WO2009104751A1 - 光ファイバ特性測定装置及び方法 - Google Patents

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和夫 保立
孝志 鎗
石岡　昌人
芳宏 熊谷
和司 大石
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三菱重工業株式会社
横河電機株式会社
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    • G01M11/3145—Details of the optoelectronics or data analysis

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber characteristic measuring apparatus and method for measuring temperature distribution, strain distribution, and other characteristics in the longitudinal direction of an optical fiber using the optical fiber itself as a sensor.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus is a measuring apparatus that uses the optical fiber itself as a sensor by causing continuous light or pulsed light to enter the optical fiber and receiving scattered light or reflected light generated in the optical fiber.
  • Scattered light received by the optical fiber characteristic measuring device to measure the characteristics of the optical fiber includes Rayleigh scattered light, Brillouin scattered light, Raman scattered light, and the like, and reflected light includes Fresnel reflected light and the like.
  • Patent Document 1 frequency-modulated continuous light (pump light and probe light) is incident from both ends of the optical fiber to form a periodic correlation peak between the pump light and the probe light along the optical fiber.
  • An optical fiber characteristic measuring apparatus that measures the characteristics of an optical fiber by utilizing the property that probe light is amplified by the stimulated Brillouin scattering phenomenon only at the position of the correlation peak is disclosed. This optical fiber characteristic measuring apparatus receives the probe light amplified at each position while varying the position of the correlation peak in the optical fiber, thereby measuring the characteristic in the longitudinal direction of the optical fiber.
  • frequency-modulated continuous light (probe light) and pulsed light (pump light) are made incident from one end and the other end of an optical fiber, respectively, and depending on the position of the pump light propagating in the optical fiber.
  • An optical fiber characteristic that measures the characteristics of an optical fiber at the measurement point by generating correlation peaks sequentially and obtaining only light (stimulated Brillouin scattered light) from the vicinity of the measurement point of the light emitted from the optical fiber.
  • a measuring device is disclosed. This optical fiber characteristic measuring device adjusts the modulation frequency of the probe light and the pump light and the light reception timing of the light emitted from the optical fiber, and moves the measurement point, so that an arbitrary position in the longitudinal direction of the optical fiber can be moved. Characteristics can be measured.
  • the characteristics in the longitudinal direction of the optical fiber are measured using the stimulated Brillouin scattered light generated in the optical fiber. Since this stimulated Brillouin scattered light is extremely weak and noise is superimposed, it is difficult to perform highly accurate measurement if the received light signal is used as it is. Such unnecessary noise can be removed by using a synchronous detector such as a lock-in amplifier.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing an example of a received light signal obtained by a conventional optical fiber characteristic measuring apparatus.
  • the spatial resolution is not set so high, as shown in FIG. 7A, since the signal level is sufficiently higher than the noise level, the peak frequency FP101 of the stimulated Brillouin scattered light can be easily detected.
  • increasing the spatial resolution limits the light from the vicinity of the measurement point used for measurement to light closer to the measurement point in the optical fiber characteristic measurement device disclosed in Patent Document 2 described above. Means.
  • the synchronous detector 100 includes a multiplier 101 that multiplies a signal under measurement such as a light reception signal (frequency is assumed to be f) and a predetermined synchronization signal (frequency is assumed to be f 0 ), and a multiplier. And a low-pass filter 102 that removes a high-frequency component of the signal multiplied by 101.
  • the synchronous detector 100 outputs a signal having a frequency component that has passed through the low-pass filter 102 among the signals multiplied by the multiplier 101.
  • a signal under measurement having a frequency completely different from the frequency f 0 of the synchronization signal is input (when f ⁇ f 0 )
  • no signal is output.
  • the synchronous detector 100 outputs an AC signal having a frequency difference as a frequency.
  • both the pump light and the probe light are frequency-modulated. Therefore, the modulation frequency of the probe light or the like is used for the synchronization signal used in the synchronous detector 100.
  • the difference in frequency appears as the signal fluctuation component described above, which deteriorates the measurement accuracy.
  • the duty ratio as the synchronous detector 100 is generally above the synchronization signal has a rectangular signal is 50 percent, the synchronization signal includes an odd multiple harmonic component of the frequency f 0. For this reason, if the signal under measurement input to the synchronous detector 100 has the same frequency component as this harmonic component or a frequency component close to this harmonic component, as described with reference to FIG. There is also a problem that an error or a signal fluctuation component is generated by being converted into a direct current component or an alternating current component, and the measurement accuracy deteriorates.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical fiber characteristic measuring apparatus and method capable of realizing high measurement accuracy by suppressing noise and signal fluctuation components even when using a synchronous detector.
  • the purpose is to provide.
  • a light source that emits laser light modulated at a predetermined modulation frequency, and an incident unit that makes the laser light from the light source incident from one end and the other end of the optical fiber as continuous light and pulsed light, respectively
  • a timing adjuster for allowing light emitted from the optical fiber to pass at a predetermined timing; and a photodetector for detecting light that has passed through the timing adjuster, and using the detection result of the photodetector.
  • An optical fiber characteristic measuring apparatus of the present invention for measuring characteristics of an optical fiber includes a synchronous detector for synchronously detecting a detection result of the photodetector using a synchronous signal having a predetermined frequency, and a modulation frequency in the light source is A frequency setting unit that changes the frequency of the synchronization signal when the frequency is an integral multiple of the frequency of the synchronization signal.
  • the modulation frequency in the light source is an integral multiple of the frequency of the synchronization signal used in the synchronous detector
  • the frequency of the synchronization signal is changed by the frequency setting unit, and the synchronization signal having the changed frequency is
  • the detection result of the photodetector is used for synchronous detection.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus of the present invention performs Fourier transform on the detection signal of the synchronous detector to remove a predetermined frequency component, and reverses the detection signal from which the predetermined frequency component has been removed. You may provide the noise removal part which removes noise from the said detection signal by performing a Fourier-transform.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus of the present invention may further include a waveform approximation unit that approximates the detection signal from which noise has been removed by the noise removal unit using a predetermined approximate expression.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus of the present invention may further include a peak frequency calculating unit that detects a peak frequency from the detection signal approximated by the waveform approximating unit and obtains the characteristic of the optical fiber.
  • the modulation frequency in the light source is set to a different value according to the position of the measurement point in the optical fiber, and the frequency setting unit is a modulation set in the light source.
  • the frequency of the synchronization signal may be changed so that each frequency does not become an integral multiple of the frequency of the synchronization signal.
  • a laser beam modulated at a predetermined modulation frequency is made incident from one end and the other end of the optical fiber as continuous light and pulse light, respectively, and the light emitted from the optical fiber is detected at a predetermined timing, and the detection result
  • the optical fiber characteristic measuring method of the present invention for measuring the characteristic of the optical fiber using a step of synchronously detecting the detection result of the photodetector using a predetermined synchronization signal, and the modulation frequency of the light source is the synchronous Changing the frequency of the synchronization signal when it is an integral multiple of the frequency of the signal.
  • the modulation frequency in the light source is an integral multiple of the frequency of the synchronization signal used in the synchronous detector
  • the frequency of the synchronization signal is changed, and the synchronization signal having the changed frequency is used for the light. Since the detection result of the detector is synchronously detected, there is an effect that even if the synchronous detector is used, noise and signal fluctuation components are suppressed and high measurement accuracy can be realized.
  • the detection signal is subjected to Fourier transform and inverse Fourier transform to remove noise and the approximate function is obtained by least square approximation, the peak frequency is obtained. There is an effect that the frequency detection accuracy can be further improved.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the timing adjuster 19. It is a figure for demonstrating the process performed by 3rd step S3-6th step S6. It is a figure for demonstrating the process performed by 3rd step S3-6th step S6. It is a figure for demonstrating the process performed by 3rd step S3-6th step S6. It is a figure for demonstrating the process performed by 3rd step S3-6th step S6.
  • SYMBOLS 1 Optical fiber characteristic measuring apparatus 11
  • Light source 12 Optical splitter 13
  • Optical modulator 14 Optical delay device 15
  • Optical isolator 16 Optical fiber 17
  • Pulse modulator 18 Directional coupler 19
  • Photo detector 21 Synchronous detector 24a Frequency setting Unit 24b noise removal unit 24c waveform approximation unit 24d peak frequency calculation unit
  • FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an optical fiber characteristic measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 of this embodiment includes a light source 11, an optical branching device 12, an optical modulator 13, an optical delay device 14, an optical isolator 15, an optical fiber 16, a pulse modulator 17, and a direction.
  • Light source 11 includes a semiconductor laser 11a and the signal generator 11b, and emits a laser beam modulated with a predetermined modulation frequency f m.
  • the semiconductor laser 11a for example, an MQW / DFB / LD (Multi-Quantum Well / Distributed Feed-Back / Laser Diode) that emits a laser beam having a small spectral width can be used.
  • Signal generator 11b under control of computer 24, and outputs a sine wave signal for frequency modulating the laser light emitted from the semiconductor laser 11a at the modulation frequency f m of the (modulated signal) to the semiconductor laser 11a.
  • the optical splitter 12 splits the laser light emitted from the light source 11 into two branches with an intensity ratio of 1: 1, for example.
  • the optical modulator 13 includes a microwave generator 13a and an SSB (Single Side Band) modulator 13b, and modulates one of the laser beams branched by the optical splitter 12 (optical A sideband (single sideband) with respect to the center frequency of the laser beam is generated by shifting the frequency.
