WO2023286252A1 - 光ファイバ状態測定装置及び光ファイバ状態測定方法 - Google Patents

光ファイバ状態測定装置及び光ファイバ状態測定方法 Download PDF

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千尋 鬼頭
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日本電信電話株式会社
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    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/322—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres using Brillouin scattering

Definitions

  • the present disclosure relates to technology for measuring temperature, strain, or vibration of an optical fiber to be measured.
  • Patent Document 1 A technique for measuring the temperature, strain, or vibration of an optical fiber to be measured based on the amount of Brillouin frequency shift of the optical fiber to be measured is disclosed in Patent Document 1 and the like.
  • the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber to be measured in a steady state of temperature or a state of no applied strain or vibration and a non-steady state of temperature or a state of applied strain or vibration, the steady A change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under measurement from the state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state is detected.
  • the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber to be measured is on the order of 10 GHz, a broadband light receiving device is required, which complicates the configuration of the device for measuring the state of the optical fiber.
  • the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test and the reference optical fiber A constant Brillouin frequency shift amount of and a change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state based on the beat frequency between To detect.
  • the beat frequency between the two Brillouin frequency shift amounts is on the order of 100 MHz, a broadband photodetector is not required, simplifying the configuration of the optical fiber condition measurement device.
  • the beat frequency between two Brillouin frequency shift amounts indicates the absolute value of the difference between the two Brillouin frequency shift amounts, and the sign of the difference between the two Brillouin frequency shift amounts. not shown. Therefore, it is possible to detect the magnitude of change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under measurement from the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration to the non-stationary state of temperature or the state of applied strain or vibration. However, the direction of change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test cannot be detected.
  • the present disclosure eliminates the need for a broadband light receiving device, simplifies the configuration of the device for measuring the state of an optical fiber, and converts a steady state of temperature or a state in which no strain or vibration is applied to a non-temperature
  • An object of the present invention is to detect the direction and magnitude of change in Brillouin frequency shift amount of an optical fiber to be measured from a steady state or a strain or vibration applied state.
  • the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under measurement in the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration and the non-stationary state of temperature or the state of applied strain or vibration Based on the fixed Brillouin frequency shift amount of "two or more" reference optical fibers and "two or more” beat frequencies between the steady state or the non-applied state and the non-stationary state or the applied state
  • the direction of change of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber to be measured is determined as "one of the positive direction and the negative direction".
  • the present disclosure is an optical fiber condition measuring device for measuring the temperature, strain, or vibration of an optical fiber under test, which has a longer optical fiber length than the optical fiber under test, and for the same incident wavelength
  • a first reference having a constant Brillouin frequency shift amount different from that of the optical fiber under test in a steady state of temperature or a state in which no strain or vibration is applied, and having a constant Brillouin frequency shift amount different from each other for the same incident wavelength
  • a pulsed measurement test light is incident on the optical fiber for measurement and the second reference optical fiber, and the optical fiber under measurement, and the above-mentioned a test light input section for inputting continuous light or pulsed first reference test light and second reference test light having the same wavelength as the measurement test light; and pulsed measurement Brillouin from the optical fiber under test Scattered light input for inputting scattered light and inputting continuous light or pulse-like first Brillouin scattered light for reference and second Brillouin scattered light for reference from the first reference optical fiber and the second reference optical fiber a unit for multiplex
  • the present disclosure is an optical fiber condition measuring method for measuring temperature, strain or vibration of an optical fiber under test, which has a longer optical fiber length than the optical fiber under test and has a temperature difference with respect to the same incident wavelength.
  • a first reference optical fiber having a constant Brillouin frequency shift amount different from that of the optical fiber under test in a steady state or a state in which no strain or vibration is applied, and having a constant Brillouin frequency shift amount different from each other for the same incident wavelength and a second reference optical fiber to enter the pulsed measuring test light into the optical fiber under test, and the first reference optical fiber and the second reference optical fiber to a test light input step of inputting continuous light or pulsed first reference test light and second reference test light having the same wavelength as the measurement test light; Scattered light input for inputting scattered light and inputting continuous light or pulse-like first Brillouin scattered light for reference and second Brillouin scattered light for reference from the first reference optical fiber and the second reference optical fiber a step of combining the measurement Brillouin scattered light and the first reference
  • the shift amount change detection unit detects the change direction of the first beat frequency and the second beat frequency from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state.
