより高感度に検出することができる。さらに、２つのＬＰモードの後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードの後方散乱光のみならず、ＬＰ０１モードの後方散乱光も観測することによって、モード間クロストークが存在する光ファイバ網においても、曲げや側圧をより詳細な情報を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記開示した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、信号処理部は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１０：被試験光ファイバ
１１：光源
１２：光スプリッタ
１３：第１の光周波数シフタ
１４：第１の光強度変調器
１５：光振幅変調器
１７：第２の光強度変調器
１９：光カプラ
２０：光サーキュレータ
２１：モード分波器
２２：光スプリッタ
２３、２４：光カプラ
２５、２６：バランス光検出器
２７：Ａ／Ｄ変換器
２８：信号処理部
３１：第２の光周波数シフタ
３２：第２の光強度変調器
３３：第３の光周波数シフタ
３４：第３の光強度変調器
１０１、１０２、１０３、１０４：光パルス試験装置

Claims (10)

1. 被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成する光生成部と、
   前記光生成部の生成した光パルス、第１の光、及び第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離するモード分波部と、
   前記モード分波部の分離した後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成する局部発振光生成部と、
   前記モード分波部の分離したＬＰ１１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換する受光部と、
   前記受光部のＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布を演算する演算処理部と、
   を備える光パルス試験装置。
2. 前記モード分波部は、さらに、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ０１モードも分離し、
   前記受光部は、さらに、前記モード分波部の分離したＬＰ０１モードの後方散乱光と前記局部発振光生成部の生成した局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換し、
   前記演算処理部は、さらに、前記受光部のＬＰ０１モードの後方散乱光を光電変換した電気信号の時間−強度分布も演算することを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験装置。
3. 前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν₀＋Δν₁とし、第１の光の光周波数をν₀＋Δν₂、第２の光の光周波数をν₀−Δν₂としたときに、
   第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν₂−Δν₁は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱を介して第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、
   光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν₂＋Δν₁は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱を介して第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光パルス試験装置。
4. 前記光生成部では、光周波数ν₀の光源に対して、第１の光周波数シフタで周波数Δν₁だけ周波数シフトさせ、第１の光強度変調器で前記光パルスを発生させ、
   光周波数ν₀の前記光源に対して、搬送波抑圧両側波帯振幅変調器で光周波数ν₀＋Δν₂の第１の光及び光周波数ν₀−Δν₂の第２の光を発生させることを特徴とする請求項３に記載の光パルス試験装置。
5. 前記光生成部の生成する光パルスの光周波数をν_０＋Δν_１とし、第１の光の光周波数をν_０＋Δν_２、第２の光の光周波数をν_０−Δν_３としたときに、
   第１の光の光周波数と光パルスの光周波数との差であるΔν_２−Δν_１は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、ＬＰ０１モードよりもＬＰ１１モードの後方散乱光へ誘導ブリルアン散乱を介して第１の光から大きくパワーが移行する光周波数差であり、
   光パルスの光周波数と第２の光の光周波数との差であるΔν_３＋Δν_１は、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、ＬＰ１１モードよりもＬＰ０１モードの後方散乱光から誘導ブリルアン散乱により第２の光へ大きくパワーが移行する光周波数差であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光パルス試験装置。
6. 前記光生成部では、光周波数ν_０の光源に対して、第１の光周波数シフタで光周波数Δν_１だけ周波数シフトさせ、第１の光強度変調器で前記光パルスを発生させ、
   光周波数ν_０の前記光源に対して、第２の光周波数シフタで光周波数Δν_２だけ周波数シフトさせて前記第１の光を発生させ、
   光周波数ν_０の前記光源に対して、第３の光周波数シフタで光周波数Δν_３だけ周波数シフトさせて前記第２の光を発生させることを特徴とする請求項５に記載の光パルス試験装置。
7. 前記光生成部では、前記第１の光及び前記第２の光の少なくとも一方を第２の光強度変調器または第３の光強度変調器でパルス状にすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光パルス試験装置。
8. パルス状である前記第１の光又は前記第２の光は、パルス状の前縁が前記光パルスの後縁よりも後ろであることを特徴とする請求項７に記載の光パルス試験装置。
9. 前記光パルスが繰り返し生成され、
   パルス状である前記第１の光又は前記第２の光は、パルス状の後縁がその後に続く前記光パルスの前縁よりも前であることを特徴とする請求項７又は８に記載の光パルス試験装置器。
10. 被試験光ファイバに後方散乱光を発生させる光パルスを生成し、２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ１１モードの後方散乱光を増幅する光周波数の第１の光、及び２つのＬＰモードの前記後方散乱光のうち、誘導ブリルアン散乱を介してＬＰ０１モードの後方散乱光を減衰する光周波数の第２の光を生成し、
    生成した前記光パルス、前記第１の光、及び前記第２の光をそれぞれＬＰ０１モードで前記被試験光ファイバに入射し、前記光パルスの発生させた後方散乱光のうちＬＰ１１モードを分離し、
    分離した前記後方散乱光をヘテロダイン検波する局部発振光を生成し、
    分離した前記ＬＰ１１モードの後方散乱光と生成した前記局部発振光とを合波し、合波した光を電気信号に光電変換し、
    ＬＰ１１モードの後方散乱光を光電変換した前記電気信号の時間−強度分布を演算することを特徴とする光パルス試験方法。

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