  • SSB Single Side Band
  • the microwave generator 13a Under the control of the computer 24, the microwave generator 13a outputs a microwave having a frequency for a frequency shift given to one laser beam branched by the optical branching device 12.
  • the SSB modulator 13b generates a single sideband having a frequency difference equal to the frequency of the microwave output from the microwave generator 13a with respect to the center frequency of the input light.
  • the frequency of the microwave output from the microwave generator 13a is variable.
  • the optical delay device 14 delays the single sideband emitted from the optical modulator 13 by a predetermined time in order to adjust the position of the correlation peak formed in the optical fiber 16.
  • the optical modulator is arranged such that a position where a zero-order correlation peak appears (a position where an optical path difference between probe light L1 and pump light L2 described later becomes zero) is disposed at a predetermined position outside the optical fiber 16.
  • the single sideband emitted from 13 is delayed.
  • the optical delay device 14 delays a single sideband emitted from the optical modulator 13 by passing an optical fiber (not shown) having a predetermined length, for example.
  • the optical isolator 15 passes light from the optical delay device 14 toward the optical fiber 16 and blocks light from the optical fiber 16 toward the optical delay device 14. Light traveling from the optical delay device 14 to the optical fiber 16 through the optical isolator 15 enters the optical fiber 16 from one end of the optical fiber 16 as probe light L1.
  • the pulse modulator 17 includes a signal generator 17a and a light intensity modulator 17b, and pulses the other laser beam (continuous light) branched by the optical branching device 12.
  • the signal generator 17 a outputs a timing signal that defines the timing for pulsing the laser beam under the control of the computer 24.
  • the light intensity modulator 17b is, for example, an EO (Electro-Optic) switch, and pulses the laser light from the optical branching device 12 at a timing defined by a timing signal output from the signal generator 17b.
  • the directional coupler 18 causes the pulsed laser light output from the pulse modulator 17 to enter the optical fiber 16 from the other end of the optical fiber 16 as pump light L2, and propagates through the optical fiber 16 to transmit light.
  • Light including the probe light L ⁇ b> 1 emitted from the other end of the fiber 16 is emitted toward the timing adjuster 19.
  • the intensity of light in the optical frequency band of the probe light L ⁇ b> 1 is affected by the stimulated Brillouin scattering phenomenon that occurs in the optical fiber 16.
  • the timing adjuster 19 is opened or closed based on the timing signal output from the signal generator 22, and is generated at a measurement point (point where characteristics are to be measured) set in the optical fiber 16 and in the vicinity thereof. Only the stimulated Brillouin scattered light is allowed to pass through. Specifically, based on the timing signal from the signal generator 22, the stimulated Brillouin scattered light generated at and near the measurement point is opened at the timing when it reaches the timing adjuster 19 via the optical splitter 18. The closed Brillouin light is closed at the timing when it passes through the timing adjuster 19.
  • the photodetector 20 includes a highly sensitive light receiving element such as an avalanche photo diode, and detects the light that has passed through the timing adjuster 19 and outputs a detection signal (light receiving signal).
  • the photodetector 20 includes an optical wavelength filter (not shown) in addition to the light receiving element described above, and probe light L ⁇ b> 1 from the light that has passed through the timing adjuster 19. Only the sideband on the low frequency side is selected and its power is detected.
  • the SSB modulator 13b since the SSB modulator 13b is used, the above optical wavelength filter can be omitted.
  • the cost is increased by providing the optical wavelength filter, unnecessary frequency components can be suppressed, so that the measurement accuracy can be further improved.
  • the synchronous detector 21 synchronously detects the detection signal output from the photodetector 20 using the synchronous signal having a predetermined frequency f 0 output from the signal generator 22.
  • a lock-in amplifier having the basic configuration shown in FIG. 8A can be used.
  • the signal generator 22 generates a timing signal to be output to the timing adjuster 19 under the control of the computer 24 and also generates a synchronization signal used by the synchronous detector 21.
  • the frequency of the timing signal output to the intensity modulation area 17b is the same.
  • the A / D converter 23 converts the signal synchronously detected by the synchronous detector 21 into a digital signal and outputs it to the computer 24 as detection data.
  • the computer 24 includes a frequency setting unit 24a, a noise removal unit 24b, a waveform approximation unit 24c, and a peak frequency calculation unit 24d.
  • the computer 24 comprehensively controls the operation of the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 and performs various processes for obtaining the characteristic of the optical fiber 16 with respect to the digital signal (detection data) output from the A / D converter 23. I do.
  • Frequency setting unit 24a performs setting of the semiconductor modulation frequency of the laser 11a laser beam emitted from the f m (frequency of the sine wave signal output from the signal generator 11b), the synchronization signal used in the synchronous detector 21 for setting and change of the frequency f 0 of the (synchronization signal output from the signal generator 22).
  • Frequency setting unit 24a when the modulation frequency f m of the laser beam emitted from the semiconductor laser 11a is an integer multiple of the frequency f 0 of the synchronization signal, changes the frequency f 0 of the synchronization signal.
  • the noise removing unit 24b performs Fourier transform on the detection data output from the A / D converter 23 to remove a predetermined frequency component (noise frequency component), and the detection data from which the frequency component has been removed.
  • the inverse Fourier transform is performed on the image. With this processing, the noise removing unit 24b removes noise from the detection data output from the A / D converter 23.
  • the waveform approximating unit 24c approximates the detection data from which noise has been removed by the noise removing unit 24b using a predetermined approximate expression.
  • the waveform approximating unit 24c approximates the detection data from which noise has been removed by least square method approximation.
  • the peak frequency calculating unit 24d detects the peak frequency from the detection data approximated by the waveform approximating unit 24c, and obtains the characteristics (for example, the magnitude and temperature of distortion) of the optical fiber at the set measurement point.
  • the frequency setting unit 24a, the noise removing unit 24b, the waveform approximating unit 24c, and the peak frequency calculating unit 24d provided in the computer 24 may be realized by hardware or may be realized by software. When realized by software, it is realized by causing a computer to execute a program that realizes the functions of the above-described units.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating an optical fiber characteristic measuring method according to an embodiment of the present invention.
  • the first step S1 sets the measurement condition
  • the second step S2 of determining the frequency f 0 of the synchronization signal
  • first performing measurements on optical fibers 16 3 step S3, 4th step S4 for removing noise from the measurement result
  • 5th step S5 for approximating the waveform of the measurement result
  • 6th step S6 for detecting the peak frequency of the stimulated Brillouin scattered light generated in the optical fiber 16. It is divided roughly into.
  • a first step S1 for setting measurement conditions is performed.
  • a variable A that is used for determining the frequency f 0 of the synchronization signal in a second step S2 the process of setting the value of I is performed in the frequency setting unit 24a of the computer 24 first (step S11 ).
  • Variable A is a variable used for the frequency setting unit 24a is prevented from processing in determining the synchronizing signal f 0 becomes an infinite loop, the value by the user and is set to "5".
  • Variable I when the modulation frequency f m of the laser beam is an integer multiple of the frequency f 0 of the synchronization signal is a variable for defining the range of frequencies f 0 of the synchronization signal frequency setting unit 24a calculates, It is assumed that the value is set to “3” by the user.
  • a process for setting the length L of the optical fiber 16 is performed by the frequency setting unit 24a (step S12). It is assumed that the length L of the optical fiber 16 is set to 500 [m] by the user.
  • the process of calculating the frequency f 0 of the repetition frequency and the synchronization signal of the pump light L2 is performed in the frequency setting unit 24a (step S13).
  • a plurality of correlation peaks exist at different positions in the optical fiber 16
  • normal measurement cannot be performed if a plurality of optical pulses (pump light L ⁇ b> 2) exist in the optical fiber 16. For this reason, the process which calculates
  • the frequency of the timing signal (repetition frequency of the pump light L2) output from the signal generator 17a of the pulse modulator 17 to the light intensity modulation area 17b and the signal generator 22 output to the synchronous detector 21.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal is the same.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal is also calculated by calculating the repetition frequency of the pump light L2. Specifically, assuming that the speed of light in vacuum is c and the refractive index of the optical fiber 16 is n, the repetition frequency of the pump light L2 and the frequency f 0 of the synchronization signal are calculated by the following equation (1).
  • f 0 (c / n) / (2 ⁇ L) (1)
  • the refractive index n of the optical fiber is 1.5 and the speed of light c in vacuum is 3 ⁇ 10 8 [m / sec]
  • the optical fiber 16 having a length L of 500 [m] from the above equation (1).
  • the frequency f 0 of the synchronization signal is 200 [kHz].
  • step S14 processing for setting the measurement point D1 in the optical fiber 16 is performed by the frequency setting unit 24a (step S14). It is assumed that the measurement point D1 of the optical fiber 16 is set at a position of 100 [m] from one end of the optical fiber 16 (the end where the probe light L1 is incident) by the user.
  • the process of calculating a modulation frequency f m of the laser beam in the light source 11 is performed by the frequency setting unit 24a (step S15). Specifically, when the distance from one end of the optical fiber 16 to the zero-order correlation peak outside the optical fiber 16 is d and the order of the correlation peak formed in the optical fiber 16 is ⁇ , the modulation of the laser light in the light source 11 is performed. frequency f m is calculated by the following equation (2).
  • the second step S2 of determining the frequency f 0 of the synchronization signal are performed.
  • a process of initialization is performed by the frequency setting unit 24a the variable a, i used to determine the frequency f 0 of the first synchronization signal (step S16).