  • Light characterized by detecting a change direction of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state based on the direction of change. It is a fiber condition measuring device.
  • the directions that is, the signs (magnitudes) of changes in two or more beat frequencies from the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration to the unsteady state of temperature or the state of applied strain or vibration
  • the direction, ie, the sign, of the change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test can be easily detected based on the absolute value.
  • the shift amount change detection unit cannot be determined in the above, the magnitude relationship between the first beat frequency and the second beat frequency in the non-stationary state or the application state
  • An optical fiber state measuring apparatus characterized in that the direction of change of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state is determined based on is.
  • the directions, or signs, of the changes in the beat frequencies of the two or more types cannot be determined, the change of the two or more beat frequencies under the non-stationary state of temperature or the state of application of strain or vibration is possible.
  • the direction, ie, the sign, of the change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test can be reliably determined.
  • the shift amount change detection unit detects the An optical fiber condition measuring apparatus, characterized by detecting a magnitude, ie, an absolute value, of a change in Brillouin frequency shift amount of the optical fiber under test from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state. is.
  • the different fixed Brillouin frequency shift amounts of the first reference optical fiber and the second reference optical fiber are the Brillouin frequency shift of the optical fiber under test in the steady state or the non-applied state.
  • An optical fiber condition measuring device characterized by being more than a Brillouin gain bandwidth apart as compared to a quantity.
  • any beat frequency is less likely to drop to the baseband frequency, so it can be detected on the order of 100 MHz or 10 MHz.
  • the Brillouin frequency shift in a wide range as the amount of change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber to be measured from the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration to the unsteady state of temperature or the state of applied strain or vibration A change in quantity can be detected.
  • the shift amount change detection unit cannot clearly measure the first beat frequency or the second beat frequency in the unsteady state or the application state
  • the A third reference having a Brillouin frequency shift amount in a steady state or the non-applied state and a constant Brillouin frequency shift amount different from that of the first reference optical fiber and the second reference optical fiber and a constant Brillouin frequency shift amount different from each other
  • An optical fiber condition measuring device characterized by using an optical fiber for
  • the beat frequency that replaces the beat frequency is less likely to drop to the baseband frequency, so detection is performed on the order of 100 MHz or 10 MHz. be able to. Then, the Brillouin frequency shift in a wide range as the amount of change in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber to be measured from the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration to the unsteady state of temperature or the state of applied strain or vibration A change in quantity can be detected.
  • the present disclosure eliminates the need for a broadband light receiving device, simplifies the device configuration for optical fiber state measurement, and converts the steady state of temperature or the state of no applied strain or vibration to the unsteady state of temperature or strain or vibration. can detect the direction and magnitude of change in the amount of Brillouin frequency shift of the optical fiber under test.
  • FIG. 4 is a diagram showing Brillouin frequency shift amounts of first and second reference optical fibers; It is a figure which shows the Brillouin frequency shift amount of the 3rd reference optical fiber.
  • FIG. 1 shows the configuration of the optical fiber condition measuring device of the present disclosure.
  • FIG. 2 shows the procedure of the optical fiber state measurement process of the present disclosure.
  • the optical fiber state measuring device D measures the temperature, strain, or vibration of the optical fiber M to be measured using BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry).
  • the optical fiber condition measuring device D includes a light source 1, a branching section 2, a pulsing section 3, a circulator 4, a branching section 5, a circulator 6, a first reference optical fiber 7, a circulator 8, a second reference optical fiber 9, a branching A combining unit 10 , a combining unit 11 , a first beat frequency detecting unit 12 , a combining unit 13 , a second beat frequency detecting unit 14 and a shift amount change detecting unit 15 are provided.
  • the first beat frequency detector 12, the second beat frequency detector 14, and the shift amount change detector 15 can be realized by installing the optical fiber condition measuring program shown in FIG. 2 in a computer.