  • the values of variables a and i are both set to “1”.
  • the frequency setting unit 24a, the modulation frequency f m calculated in step S15 is to determine whether an integer multiple of the frequency f 0 of the synchronization signal calculated in step S13 (step S17).
  • the value of the variable m shown in the following formula (3) is obtained, and it is determined whether or not the value of the variable m is an integer.
  • m f m / (i ⁇ f 0 ) (3)
  • step S17 A frequency f 0 of the synchronization signal calculated in step S13 described above 200 [kHz], when the modulation frequency f m calculated in step S15 described above is 10 [MHz], the above (3)
  • the value of the variable m represented by the formula is “50”. Therefore, the judgment result of step S17 is "YES", the process of changing the frequency f 0 of the synchronization signal is performed in the frequency setting unit 24a.
  • step S18 it is determined whether or not the value of the variable a is equal to the variable A set in step S11 (step S18). Since the value of the variable a is “1” and the value of the variable A is “5”, the determination result is “NO”.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal is changed by a predetermined amount (step S19).
  • the amount of change of the frequency f 0 of the synchronization signal is set to a frequency according to the resolution of the signal generator 17a that defines the repetition frequency of the pump light L2, for example. Resolution of the signal generator 17a is to be 20 [kHz], the frequency f 0 of the synchronization signal is changed to 180 [kHz].
  • the value of variable a is incremented (step S20).
  • the frequency setting unit 24a obtains the value of the variable m shown in the above equation (3) again, and determines whether the value of the variable m is an integer. (Step S17).
  • the frequency f 0 of the synchronization signal is changed to 180 [kHz]
  • the value of the variable m represented by the above equation (3) becomes “55.55”
  • the determination result of the frequency setting unit 24a in step S17 Becomes “NO”.
  • the frequency setting unit 24a determines whether or not the value of the variable i is equal to the value of the variable I set in step S11 (step S21). Since the value of the variable i is “1” and the value of the variable I is “3”, the determination result is “NO”, and the frequency setting unit 24a increments the value of the variable i (step S22). The process returns to step S17.
  • step S17 When the value of the variable m obtained in step S17 is not an integer and the value of the variable i is not equal to the value of the variable I, the processes in steps S17, S21, and S22 are repeated, changing the value of the variable i.
  • the value of the variable m is calculated from the above equation (3). Specifically, when the value of the variable i is “2”, the value of the variable m is “27.77”, and when the value of the variable i is “3”, the value of the variable m is “18.15”. "become.
  • Step S23 the frequency setting unit 24a performs the process of determining the frequency f 0 of the synchronization signal.
  • Step S23 seeking a variable m that indicates the ratio of an even multiple of the frequency and odd multiple of the frequency of the frequency f 0 of the synchronization signal using the variable i and the modulation frequency f m, respectively, of the frequency f 0 of the synchronization signal only it may be obtained variable m that indicates the ratio of an odd multiple of the frequency and the modulation frequency f m.
  • the frequency setting unit 24a determines the frequency f 0 of the synchronization signal to be 180 [kHz].
  • the second step S2 of determining the frequency f 0 of the synchronization signal is terminated. While the determination result in step S17 described above is “YES”, the processes in steps S18 to S20 are repeated. While these processes are repeated, the value of variable a is set to variable A set in step S11. If they are equal, the determination result in step S18 is “YES”. Then, the frequency setting unit 24a terminates the series of processes because measurement is impossible.
  • a third step S3 for performing measurement on the optical fiber 16 is performed.
  • the modulation frequency of calculation of the modulation frequency f m of the laser beam in the light source 11 in step S15 (e.g., 10 [MHz]) as well as set to the synchronization signal used in the synchronous detector 21 a frequency f
  • a process of setting the repetition frequency of 0 and the pump light L2 (further, the operating frequency of the timing adjuster 19) to the frequency determined in step S23 (for example, 180 [kHz]) is performed.
  • Such setting is performed by outputting control signals from the frequency setting unit 24a to the signal generator 11b of the light source 11, the signal generator 17a of the pulse modulator 17, and the signal generator 22, respectively.
  • the laser beam having a modulation frequency f m calculated in step S15 is emitted from the light source 11 is branched by the optical splitter 12.
  • One laser beam branched by the optical splitter 12 enters the optical modulator 13 and is modulated by the SSB modulator 13b, thereby generating a single sideband with respect to the center frequency of the laser beam.
  • the laser light (continuous light) having a single sideband emitted from the optical modulator 13 is delayed by a predetermined amount by the optical delay device 14 and then passed through the optical isolator 15 as one end of the optical fiber 16 as the probe light L1. Enters the optical fiber 16.
  • the other laser beam branched by the optical splitter 12 is incident on the pulse modulator 17 to be pulsed and converted to pulsed light having the repetition frequency determined in step S23.
  • This pulsed light enters the optical fiber 16 from the other end of the optical fiber 16 through the directional coupler 18 as pump light L2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which a correlation peak occurs in the optical fiber 16 as the pump light progresses.
  • Correlation peaks P0 and P1 indicated by broken lines are correlation peaks that have passed in the past, and correlation peaks P3 and PN are correlation peaks that will pass from now on as the pump light L2 advances.
  • Interval correlation peak shown in FIG. 3 is a d m, is expressed by the following equation (4).
  • d m (c / n) / (2 ⁇ f m ) (4)
  • the delay amount of the optical delay device 14 is set so that the generation position of the zeroth-order correlation peak P ⁇ b> 0 is outside the optical fiber 16.
  • the probe light L1 obtains a gain (gain) due to stimulated Brillouin amplification by the pump light L2.
  • gain spectrum BGS
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a Brillouin gain spectrum. It is known that the Brillouin frequency shift ⁇ B changes depending on the material, temperature, strain, and the like of the optical fiber 16 and particularly changes linearly with respect to the strain. For this reason, the amount of distortion of the optical fiber 16 can be obtained by detecting the peak frequency of the Brillouin gain spectrum L11 shown in FIG.
  • the probe light L 1 via the optical fiber 16 and the stimulated Brillouin scattered light generated in the optical fiber 16 are emitted from the other end of the optical fiber 16 and then enter the directional coupler 18.
  • the probe light L1 emitted from the directional coupler 18 enters the timing adjuster 19, but only the probe light L1 and the stimulated Brillouin scattered light incident at the timing defined by the timing adjuster 19 are transmitted through the timing adjuster 19. To do. That is, by adjusting the timing of the timing adjuster 19, the stimulated Brillouin scattered light generated at or near the set measurement point can be obtained.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the timing adjuster 19.
  • the correlation peak P11, P12, P13 of the distance d m in the position shown occurs.
  • the time required for the pump light L2 to reach the generation position of the correlation peaks P11, P12, P13 from the other end X of the optical fiber 16 is defined as T11, T12, T13, respectively.
  • the times required for the stimulated Brillouin scattered light generated at the positions of the correlation peaks P11, P12, and P13 to reach the timing adjuster 19 are T21, T22, and T23, respectively.
  • the timing adjuster 19 When the measurement point is set at the position where the correlation peak P11 is generated, if the timing adjuster 19 is opened when the time T11 + T21 has elapsed from the time when the pump light L2 is incident on the other end X of the optical fiber 16, Stimulated Brillouin scattered light generated at the position of the correlation peak P11 is obtained. Similarly, when it is desired to obtain the stimulated Brillouin scattered light generated at the position of the correlation peak P12, the timing adjuster 19 is opened when the time T12 + T22 has elapsed from the time when the pump light L2 is incident on the other end X, and the correlation is performed. In order to obtain the stimulated Brillouin scattered light generated at the position of the peak P13, the timing adjuster 19 may be opened when the time T13 + T23 has elapsed from the time when the pump light L2 is incident on the other end X.
  • the intensity is detected.
  • a detection signal indicating the detection result is output from the photodetector 20. This detection signal is input to the synchronous detector 21 to be synchronously detected, and noise is removed.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal used in the synchronous detector 21 is a frequency at which the modulation wave number f m used in the light source 11 is not an integral multiple of the frequency f 0 (in other words, the frequency f 0 of the synchronization signal is used in the light source 11). It is set to a frequency) which does not become an integral fraction of the number of modulation wavenumber f m being.
  • a rectangular signal having a duty ratio of 50% and containing a harmonic component of an odd multiple of the frequency f 0 is used as the synchronization signal, the frequency of the detection signal input to the synchronous detector 21 and the synchronization signal The frequency difference from the harmonic component can be increased.
  • the detection signal from which noise has been removed by the synchronous detector 21 is input to the A / D converter 23, converted into a digital signal, and input to the computer 24 as detection data.
  • the processing described above is repeatedly performed while varying the frequency difference between the pump light L2 and the probe light L1, so that the computer 24 accumulates detection data indicating the Brillouin gain spectrum L11 shown in FIG. .
  • the third step S3 for performing measurement on the optical fiber 16 is completed.
  • the computer 24 performs the fourth step S4 for removing noise from the measurement result, the fifth step S5 for approximating the waveform of the measurement result, and the stimulated Brillouin scattered light (Brillouin generated in the optical fiber 16).
  • the sixth step S6 for detecting the peak frequency of the gain spectrum is sequentially performed.
  • FIG. 6A to 6D are diagrams for explaining the processing performed in the third step S3 to the sixth step S6.
  • the noise removing unit 24 performs Fourier transform on the detection data accumulated in the third step S3 (step S25). By performing such conversion, detection data (Brillouin gain spectrum SP1 on which noise N shown in FIG. 6A is superimposed) can be separated into frequency components shown in FIG. 6B.
  • the noise removing unit 24b removes unnecessary frequency components from the frequency components separated by the Fourier transform (step S26). For example, a frequency component having a frequency different from that of the Brillouin gain spectrum (BGS) waveform and having a signal level lower than a predetermined level is removed as a noise N frequency component. In the example shown in FIG. 6B, components other than the frequency component denoted by reference numeral f1 are removed.
  • the noise removing unit 24b performs inverse Fourier transform on the detection data from which unnecessary frequency components have been removed (step S27).
  • the Brillouin gain spectrum SP1 from which the noise N shown in FIG. 6A is removed can be obtained.
  • the fourth step S4 for removing noise from the measurement result is completed.
  • a fifth step S5 for approximating the waveform of the measurement result is performed.
  • the waveform approximating unit 24c approximates the Brillouin gain spectrum SP1 from which the noise N has been removed by the noise removing unit 24b by the least square method approximation to obtain an approximate function FM shown in FIG. S28).
  • the least square approximation is a method for determining a coefficient that minimizes the sum of squares of the residuals between a measurement result and a function when a certain measurement result is approximated using a specific function (the least square method). ) Means approximation. Such processing is performed to minimize the detection error when detecting the peak frequency of the Brillouin gain spectrum SP1.
  • the fifth step S5 for approximating the waveform of the measurement result is completed.
  • a sixth step S6 for detecting the peak frequency of the stimulated Brillouin scattered light (Brillouin gain spectrum) generated in the optical fiber 16 is performed.
  • the peak frequency calculation unit 24d calculates the maximum value of the approximate function FM obtained in the fifth step S5, and calculates the frequency at which this maximum value is obtained as the peak frequency FP1 (step S29).
  • the sixth step S6 for detecting the peak frequency is completed.
  • the processing of the first step S1 to the sixth step S6 described above may be repeated while changing the position of the measurement point set in the optical fiber 16.
  • the detection signal from the photodetector 20 is synchronously detected by the synchronous detector 21, even if the spatial resolution of the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 is increased, S / The deterioration of the N ratio can be prevented.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal when the modulation frequency f m in the light source 11 is an integer multiple of the frequency f 0 of the synchronization signal. For this reason, the frequency difference between the frequency of the detection signal output from the photodetector 20 and the synchronization signal used by the synchronous detector 21 or its harmonic can be increased. As a result, even when a rectangular signal including a harmonic component is used as a synchronization signal, the occurrence of an error or a signal fluctuation component can be prevented, and the measurement accuracy can be improved.
  • noise is removed by performing Fourier transform and inverse Fourier transform on the detection signal (detection data) that has been synchronously detected and converted into a digital signal, and an approximate function is obtained by least square approximation.
  • the detection accuracy of the peak frequency can be significantly improved as compared with the prior art.
  • the spatial resolution of the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 can be increased to about several centimeters.
  • the optical fiber characteristic measuring apparatus and method by one Embodiment of this invention were demonstrated, this invention is not restrict
  • the variable m which is not the predetermined number of times integer frequency f 0 obtained it had performed processing for determining the frequency f 0 of the synchronization signal.
  • the frequency f 0 of the synchronization signal may be determined based on the value of the variable m calculated in step S17.
  • a remainder obtained by dividing a variable m obtained by substituting a certain frequency f 0 by an integer is obtained, and when the remainder is within a range of 0.1 to 0.9, the frequency f 0 of the synchronization signal is obtained.
  • the present invention can be applied to an optical fiber characteristic measuring apparatus and method. According to this optical fiber characteristic measuring apparatus and method, even when a synchronous detector is used, noise and signal fluctuation components can be suppressed and high measurement accuracy can be realized.