  • the first reference optical fiber 7 has an optical fiber length longer than that of the optical fiber M to be measured, and for the same incident wavelength ⁇ , the optical fiber M to be measured in a steady state of temperature or in a state where no strain or vibration is applied. It has a constant Brillouin frequency shift amount BFS R1 ( ⁇ BFS R2 below) different from the Brillouin frequency shift amount BFS M .
  • the second reference optical fiber 9 has an optical fiber length longer than that of the optical fiber M to be measured, and for the same incident wavelength ⁇ , the optical fiber M to be measured in a steady state of temperature or in a state where no strain or vibration is applied. It has a constant Brillouin frequency shift amount BFS R2 ( ⁇ the above BFS R1 ) different from the Brillouin frequency shift amount BFS M .
  • the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured is BFS M in the steady state of temperature or in the state of no applied strain or vibration, but changes to BFS M ' in the unsteady state of temperature or the applied state of strain or vibration. Change.
  • the constant Brillouin frequency shift amounts BFS R1 and BFS R2 of the first reference optical fiber 7 and the second reference optical fiber 9 are set so that the temperature of the first reference optical fiber 7 and the second reference optical fiber 9 can be adjusted. It may be set to a constant value by housing it in a constant temperature bath, or it may be constant by changing the material of the first reference optical fiber 7 and the second reference optical fiber 9, the distribution of the refractive index in the cross section, or the type. can be set to a value.
  • the light source 1, the branching section 2, the pulsing section 3, and the circulator 4 enter pulsed measurement test light into the optical fiber M to be measured.
  • the light source 1 , branching section 2 , branching section 5 and circulator 6 enter continuous light or pulsed first reference test light having the same wavelength ⁇ as the measurement test light into the first reference optical fiber 7 .
  • the light source 1, the branching section 2, the branching section 5, and the circulator 8 enter the continuous light or pulsed second reference test light having the same wavelength ⁇ as the measurement test light into the second reference optical fiber 9. .
  • the circulator 4 and the branching unit 10 receive pulsed measurement Brillouin scattered light from the optical fiber M to be measured.
  • the circulator 6 receives continuous light or pulse-like first reference Brillouin scattered light from the first reference optical fiber 7 .
  • the circulator 8 receives continuous light or pulse-like second reference Brillouin scattered light from the second reference optical fiber 9 .
  • the combining unit 11 and the first beat frequency detection unit 12 combine the Brillouin scattered light for measurement and the Brillouin scattered light for first reference, and determine the difference between the Brillouin scattered light for measurement and the Brillouin scattered light for first reference.
  • a first beat frequency is detected (step S1).
  • at steady state of temperature or without applied strain or vibration, In the non-stationary state of temperature or the applied strain or vibration, ⁇ R1 '
  • the combining unit 13 and the second beat frequency detecting unit 14 combine the Brillouin scattered light for measurement and the Brillouin scattered light for second reference, and determine the difference between the Brillouin scattered light for measurement and the Brillouin scattered light for second reference.
  • a second beat frequency is detected (step S1).
  • at steady state of temperature or without applied strain or vibration, In the non-steady state of temperature or the applied strain or vibration, ⁇ R2 ′
  • the first beat frequency detector 12 and the second beat frequency detector 14 detect one pulse of Brillouin scattered light for measurement input with a delay time corresponding to a certain point in the optical fiber M to be measured. It may be possible to detect the frequency and the second beat frequency.
  • the shift amount change detection unit 15 detects the first beat frequencies ⁇ R1 and ⁇ R1′ and the second beat frequencies ⁇ R1 and ⁇ R1′ in the steady state of temperature or the state where no strain or vibration is applied and the unsteady state of temperature or the state where strain or vibration is applied. Based on the frequencies ⁇ R2 and ⁇ R2′, the direction, that is, the sign of the change ⁇ BFS in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state is detected (step S2).
  • the configuration of the optical fiber state measurement device can be simplified without the need for a broadband light receiving device. It is possible to detect the direction, that is, the sign of the change ⁇ BFS in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured with respect to the applied state of strain or vibration.
  • the shift amount change detection unit 15 detects the first beat frequencies ⁇ R1 and ⁇ R1′ and the second beat frequencies ⁇ R1 and ⁇ R1′ in the steady state of temperature or the state where no strain or vibration is applied and the unsteady state of temperature or the state where strain or vibration is applied. Based on the frequencies ⁇ R2 and ⁇ R2′, the magnitude, that is, the absolute value, of the change ⁇ BFS in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured from the steady state or the non-applied state to the non-stationary state or the applied state is detected. (step S3).
  • the absolute value of the change ⁇ BFS in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured is
  • the configuration of the optical fiber state measurement device can be simplified without the need for a broadband light receiving device. It is possible to detect the magnitude, that is, the absolute value, of the change ⁇ BFS in the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured due to the applied strain or vibration.
  • FIGS. 3 and 4 A specific example of the optical fiber state measurement process of the first embodiment is shown in FIGS. 3 and 4.
  • the pre-change state S11 is a steady state of temperature or a state in which no strain or vibration is applied.
  • Post-change states S12 to S17 are non-stationary states of temperature or states of application of strain or vibration.
  • BFS R1 ⁇ BFS M ⁇ BFS R2 is established.
  • BFS M is located approximately in the middle between BFS R1 and BFS R2 .
  • sgn( ⁇ BFS) indicates no shift, and
  • BFS M ′ is downshifted from BFS M by a smaller shift width than ⁇ R1.
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a smaller shift width than ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift,
  • BFS M ' is downshifted from BFS M by a larger shift width than ⁇ R1.
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a larger shift width than ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift,
  • BFS M ' is downshifted from BFS M by a larger shift width than in the post-change state S14.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates a downshift, and
  • BFS M ' is upshifted from BFS M by a larger shift width than in the post-change state S15.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift, and
  • the shift amount change detection unit 15 needs to detect unknown information sgn( ⁇ BFS) and
  • the shift amount change detection unit 15 can detect
  • the shift amount change detection unit 15 can detect
  • the shift amount change detection unit 15 may adopt either one of the two types of detection values as
  • FIGS. 5 and 6 A specific example of the optical fiber state measurement process of the second embodiment is shown in FIGS. 5 and 6.
  • the pre-change state S21 is a steady state of temperature or a state in which no strain or vibration is applied.
  • Post-change states S22 to S26 are non-stationary states of temperature or states of application of strain or vibration.
  • BFS M ⁇ BFS R1 ⁇ BFS R2 is established.
  • BFS R1 is located approximately in the middle between BFS M and BFS R2 .
  • sgn( ⁇ BFS) indicates no shift, and
  • BFS M ' is downshifted by an arbitrary shift width (regardless of magnitude relationship with ⁇ R1 and ⁇ R2) with BFS M as the starting point.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates a downshift, where
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a smaller/smaller shift width than ⁇ R1/ ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift,
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a shift width larger/smaller than ⁇ R1/ ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift,
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a larger/larger shift width than ⁇ R1/ ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift,
  • BFS M ′ is upshifted from BFS M by a larger/larger shift width than ⁇ R1/ ⁇ R2.
  • sgn( ⁇ BFS) indicates an upshift, and
  • the shift amount change detection unit 15 needs to detect unknown information sgn( ⁇ BFS) and
  • the shift amount change detection unit 15 can detect
  • the shift amount change detection unit 15 may adopt either one of the two types of detection values as
  • the direction of change of the above two or more beat frequencies that is, the sign cannot be determined, the magnitude relationship between the two or more beat frequencies in the non-stationary state of temperature or in the state of application of strain or vibration (irrespective of the absolute value of each frequency), the direction, that is, the sign of the change ⁇ BFS of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured can be reliably determined.
  • FIG. 7 shows the Brillouin frequency shift amounts of the first and second reference optical fibers.
  • the constant Brillouin frequency shift amounts BFS R1 and BFS R2 of the first reference optical fiber 7 and the second reference optical fiber 9 are compared with the Brillouin frequency shift amount BFS M of the optical fiber M to be measured in a steady state or a non-applied state. are separated by more than the Brillouin gain bandwidth ⁇ BGS.
  • BFS R1 ⁇ BFS M ⁇ BFS R2 is set in the first embodiment of FIGS .
  • > ⁇ BGS is set.
  • >2 ⁇ BGS is set.