Abstract

　所定の変調周波数で変調したレーザ光を射出する光源と、前記光源からのレーザ光を連続光及びパルス光として光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させる入射部と、前記光ファイバから射出される光を所定のタイミングで通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出する光検出器とを備え、前記光検出器の検出結果を用いて前記光ファイバの特性を測定する本発明の光ファイバ特性測定装置は、所定の周波数を有する同期信号を用いて前記光検出器の検出結果を同期検波する同期検波器と、前記光源における変調周波数が前記同期信号の周波数の整数倍である場合に、前記同期信号の周波数を変更する周波数設定部とを備える。

Description

光ファイバ特性測定装置及び方法
　本発明は、光ファイバそのものをセンサとして用い、光ファイバの長手方向における温度分布、歪み分布、その他の特性を測定する光ファイバ特性測定装置及び方法に関する。
　本願は、２００８年２月２１日に、日本に出願された特願２００８－０３９９６０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　光ファイバ特性測定装置は、周知の通り、連続光又はパルス光を光ファイバに入射させ、光ファイバ内において生ずる散乱光又は反射光を受光することにより、光ファイバそのものをセンサとして用いる測定装置である。現在までに種々の方式の光ファイバ特性測定装置が案出されている。光ファイバ特性測定装置が光ファイバの特性を測定するために受光する散乱光としては、レイリー散乱光、ブリルアン散乱光、若しくはラマン散乱光等があり、反射光としてはフレネル反射光等がある。
　以下の特許文献１には、周波数変調した連続光（ポンプ光及びプローブ光）を光ファイバの両端からそれぞれ入射させてポンプ光とプローブ光との周期的な相関ピークを光ファイバに沿って形成し、相関ピークの位置のみで誘導ブリルアン散乱現象によりプローブ光が増幅される性質を利用して光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置が開示されている。この光ファイバ特性測定装置は、光ファイバ内における相関ピークの位置を可変させつつ各位置で増幅されたプローブ光を受光することで、光ファイバの長手方向における特性が測定される。
　以下の特許文献２には、周波数変調した連続光（プローブ光）及びパルス光（ポンプ光）を光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させて光ファイバ内を伝播するポンプ光の位置に応じて相関ピークを順次発生させ、光ファイバから射出される光のうちの測定点近傍からの光（誘導ブリルアン散乱光）のみを得ることにより、その測定点での光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置が開示されている。この光ファイバ特性測定装置は、プローブ光及びポンプ光の変調周波数と光ファイバから射出される光の受光タイミングとを調整して測定点を移動させることで、光ファイバの長手方向における任意の位置の特性を測定することができる。
　この特許文献２に開示された光ファイバ特性測定装置では、ポンプ光とプローブ光との光周波数差を掃引しながら、相関ピーク位置で発生する誘導ブリルアン散乱光の光パワーを測定し、そのピーク周波数を検出することで、その位置での歪みの大きさや温度を測定することができる。
特許第３６６７１３２号公報 特許第３６０７９３０号公報
　上述した特許文献１，２に開示された光ファイバ特性測定装置においては、何れも光ファイバ内で生ずる誘導ブリルアン散乱光を利用して光ファイバの長手方向における特性を測定している。この誘導ブリルアン散乱光は極めて微弱であってノイズが重畳されるため、受光信号をそのまま用いたのでは高精度な測定を行うことは困難である。このような不要なノイズは、例えばロックインアンプ等の同期検波器を用いれば除去することが可能である。
　しかしながら、同期検波器を用いたとしても光ファイバ特性測定装置の空間分解能を高くするとＳ／Ｎ比（信号対雑音比）が悪化するという問題がある。図７Ａおよび７Ｂは、従来の光ファイバ特性測定装置で得られる受光信号の一例を示す図である。空間分解能をさほど高く設定しない場合には、図７Ａに示す通り、ノイズのレベルに比べて信号レベルが十分大きくなるため誘導ブリルアン散乱光のピーク周波数ＦＰ１０１を容易に検出することができる。これに対し、空間分解能を高めることは、上述した特許文献２に開示された光ファイバ特性測定装置では、測定に用いる測定点近傍からの光を、より測定点に近い部分の光に限定することを意味する。このため、空間分解能を高めると、図７Ｂに示す通り、信号レベルが低下してノイズのレベル程度に近くなり、信号に重畳されたノイズによってＳ／Ｎ比が悪化して誘導ブリルアン散乱光のピーク周波数ＦＰ１０２の検出も困難になる。
　また、同期検波器を用いてノイズ除去を行おうとすると、不要な信号ゆらぎ成分が発生して測定精度が悪化するという問題もある。図８Ａおよび８Ｂは、従来の同期検波器の基本構成及び同期検波器から出力される信号の例を示す図である。図８Ａに示す通り、同期検波器１００は、受光信号等の被測定信号（周波数をｆとする）と所定の同期信号（周波数をｆ０とする）とを乗算する乗算器１０１と、乗算器１０１によって乗算された信号の高周波成分を除去するローパスフィルタ１０２とを備えている。同期検波器１００は、乗算器１０１で乗算された信号のうちのローパスフィルタ１０２を通過した周波数成分を有する信号を出力する。
　図８Ｂに示す通り、同期検波器１００は、同期信号の周波数ｆ０と同一周波数で同期信号に同期した被測定信号が入力された場合（ｆ＝ｆ０の場合）には直流信号を出力し、同期信号の周波数ｆ０とは全く異なる周波数の被測定信号が入力された場合（ｆ≠ｆ０の場合）には信号を出力しない。また、同期検波器１００は、同期信号の周波数ｆ０に近い周波数の被測定信号が入力された場合（ｆ≒ｆ０の場合）にはその周波数の差分を周波数とする交流信号を出力する。上述した特許文献１，２に開示された光ファイバ特性測定装置では、ポンプ光及びプローブ光の双方を周波数変調しているため、プローブ光等の変調周波数が同期検波器１００で用いられる同期信号の周波数ｆ０に近い場合には、その周波数の差分が上述した信号ゆらぎ成分になって現れて測定精度を悪化させてしまう。
　更に、同期検波器１００は一般的に上記の同期信号としてデューティ比が５０％である矩形信号を用いており、この同期信号には周波数ｆ０の奇数倍の高調波成分が含まれる。
　このため、仮に同期検波器１００に入力される被測定信号がこの高調波成分と同じ周波数成分、又は近い周波数成分を有している場合には、図８Ｂを用いて説明した通り、その成分が直流成分又は交流成分に変換されて誤差又は信号ゆらぎ成分が発生し、測定精度が悪化するという問題もある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、同期検波器を用いる場合であってもノイズや信号ゆらぎ成分が抑えられて高い測定精度を実現することができる光ファイバ特性測定装置及び方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、所定の変調周波数で変調したレーザ光を射出する光源と、前記光源からのレーザ光を連続光及びパルス光として光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させる入射部と、前記光ファイバから射出される光を所定のタイミングで通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出する光検出器とを備え、前記光検出器の検出結果を用いて前記光ファイバの特性を測定する本発明の光ファイバ特性測定装置は、所定の周波数を有する同期信号を用いて前記光検出器の検出結果を同期検波する同期検波器と、前記光源における変調周波数が前記同期信号の周波数の整数倍である場合に、前記同期信号の周波数を変更する周波数設定部とを備える。
　この発明によると、光源における変調周波数が同期検波器で用いられる同期信号の周波数の整数倍である場合に、同期信号の周波数が周波数設定部によって変更され、この変更された周波数を有する同期信号を用いて光検出器の検出結果が同期検波される。
　また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記同期検波器の検出信号に対してフーリエ変換を施して所定の周波数成分を除去し、前記所定の周波数成分が除去された検出信号に対して逆フーリエ変換を施すことにより前記検出信号からノイズを除去するノイズ除去部を備えていてもよい。
　また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記ノイズ除去部によってノイズが除去された検出信号を所定の近似式を用いて近似する波形近似部を備えていてもよい。
　また、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記波形近似部によって近似された検出信号からピーク周波数を検出して前記光ファイバの特性を求めるピーク周波数算出部を備えていてもよい。
　更に、本発明の光ファイバ特性測定装置は、前記光源における変調周波数が、前記光ファイバ内における測定点の位置に応じて異なる値に設定され、前記周波数設定部は、前記光源で設定される変調周波数の各々が、前記同期信号の周波数の整数倍とならないように前記同期信号の周波数を変更してもよい。
　所定の変調周波数で変調したレーザ光を連続光及びパルス光として光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させ、前記光ファイバから射出される光を所定のタイミングで通過させて検出し、前記検出結果を用いて前記光ファイバの特性を測定する本発明の光ファイバ特性測定方法は、所定の同期信号を用いて前記光検出器の検出結果を同期検波するステップと、前記光源における変調周波数が前記同期信号の周波数の整数倍である場合に、前記同期信号の周波数を変更するステップとを含む。
　本発明によれば、光源における変調周波数が同期検波器で用いられる同期信号の周波数の整数倍である場合に、同期信号の周波数を変更し、この変更された周波数を有する同期信号を用いて光検出器の検出結果を同期検波しているため、同期検波器を用いる場合であってもノイズや信号ゆらぎ成分が抑えられて高い測定精度を実現することができるという効果がある。
　また、本発明の実施形態によれば、検出信号に対してフーリエ変換及び逆フーリエ変換を施してノイズを除去し、最小二乗近似により近似関数を求めた上でピーク周波数を求めているため、ピーク周波数の検出精度を更に向上させることができるという効果がある。