  • any beat frequency can be detected on the order of 100 MHz or 10 MHz because it is difficult to drop to the baseband frequency.
  • the variation ⁇ BFS of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured from the steady state of temperature or the state of no strain or vibration applied to the non-stationary state of temperature or the state of strain or vibration applied is defined as a wide Brillouin A change amount of the frequency shift amount can be detected.
  • FIG. 8 shows the Brillouin frequency shift amount of the third reference optical fiber. If the first beat frequency ⁇ R1′ or the second beat frequency ⁇ R2′ cannot be clearly measured in the non-stationary state or the applied state, the shift amount change detection unit 15 detects whether the optical fiber M to be measured is in the steady state or the non-applied state.
  • a third reference having a Brillouin frequency shift amount BFS M and a constant Brillouin frequency shift amount BFS R3 different from the constant Brillouin frequency shift amounts BFS R1 and BFS R2 of the first reference optical fiber 7 and the second reference optical fiber 9 Use optical fiber.
  • BFS R3 >BFS R2 ,
  • BFS R3 ⁇ BFS R2 when ⁇ R2 ′
  • > 3 dB bandwidth of the Brillouin scattering spectrum, and ⁇ R3 ′
  • BFS R3 >BFS R2 ,
  • BFS R3 ⁇ BFS R2 when ⁇ R2 ′
  • > 3 dB bandwidth of the Brillouin scattering spectrum, and ⁇ R3 ′
  • the variation ⁇ BFS of the Brillouin frequency shift amount of the optical fiber M to be measured from the steady state of temperature or the state of no strain or vibration applied to the non-stationary state of temperature or the state of strain or vibration applied is defined as a wide Brillouin A change amount of the frequency shift amount can be detected.
  • the optical fiber state measuring device and the optical fiber state measuring method of the present disclosure eliminate the need for a broadband light receiving device in measuring the temperature change, strain change, or vibration state of the optical fiber to be measured, and are capable of measuring the state of the optical fiber.
  • the device configuration can be simplified.
  • changes in the Brillouin frequency shift amount are detected while the test light frequency is sequentially changed, so it is not possible to measure phenomena that change rapidly, such as vibration phenomena.
  • changes in the Brillouin frequency shift amount are detected only by monitoring the beat frequency, it is possible to measure phenomena that change rapidly, such as vibration phenomena.
  • Optical fiber condition measuring device M Optical fiber to be measured 1: Light source 2: Branching unit 3: Pulsating unit 4: Circulator 5: Branching unit 6: Circulator 7: First reference optical fiber 8: Circulator 9: Second Reference optical fiber 10: branching unit 11: multiplexing unit 12: first beat frequency detection unit 13: multiplexing unit 14: second beat frequency detection unit 15: shift amount change detection unit

Landscapes

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Abstract

本開示は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭ、ＢＦＳＭ'と、第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１、ＢＦＳＲ２と、の間の第１ビート周波数ΔＲ１、ΔＲ１'及び第２ビート周波数ΔＲ２、ΔＲ２'に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの方向を正方向及び負方向のうちの一方向に確定する。

Description

光ファイバ状態測定装置及び光ファイバ状態測定方法
　本開示は、被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する技術に関する。
　被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に基づいて、被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する技術が、特許文献１等に開示されている。
　一般の技術では、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化を検出する。ここで、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量は、１０ＧＨｚのオーダーであるため、広帯域な受光装置が必要となり、光ファイバ状態測定の装置構成が複雑化する。
　特許文献１では、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量と、参照用光ファイバの一定のブリルアン周波数シフト量と、の間のビート周波数に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化を検出する。ここで、２つのブリルアン周波数シフト量の間のビート周波数は、１００ＭＨｚのオーダーであるため、広帯域な受光装置が不要となり、光ファイバ状態測定の装置構成が簡略化する。
飯田　大輔、伊藤　文彦、"誘導ブリルアン散乱参照光を用いた低周波温度センシング"、信学技報、社団法人　電子情報通信学会、ОＦＴ２００８－４３、ｖоｌ．１０８、ｎо．２４５、ｐｐ．４５－５０、２００８．
　特許文献１では、２つのブリルアン周波数シフト量の間のビート周波数は、２つのブリルアン周波数シフト量の間の差分の絶対値を示すものであり、２つのブリルアン周波数シフト量の間の差分の符号を示すものではない。よって、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の大きさを検出することはできるが、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を検出することはできない。
　そこで、前記課題を解決するために、本開示は、広帯域な受光装置を不要とし、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化し、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向及び大きさを検出することを目的とする。
　前記課題を解決するために、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量と、「２本以上」の参照用光ファイバの一定のブリルアン周波数シフト量と、の間の「２種以上」のビート周波数に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を「正方向及び負方向のうちの一方向」に確定する。
　具体的には、本開示は、被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する光ファイバ状態測定装置であって、前記被測定光ファイバより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長に対して温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の前記被測定光ファイバと異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有し、同一入射波長に対して互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第１参照用光ファイバ及び第２参照用光ファイバと、前記被測定光ファイバへと、パルス状の測定用試験光を入射し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバへと、前記測定用試験光と同一波長を有する連続光又はパルス状の第１参照用試験光及び第２参照用試験光を入射する試験光入射部と、前記被測定光ファイバから、パルス状の測定用ブリルアン散乱光を入力し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバから、連続光又はパルス状の第１参照用ブリルアン散乱光及び第２参照用ブリルアン散乱光を入力する散乱光入力部と、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第１参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第１ビート周波数を検出し、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第２参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第２ビート周波数を検出するビート周波数検出部と、前記被測定光ファイバの温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、前記被測定光ファイバの温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を検出するシフト量変化検出部と、を備えることを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　また、本開示は、被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する光ファイバ状態測定方法であって、前記被測定光ファイバより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長に対して温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の前記被測定光ファイバと異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有し、同一入射波長に対して互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第１参照用光ファイバ及び第２参照用光ファイバを利用して、前記被測定光ファイバへと、パルス状の測定用試験光を入射し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバへと、前記測定用試験光と同一波長を有する連続光又はパルス状の第１参照用試験光及び第２参照用試験光を入射する試験光入射ステップと、前記被測定光ファイバから、パルス状の測定用ブリルアン散乱光を入力し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバから、連続光又はパルス状の第１参照用ブリルアン散乱光及び第２参照用ブリルアン散乱光を入力する散乱光入力ステップと、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第１参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第１ビート周波数を検出し、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第２参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第２ビート周波数を検出するビート周波数検出ステップと、前記被測定光ファイバの温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、前記被測定光ファイバの温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を検出するシフト量変化検出ステップと、を順に備えることを特徴とする光ファイバ状態測定方法である。
　これらの構成によれば、広帯域な受光装置を不要としたうえで、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化することができ、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を検出することができる。
　また、本開示は、前記シフト量変化検出部は、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記第１ビート周波数の変化の方向及び前記第２ビート周波数の変化の方向に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を検出することを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　この構成によれば、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、２種以上のビート周波数の変化の方向つまり符号（大きさつまり絶対値を問わない）に基づいて、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を簡易に検出することができる。