本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定方法を示すフローチャートである。 ポンプ光の進行に伴って光ファイバ１６内で相関ピークが発生する様子を示す図である。 ブリルアン・ゲイン・スペクトルの一例を示す図である。 タイミング調整器１９の動作を説明するための図である。 第３ステップＳ３～第６ステップＳ６で行われる処理を説明するための図である。 第３ステップＳ３～第６ステップＳ６で行われる処理を説明するための図である。 第３ステップＳ３～第６ステップＳ６で行われる処理を説明するための図である。 第３ステップＳ３～第６ステップＳ６で行われる処理を説明するための図である。 従来の光ファイバ特性測定装置で得られる受光信号の一例を示す図である。 従来の光ファイバ特性測定装置で得られる受光信号の一例を示す図である。 従来の同期検波器の基本構成及び同期検波器から出力される信号の例を示す図である。 従来の同期検波器の基本構成及び同期検波器から出力される信号の例を示す図である。
符号の説明
　１　光ファイバ特性測定装置
　１１　光源
　１２　光分岐器
　１３　光変調器
　１４　光遅延器
　１５　光アイソレータ
　１６　光ファイバ
　１７　パルス変調器
　１８　方向性結合器
　１９　タイミング調整器
　２０　光検出器
　２１　同期検波器
　２４ａ周波数設定部
　２４ｂノイズ除去部
　２４ｃ波形近似部
　２４ｄピーク周波数算出部
　以下、図面を参照して本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置及び方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置１は、光源１１、光分岐器１２、光変調器１３、光遅延器１４、光アイソレータ１５、光ファイバ１６、パルス変調器１７、方向性結合器１８、タイミング調整器１９、光検出器２０、同期検波器２１、信号発生器２２、Ａ／Ｄ変換器２３、及びコンピュータ２４を備える。
　光源１１は、半導体レーザ１１ａ及び信号発生器１１ｂを備えており、所定の変調周波数ｆｍで変調したレーザ光を射出する。半導体レーザ１１ａは、例えば、小型であり、且つ、スペクトル幅の狭いレーザ光を射出するＭＱＷ・ＤＦＢ・ＬＤ（Multi-Quantum Well・Distributed Feed-Back・Laser Diode）等を用いることができる。信号発生器１１ｂは、コンピュータ２４の制御の下で、半導体レーザ１１ａから射出されるレーザ光を変調周波数ｆｍで周波数変調する正弦波信号（変調信号）を半導体レーザ１１ａに出力する。光分岐器１２は、光源１１から射出されたレーザ光を、例えば１対１の強度比で２分岐する。
　光変調器１３は、マイクロ波発生器１３ａとＳＳＢ（Single Side Band：単側波帯）変調器１３ｂとを備えており、光分岐器１２で分岐された一方のレーザ光を変調して（光周波数シフトさせて）、レーザ光の中心周波数に対する側波帯（単側波帯）を発生させる。
　本実施形態では、低周波側の単側帯波が光変調器１３から出力されるとする。マイクロ波発生器１３ａは、コンピュータ２４の制御の下で、光分岐器１２で分岐された一方のレーザ光に与える周波数シフト分の周波数を有するマイクロ波を出力する。ＳＳＢ変調器１３ｂは、入力光の中心周波数に対してマイクロ波発生器１３ａから出力されるマイクロ波の周波数に等しい周波数差を有する単側帯波を発生させる。マイクロ波発生器１３ａから出力されるマイクロ波の周波数は可変である。
　光遅延器１４は、光ファイバ１６内に形成される相関ピークの位置を調整するために、光変調器１３から射出される単側波帯を所定時間だけ遅延させる。具体的には、０次の相関ピークが現れる位置（後述するプローブ光Ｌ１とポンプ光Ｌ２との光路差が零となる位置）が光ファイバ１６外の所定位置に配置されるように光変調器１３から射出される単側波帯を遅延させる。光遅延器１４は、例えば所定長の光ファイバ（図示省略）を通過させることで光変調器１３から射出される単側波帯を遅延させる。光アイソレータ１５は、光遅延器１４から光ファイバ１６に向かう光を通過させ、光ファイバ１６から光遅延器１４に向かう光を遮断する。光遅延器１４から光アイソレータ１５を通過して光ファイバ１６に向かう光は、プローブ光Ｌ１として光ファイバ１６の一端から光ファイバ１６内に入射する。
　パルス変調器１７は、信号発生器１７ａ及び光強度変調器１７ｂを備えており、光分岐器１２で分岐された他方のレーザ光（連続光）をパルス化する。信号発生器１７ａは、コンピュータ２４の制御の下で、レーザ光をパルス化するタイミングを規定するタイミング信号を出力する。光強度変調器１７ｂは、例えばＥＯ（Electro-Optic：電気光学）スイッチであり、信号発生器１７ｂから出力されるタイミング信号で規定されるタイミングで光分岐器１２からのレーザ光をパルス化する。
　方向性結合器１８は、パルス変調器１７から出力されるパルス化されたレーザ光をポンプ光Ｌ２として光ファイバ１６の他端から光ファイバ１６内に入射させるとともに、光ファイバ１６を伝播して光ファイバ１６の他端から射出されたプローブ光Ｌ１を含む光をタイミング調整器１９に向けて射出する。プローブ光Ｌ１の光周波数帯域の光の強度は、光ファイバ１６内で生ずる誘導ブリルアン散乱現象による影響を受ける。
　タイミング調整器１９は、信号発生器２２から出力されるタイミング信号に基づいて開状態又は閉状態になり、光ファイバ１６内に設定した測定点（特性を測定しようとする点）及びその近傍で発生した誘導ブリルアン散乱光のみを通過させる。具体的には、信号発生器２２からのタイミング信号に基づいて、測定点及びその近傍で発生した誘導ブリルアン散乱光が光分岐器１８を介してタイミング調整器１９に到達するタイミングで開状態になり、その誘導ブリルアン散乱光がタイミング調整器１９を通過したタイミングで閉状態になる。
　光検出器２０は、例えばアバランシェ・フォト・ダイオード等の高感度の受光素子を備えており、タイミング調整器１９を通過した光を検出して検出信号（受光信号）を出力する。図１においては、図示を簡略化しているが、光検出器２０は、上記の受光素子に加えて光波長フィルタ（図示省略）を備えており、タイミング調整器１９を通過した光からプローブ光Ｌ１に関する低周波側の側波帯のみを選択してそのパワーを検出する。本実施形態ではＳＳＢ変調器１３ｂを用いているため、上記の光波長フィルタを省略することもできる。但し、光波長フィルタを設けることでコスト高にはなるが不要な周波数成分を抑圧できるため、測定精度をより向上させることができる。
　同期検波器２１は、信号発生器２２から出力される所定の周波数ｆ０を有する同期信号を用いて光検出器２０から出力される検出信号を同期検波する。この同期検波器２１として、例えば図８Ａに示した基本構成のロックインアンプを用いることができる。信号発生器２２は、コンピュータ２４の制御の下で、タイミング調整器１９に出力するタイミング信号を生成するとともに、同期検波器２１で用いられる同期信号を生成する。信号発生器２２からタイミング調整器１９に出力されるタイミング信号の周波数、信号発生器２２から同期検波器２１に出力される同期信号の周波数ｆ０、及びパルス変調器１７の信号発生器１７ａから光強度変調域１７ｂに出力されるタイミング信号の周波数は同じである。Ａ／Ｄ変換器２３は、同期検波器２１で同期検波された信号をディジタル信号に変換して検出データとしてコンピュータ２４に出力する。
　コンピュータ２４は、周波数設定部２４ａ、ノイズ除去部２４ｂ、波形近似部２４ｃ、及びピーク周波数算出部２４ｄを備えている。コンピュータ２４は、光ファイバ特性測定装置１の動作を統括して制御するとともに、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるディジタル信号（検出データ）に対して光ファイバ１６の特性を求めるための各種処理を行う。周波数設定部２４ａは、半導体レーザ１１ａから射出されるレーザ光の変調周波数ｆｍ（信号発生器１１ｂから出力される正弦波信号の周波数）の設定を行うとともに、同期検波器２１で用いられる同期信号（信号発生器２２から出力される同期信号）の周波数ｆ０の設定及び変更等を行う。周波数設定部２４ａは、半導体レーザ１１ａから射出されるレーザ光の変調周波数ｆｍが同期信号の周波数ｆ０の整数倍である場合に、同期信号の周波数ｆ０を変更する。
　ノイズ除去部２４ｂは、Ａ／Ｄ変換器２３から出力される検出データに対してフーリエ変換を施して所定の周波数成分（ノイズの周波数成分）を除去し、この周波数成分が除去された検出データに対して逆フーリエ変換を施す。かかる処理により、ノイズ除去部２４ｂは、Ａ／Ｄ変換器２３から出力された検出データからノイズを除去する。
　波形近似部２４ｃは、ノイズ除去部２４ｂによってノイズが除去された検出データを所定の近似式を用いて近似する。例えば、波形近似部２４ｃは、ノイズが除去された検出データを最小二乗法近似により近似する。本実施形態では、最小二乗法により近似する場合を例に挙げるが、ノイズが除去された検出データの近似は、任意の近似法を用いることができる。ピーク周波数算出部２４ｄは、波形近似部２４ｃによって近似された検出データからピーク周波数を検出して設定された測定点における光ファイバの特性（例えば、歪みの大きさや温度）を求める。
　上記のコンピュータ２４に設けられた周波数設定部２４ａ、ノイズ除去部２４ｂ、波形近似部２４ｃ、及びピーク周波数算出部２４ｄは、ハードウェアで実現してもよく、ソフトウェアにより実現しても良い。ソフトウェアにより実現する場合には、上記の各部の機能を実現するプログラムをコンピュータに実行させることによって実現される。
　次に、以上の構成を有する光ファイバ特性測定装置１の動作、即ち本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定方法について説明する。図２は、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定方法を示すフローチャートである。図２に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定方法は、測定条件を設定する第１ステップＳ１、同期信号の周波数ｆ０を決定する第２ステップＳ２、光ファイバ１６に対する測定を実行する第３ステップＳ３、測定結果のノイズ除去を行う第４ステップＳ４、測定結果の波形近似を行う第５ステップＳ５、及び光ファイバ１６内で発生した誘導ブリルアン散乱光のピーク周波数を検出する第６ステップＳ６に大別される。
　処理が開始されると、測定条件を設定する第１ステップＳ１が行われる。この第１ステップＳ１では、まず第２ステップＳ２において同期信号の周波数ｆ０を決定する際に用いられる変数Ａ，Ｉの値を設定する処理がコンピュータ２４の周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１１）。変数Ａは、周波数設定部２４ａが同期信号ｆ０を決定する際に処理が無限ループになるのを防止するために用いられる変数であり、ユーザによって値が「５」に設定されたとする。変数Ｉは、レーザ光の変調周波数ｆｍが同期信号の周波数ｆ０の整数倍である場合に、周波数設定部２４ａが算出する同期信号の周波数ｆ０の範囲を規定するための変数であり、ユーザによって値が「３」に設定されたとする。
　次に、光ファイバ１６の長さＬを設定する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１２）。ユーザによって光ファイバ１６の長さＬが５００［ｍ］に設定されたとする。設定が完了すると、ポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数及び同期信号の周波数ｆ０を算出する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１３）。光ファイバ１６内の異なる位置に複数の相関ピークが存在する場合には、光ファイバ１６内に複数の光パルス（ポンプ光Ｌ２）が存在すると正常な測定を行うことができない。このため、光ファイバ１６内に一時に１つのパルス（ポンプ光Ｌ２）のみを存在させるためのポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数を求める処理が行われる。
　前述した通り、パルス変調器１７の信号発生器１７ａから光強度変調域１７ｂに出力されるタイミング信号の周波数（ポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数）と、信号発生器２２から同期検波器２１に出力される同期信号の周波数ｆ０とは同じである。このため、ポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数が算出されることにより、同期信号の周波数ｆ０も算出されることになる。具体的に、真空中の光速をｃ、光ファイバ１６の屈折率をｎとすると、ポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数及び同期信号の周波数ｆ０は以下の（１）式で算出される。
　　ｆ０＝（ｃ／ｎ）／（２×Ｌ）　…（１）
　例えば光ファイバの屈折率ｎを１．５、真空中の光速ｃを３×１０８［ｍ／ｓｅｃ］とすると、上記（１）式から長さＬが５００［ｍ］である光ファイバ１６についての同期信号の周波数ｆ０は２００［ｋＨｚ］になる。
　次に、光ファイバ１６内の測定点Ｄ１を設定する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１４）。ユーザによって光ファイバ１６の測定点Ｄ１が、光ファイバ１６の一端（プローブ光Ｌ１が入射する端部）から１００［ｍ］の位置に設定されたとする。設定が完了すると、光源１１におけるレーザ光の変調周波数ｆｍを算出する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１５）。具体的に、光ファイバ１６の一端から光ファイバ１６外における０次相関ピークまでの距離をｄとし、光ファイバ１６内に形成される相関ピークの次数をαとすると、光源１１におけるレーザ光の変調周波数ｆｍは以下の（２）式で算出される。
　　ｆｍ＝α×（ｃ／ｎ）／（２×（ｄ＋Ｄ１））　…（２）
　例えば相関ピークの次数αを「１０」とすると、上記（２）式から光ファイバ１６の他端から１００［ｍ］の位置に設定された測定点Ｄ１における変調周波数ｆｍは１０［ＭＨｚ］になる。以上の処理で、測定条件を設定する第１ステップＳ１が終了する。
　第１ステップＳ１が終了すると、同期信号の周波数ｆ０を決定する第２ステップＳ２が行われる。この第２ステップＳ２では、まず同期信号の周波数ｆ０を決定するために用いる変数ａ，ｉを初期化する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ１６）。具体的には、変数ａ，ｉの値が共に「１」に設定される。次に、周波数設定部２４ａは、ステップＳ１５で算出した変調周波数ｆｍが、ステップＳ１３で算出した同期信号の周波数ｆ０の整数倍であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。具体的には、以下の（３）式に示した変数ｍの値を求め、この変数ｍの値が整数であるか否かを判断する。
　　ｍ＝ｆｍ／（ｉ×ｆ０）　…（３）
　上記のステップＳ１３で算出された同期信号の周波数ｆ０が２００［ｋＨｚ］であって、上記のステップＳ１５で算出された変調周波数ｆｍが１０［ＭＨｚ］である場合には、上記（３）式で表される変数ｍの値は「５０」になる。このため、ステップＳ１７の判断結果は「ＹＥＳ」になり、同期信号の周波数ｆ０を変更する処理が周波数設定部２４ａで行われる。
　具体的には、まず変数ａの値がステップＳ１１で設定された変数Ａに等しいか否かが判断される（ステップＳ１８）。変数ａの値が「１」であり、変数Ａの値が「５」であるため判断結果は「ＮＯ」になる。次に、同期信号の周波数ｆ０が所定量だけ変更される（ステップＳ１９）。同期信号の周波数ｆ０の変更量は、例えばポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数を規定する信号発生器１７ａの分解能に応じた周波数に設定される。信号発生器１７ａの分解能が２０［ｋＨｚ］であるとし、同期信号の周波数ｆ０が１８０［ｋＨｚ］に変更されるとする。同期信号の周波数ｆ０が変更されると、変数ａの値がインクリメントされる（ステップＳ２０）。
　同期信号の周波数ｆ０の変更処理を終えると、周波数設定部２４ａは再度上記の（３）式に示した変数ｍの値を求めて、この変数ｍの値が整数であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。同期信号の周波数ｆ０が１８０［ｋＨｚ］に変更されると、上記（３）式で表される変数ｍの値は「５５．５５」になるため、ステップＳ１７における周波数設定部２４ａの判断結果は「ＮＯ」になる。すると、周波数設定部２４ａは変数ｉの値がステップＳ１１で設定された変数Ｉの値に等しいか否かを判断する（ステップＳ２１）。変数ｉの値が「１」であり、変数Ｉの値が「３」であるため判断結果は「ＮＯ」になり、周波数設定部２４ａが変数ｉの値をインクリメントし（ステップＳ２２）、三度ステップＳ１７の処理に戻る。
　ステップＳ１７で求められる変数ｍの値が整数ではなく、且つ変数ｉの値が変数Ｉの値と等しくない場合には、ステップＳ１７，Ｓ２１，Ｓ２２の処理が繰り返され、変数ｉの値を変えつつ上記（３）式から変数ｍの値が算出される。具体的に、変数ｉの値が「２」の場合には変数ｍの値は「２７．７７」になり、変数ｉの値が「３」の場合には変数ｍの値は「１８．１５」になる。変数ｉの値がステップＳ１１で設定された変数Ａの値「３」と等しくなると、ステップＳ２１の判断結果が「ＹＥＳ」となり、同期信号の周波数ｆ０を決定する処理が周波数設定部２４ａで行われる（ステップＳ２３）。ここでは、変数ｉを用いて同期信号の周波数ｆ０の偶数倍の周波数及び奇数倍の周波数と変調周波数ｆｍとの比を示す変数ｍをそれぞれ求めているが、同期信号の周波数ｆ０の奇数倍の周波数と変調周波数ｆｍとの比を示す変数ｍのみを求めても良い。
　具体的には、同期信号の周波数ｆ０が１８０［ｋＨｚ］の場合には、前述した（３）式中の変数ｉの値を変更しても整数とはならないため、周波数設定部２４ａは、同期信号の周波数ｆ０（ポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数）を１８０［ｋＨｚ］に決定する。以上の処理で、同期信号の周波数ｆ０を決定する第２ステップＳ２が終了する。上述したステップＳ１７の判断結果が「ＹＥＳ」の間は、ステップＳ１８～Ｓ２０の処理が繰り返されるが、これらの処理が繰り返されている間に変数ａの値がステップＳ１１で設定された変数Ａに等しくなると、ステップＳ１８における判断結果は「ＹＥＳ」になる。すると、周波数設定部２４ａは、測定不可として一連の処理を終了する。
　第２ステップＳ２が終了すると、光ファイバ１６に対する測定を実行する第３ステップＳ３が行われる。この第３ステップＳ３では、光源１１におけるレーザ光の変調周波数ｆｍをステップＳ１５で算出した変調周波数（例えば、１０［ＭＨｚ］）に設定するとともに、同期検波器２１で用いられる同期信号の周波数ｆ０及びポンプ光Ｌ２の繰り返し周波数（更には、タイミング調整器１９の動作周波数）をステップＳ２３で決定された周波数（例えば、１８０［ｋＨｚ］）に設定する処理が行われる。かかる設定は、周波数設定部２４ａから光源１１の信号発生器１１ｂ、パルス変調器１７の信号発生器１７ａ、及び信号発生器２２にそれぞれ制御信号が出力されることにより行われる。
　以上の設定が終了すると、ステップＳ１５で算出された変調周波数ｆｍを有するレーザ光が光源１１から射出されて光分岐器１２で分岐される。光分岐器１２で分岐された一方のレーザ光は光変調器１３へ入射してＳＳＢ変調器１３ｂで変調されることにより、レーザ光の中心周波数に対する単側波帯が生成される。光変調器１３から射出された単側波帯を有するレーザ光（連続光）は、光遅延器１４で所定量だけ遅延された後に、光アイソレータ１５を介してプローブ光Ｌ１として光ファイバ１６の一端から光ファイバ１６内に入射する。一方、光分岐器１２で分岐された他方のレーザ光は、パルス変調器１７に入射してパルス化され、ステップＳ２３で決定された繰り返し周波数を有するパルス光に変換される。このパルス光は、方向性結合器１８を介してポンプ光Ｌ２として光ファイバ１６の他端から光ファイバ１６内に入射する。
　変調周波数ｆｍで周波数変調された連続光のプローブ光Ｌ１とパルス化されたポンプ光Ｌ２とが光ファイバ１６内に入射すると、図３に示す通り、ポンプ光Ｌ２は光ファイバ１６内を伝播するに伴って、光ファイバ１６中の異なる位置で相関ピークＰ０～ＰＮ（Ｎは正の整数）が発生する。図３は、ポンプ光の進行に伴って光ファイバ１６内で相関ピークが発生する様子を示す図である。図３に示した例では、光パルスが相関ピークＰ２付近を通過している様子を示している。破線で示した相関ピークＰ０，Ｐ１は過去に通過した相関ピークであり、相関ピークＰ３，ＰＮはポンプ光Ｌ２の進行に伴ってこれから通過する相関ピークである。
　図３に示す相関ピークの間隔はｄｍであり、以下の（４）式で表される。
　　ｄｍ＝（ｃ／ｎ）／（２×ｆｍ）　…（４）
　つまり、光源１１における変調周波数ｆｍを変えれば、相関ピークの間隔ｄｍを変化させることができ、相関ピークＰ１～Ｐｎの発生位置を移動させることができる。但し、プローブ光Ｌ１とポンプ光Ｌ２との光路差が０となる位置に発生する０次の相関ピークＰ０の発生位置は変調周波数ｆｍを変化させても移動させることができない。このため、図３に示す通り、０次の相関ピークＰ０の発生位置が光ファイバ１６の外部になるよう、光遅延器１４（図１参照）の遅延量が設定される。
　各相関ピークＰ０～Ｐ３の位置において、プローブ光Ｌ１は、ポンプ光Ｌ２によって誘導ブリルアン増幅による利得（ゲイン）を得る。相関ピークの位置で、図４に示す通り、ポンプ光Ｌ２を基準としてポンプ光Ｌ２とプローブ光Ｌ１との周波数差を可変すると、ブリルアン周波数シフトνＢを中心周波数とするローレンツ関数の形状をしたブリルアン・ゲイン・スペクトル（ＢＧＳ）と呼ばれるスペクトルＬ１１が得られる。図４は、ブリルアン・ゲイン・スペクトルの一例を示す図である。ブリルアン周波数シフトνＢは、光ファイバ１６の材質、温度、歪み等に依存して変化し、特に歪みに対して線形的に変化することが知られている。このため、図４に示すブリルアン・ゲイン・スペクトルＬ１１のピーク周波数を検出することで、光ファイバ１６の歪み量を求めることができる。
　光ファイバ１６を介したプローブ光Ｌ１及び光ファイバ１６内で発生した誘導ブリルアン散乱光は光ファイバ１６の他端から射出された後、方向性結合器１８に入射する。方向性結合器１８から射出されたプローブ光Ｌ１はタイミング調整器１９に入射するが、タイミング調整器１９で規定されたタイミングで入射したプローブ光Ｌ１及び誘導ブリルアン散乱光のみがタイミング調整器１９を透過する。つまり、タイミング調整器１９のタイミングを調整することで、設定された測定点又はその近傍で発生した誘導ブリルアン散乱光を得ることができる。
　図５は、タイミング調整器１９の動作を説明するための図である。図５に示す通り、ポンプ光Ｌ２が光ファイバ１６内を伝播することにより、図示の位置に間隔ｄｍの相関ピークＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３が発生するとする。ポンプ光Ｌ２が光ファイバ１６の他端Ｘから相関ピークＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の発生位置に達するのに要する時間をそれぞれＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３とする。相関ピークＰ１１，Ｐ１２，Ｐ１３の各々の位置で発生した誘導ブリルアン散乱光がタイミング調整器１９に達するのに要する時間をそれぞれＴ２１，Ｔ２２，Ｔ２３とする。
　相関ピークＰ１１の発生位置に測定点を設定した場合には、ポンプ光Ｌ２が光ファイバ１６の他端Ｘに入射した時刻から時間Ｔ１１＋Ｔ２１が経過した時点でタイミング調整器１９を開状態にすれば、相関ピークＰ１１の位置で発生した誘導ブリルアン散乱光が得られる。同様に、相関ピークＰ１２の位置で発生した誘導ブリルアン散乱光を得たい場合にはポンプ光Ｌ２の他端Ｘへの入射時刻から時間Ｔ１２＋Ｔ２２が経過した時点でタイミング調整器１９を開状態にし、相関ピークＰ１３の位置で発生した誘導ブリルアン散乱光を得たい場合にはポンプ光Ｌ２の他端Ｘへの入射時刻から時間Ｔ１３＋Ｔ２３が経過した時点でタイミング調整器１９を開状態にすればよい。
　タイミング調整器１９を通過したプローブ光Ｌ１及び誘導ブリルアン散乱光は、光検出器２０に入射し、光検出器２０が備える不図示の光波長フィルタで低周波側の側波帯の光が選択されてその強度が検出される。そして、光検出器２０からはその検出結果を示す検出信号が出力される。この検出信号は、同期検波器２１に入力されて同期検波され、ノイズが除去される。
　同期検波器２１で用いられる同期信号の周波数ｆ０は、光源１１で用いられる変調数波数ｆｍが周波数ｆ０の整数倍にならない周波数（換言すると、同期信号の周波数ｆ０が光源１１で用いられる変調数波数ｆｍの整数分の１にならない周波数）に設定されている。これにより、デューティ比が５０％であって周波数ｆ０の奇数倍の高調波成分が含まれる矩形信号を同期信号として用いても、同期検波器２１に入力される検出信号の周波数と同期信号の高調波成分との周波数差を大きくすることができる。この結果として、図８Ａおよび８Ｂを用いて説明した被測定信号ｆ（検出信号）と同期信号の高調波成分との周波数差が小さい場合における誤差又は信号ゆらぎ成分の発生を防止することができ、測定精度を向上させることができる。同期検波器２１でノイズが除去された検出信号は、Ａ／Ｄ変換器２３に入力されてディジタル信号に変換されて検出データとしてコンピュータ２４に入力される。
　以上説明した処理が、ポンプ光Ｌ２とプローブ光Ｌ１との周波数差を可変しつつ繰り返し行われることにより、コンピュータ２４には、図４に示すブリルアン・ゲイン・スペクトルＬ１１を示す検出データが蓄積される。以上の処理で、光ファイバ１６に対する測定を実行する第３ステップＳ３が終了する。第３ステップＳ３が終了すると、コンピュータ２４において、測定結果のノイズ除去を行う第４ステップＳ４、測定結果の波形近似を行う第５ステップＳ５、及び光ファイバ１６内で発生した誘導ブリルアン散乱光（ブリルアン・ゲイン・スペクトル）のピーク周波数を検出する第６ステップＳ６が順次行われる。
　図６Ａ～６Ｄは、第３ステップＳ３～第６ステップＳ６で行われる処理を説明するための図である。まず、第４ステップＳ４では、ノイズ除去部２４が第３ステップＳ３で蓄積された検出データに対してフーリエ変換を施す（ステップＳ２５）。かかる変換を施すことで、検出データ（図６Ａに示すノイズＮが重畳されたブリルアン・ゲイン・スペクトルＳＰ１）を、図６Ｂに示す周波数成分に分離することができる。
　次に、ノイズ除去部２４ｂは、フーリエ変換によって分離された周波数成分のうちの不要な周波数成分を除去する（ステップＳ２６）。例えば、ブリルアンゲインスペクトル（ＢＧＳ）波形とは異なる周波数であって信号レベルが所定レベルよりも低い周波数成分をノイズＮの周波数成分であるとして除去する。図６Ｂに示す例では、符号ｆ１を付した周波数成分以外を除去している。次いで、ノイズ除去部２４ｂは、不要な周波数成分を除去した検出データに対して逆フーリエ変換を施す（ステップＳ２７）。以上の処理により、図６Ｃに示す通り、図６Ａに示したノイズＮが除去されたブリルアン・ゲイン・スペクトルＳＰ１を得ることができる。以上により、測定結果のノイズ除去を行う第４ステップＳ４が終了する。
　第４ステップＳ４が終了すると、測定結果の波形近似を行う第５ステップＳ５が行われる。この第５ステップＳ５では、波形近似部２４ｃが、ノイズ除去部２４ｂによってノイズＮが除去されたブリルアン・ゲイン・スペクトルＳＰ１を最小二乗法近似により近似し、図６Ｄに示す近似関数ＦＭを求める（ステップＳ２８）。ここで、最小二乗近似とは、ある測定結果を特定の関数を用いて近似するときに、測定結果と関数との残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法（最小二乗法）によって近似を行うことをいう。かかる処理は、ブリルアン・ゲイン・スペクトルＳＰ１のピーク周波数を検出する際の検出誤差を最小にするために行われる。以上により、測定結果の波形近似を行う第５ステップＳ５が終了する。
　第５ステップＳ５が終了すると、光ファイバ１６内で発生した誘導ブリルアン散乱光（ブリルアン・ゲイン・スペクトル）のピーク周波数を検出する第６ステップＳ６が行われる。この第６ステップＳ６では、ピーク周波数算出部２４ｄが第５ステップＳ５で求められた近似関数ＦＭの最大値を求め、この最大値が得られる周波数をピーク周波数ＦＰ１として算出する（ステップＳ２９）。以上により、ピーク周波数を検出する第６ステップＳ６が終了する。光ファイバ１６の長さ方向における特性を測定するためには、光ファイバ１６内に設定する測定点の位置を変えつつ上述した第１ステップＳ１～第６ステップＳ６の処理を繰り返せばよい。
　以上説明した通り、本実施形態では、光検出器２０からの検出信号を同期検波器２１で同期検波しているため、光ファイバ特性測定装置１の空間分解能を高くした場合であってもＳ／Ｎ比の悪化を防止することができる。本実施形態では、光源１１における変調周波数ｆｍが同期信号の周波数ｆ０の整数倍である場合に同期信号の周波数ｆ０を変更している。このため、光検出器２０から出力される検出信号の周波数と同期検波器２１で用いられる同期信号又はその高調波との周波数差を大きくすることができる。この結果として、高調波成分が含まれる矩形信号を同期信号として用いても、誤差又は信号ゆらぎ成分の発生を防止することができ、測定精度を向上させることができる。
　更に、本実施形態では、同期検波されてディジタル信号に変換された検出信号（検出データ）に対してフーリエ変換及び逆フーリエ変換を施してノイズを除去し、最小二乗近似により近似関数を求めた上でピーク周波数を求めている。このため、従来よりも格段にピーク周波数の検出精度を向上させることができる。この結果として、光ファイバ特性測定装置１の空間分解能を数ｃｍ程度まで高めることができる。
　以上、本発明の一実施形態による光ファイバ特性測定装置及び方法について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、図２に示すステップＳ１７～Ｓ２３の処理において、所定回数整数にならない変数ｍが得られた周波数ｆ０を、同期信号の周波数ｆ０に決定する処理を行っていた。しかしながら、ステップＳ１７で算出される変数ｍの値そのものに基づいて同期信号の周波数ｆ０を決定しても良い。例えば、ある周波数ｆ０を代入して求められる変数ｍを整数で除算して得られる余りを求め、この余りが０．１～０．９の範囲内である場合に、同期信号の周波数ｆ０に決定してもよい。つまり、余りが０．１よりも小さい場合又は０．９よりも大きい場合には整数に近いと判断し、その変数ｍが得られた周波数ｆ０を同期信号の周波数ｆ０としては用いないのが望ましい。
　本発明は、光ファイバ特性測定装置及び方法に適用することができる。この光ファイバ特性測定装置及び方法によれば、同期検波器を用いる場合であってもノイズや信号ゆらぎ成分が抑えられて高い測定精度を実現することができる。

Claims (6)

  1. 　所定の変調周波数で変調したレーザ光を射出する光源と、前記光源からのレーザ光を連続光及びパルス光として光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させる入射部と、前記光ファイバから射出される光を所定のタイミングで通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出する光検出器とを備え、前記光検出器の検出結果を用いて前記光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定装置であって、
    　所定の周波数を有する同期信号を用いて前記光検出器の検出結果を同期検波する同期検波器と、
    　前記光源における変調周波数が前記同期信号の周波数の整数倍である場合に、前記同期信号の周波数を変更する周波数設定部と
    　を備える光ファイバ特性測定装置。
  2. 　前記同期検波器の検出信号に対してフーリエ変換を施して所定の周波数成分を除去し、前記所定の周波数成分が除去された検出信号に対して逆フーリエ変換を施すことにより前記検出信号からノイズを除去するノイズ除去部を備える請求項１記載の光ファイバ特性測定装置。
  3. 　前記ノイズ除去部によってノイズが除去された検出信号を所定の近似式を用いて近似する波形近似部を備える請求項２記載の光ファイバ特性測定装置。
  4. 　前記波形近似部によって近似された検出信号からピーク周波数を検出して前記光ファイバの特性を求めるピーク周波数算出部を備える請求項３記載の光ファイバ特性測定装置。
  5. 　前記光源における変調周波数は、前記光ファイバ内における測定点の位置に応じて異なる値に設定され、
    　前記周波数設定部は、前記光源で設定される変調周波数の各々が、前記同期信号の周波数の整数倍とならないように前記同期信号の周波数を変更する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光ファイバ特性測定装置。
  6. 　所定の変調周波数で変調したレーザ光を連続光及びパルス光として光ファイバの一端及び他端からそれぞれ入射させ、前記光ファイバから射出される光を所定のタイミングで通過させて検出し、前記検出結果を用いて前記光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定方法であって、
    　所定の同期信号を用いて前記光検出器の検出結果を同期検波するステップと、
    　前記光源における変調周波数が前記同期信号の周波数の整数倍である場合に、前記同期信号の周波数を変更するステップと
    　を含む光ファイバ特性測定方法。
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