　また、本開示は、前記シフト量変化検出部は、上記において確定できなければ、前記非定常状態又は前記印加状態での、前記第１ビート周波数と前記第２ビート周波数との間の大小関係に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を確定することを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　この構成によれば、上記の２種以上のビート周波数の変化の方向つまり符号を用いて確定できなければ、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態での、２種以上のビート周波数の間の大小関係（各周波数の絶対値を問わない）に基づいて、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を確実に確定することができる。
　また、本開示は、前記シフト量変化検出部は、前記定常状態又は前記非印加状態及び前記非定常状態又は前記印加状態での、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の大きさつまり絶対値を検出することを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　この構成によれば、広帯域な受光装置を不要としたうえで、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化することができ、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の大きさつまり絶対値を検出することができる。
　また、本開示は、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバの互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量は、前記被測定光ファイバの前記定常状態又は前記非印加状態のブリルアン周波数シフト量と比べて、ブリルアン利得帯域幅以上離れていることを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　この構成によれば、いずれのビート周波数についても、ベースバンド周波数に落ちにくくなるため、１００ＭＨｚ又は１０ＭＨｚのオーダーで検出することができる。そして、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化量として、広範囲のブリルアン周波数シフト量の変化量を検出することができる。
　また、本開示は、前記シフト量変化検出部は、前記非定常状態又は前記印加状態において、前記第１ビート周波数又は前記第２ビート周波数が明瞭に測定できなければ、前記被測定光ファイバの前記定常状態又は前記非印加状態のブリルアン周波数シフト量並びに前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバの互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量と異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第３参照用光ファイバを利用することを特徴とする光ファイバ状態測定装置である。
　この構成によれば、いずれかのビート周波数については、ベースバンド周波数に落ちたとしても、そのビート周波数に代わるビート周波数については、ベースバンド周波数に落ちにくくなるため、１００ＭＨｚ又は１０ＭＨｚのオーダーで検出することができる。そして、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化量として、広範囲のブリルアン周波数シフト量の変化量を検出することができる。
　このように、本開示は、広帯域な受光装置を不要とし、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化し、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向及び大きさを検出することができる。
本開示の光ファイバ状態測定装置の構成を示す図である。 本開示の光ファイバ状態測定処理の手順を示す図である。 第１実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を示す図である。 第１実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を示す図である。 第２実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を示す図である。 第２実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を示す図である。 第１、２参照用光ファイバのブリルアン周波数シフト量を示す図である。 第３参照用光ファイバのブリルアン周波数シフト量を示す図である。
　添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
（本開示の光ファイバ状態測定装置の構成）
　本開示の光ファイバ状態測定装置の構成を図１に示す。本開示の光ファイバ状態測定処理の手順を図２に示す。光ファイバ状態測定装置Ｄは、ＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ、ブリルアン光時間領域反射法）を用いて、被測定光ファイバＭの温度、歪み又は振動を測定する。
　光ファイバ状態測定装置Ｄは、光源１、分岐部２、パルス化部３、サーキュレータ４、分岐部５、サーキュレータ６、第１参照用光ファイバ７、サーキュレータ８、第２参照用光ファイバ９、分岐部１０、合波部１１、第１ビート周波数検出部１２、合波部１３、第２ビート周波数検出部１４及びシフト量変化検出部１５を備える。第１ビート周波数検出部１２、第２ビート周波数検出部１４及びシフト量変化検出部１５は、図２に示した光ファイバ状態測定プログラムをコンピュータにインストールし実現することができる。
　第１参照用光ファイバ７は、被測定光ファイバＭより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長λに対して、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭと異なる、一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１（≠下記のＢＦＳＲ２）を有する。第２参照用光ファイバ９は、被測定光ファイバＭより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長λに対して、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭと異なる、一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ２（≠上記のＢＦＳＲ１）を有する。
　被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態では、ＢＦＳＭであるが、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態では、ＢＦＳＭ’へ変化する。第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１、ＢＦＳＲ２は、第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９を温度調整が可能な恒温槽内に収容することにより一定値に設定してもよく、第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の材質、断面内の屈折率の分布又は種別を異ならせることにより一定値に設定してもよい。
　光源１、分岐部２、パルス化部３及びサーキュレータ４は、被測定光ファイバＭへと、パルス状の測定用試験光を入射する。光源１、分岐部２、分岐部５及びサーキュレータ６は、第１参照用光ファイバ７へと、測定用試験光と同一波長λを有する連続光又はパルス状の第１参照用試験光を入射する。光源１、分岐部２、分岐部５及びサーキュレータ８は、第２参照用光ファイバ９へと、測定用試験光と同一波長λを有する連続光又はパルス状の第２参照用試験光を入射する。第１参照用試験光及び第２参照用試験光として、連続光を入射することにより、高強度なブリルアン散乱光を得ることができる。
　サーキュレータ４及び分岐部１０は、被測定光ファイバＭから、パルス状の測定用ブリルアン散乱光を入力する。サーキュレータ６は、第１参照用光ファイバ７から、連続光又はパルス状の第１参照用ブリルアン散乱光を入力する。サーキュレータ８は、第２参照用光ファイバ９から、連続光又はパルス状の第２参照用ブリルアン散乱光を入力する。第１参照用ブリルアン散乱光及び第２参照用ブリルアン散乱光として、連続光を入力することにより、高精度なブリルアン周波数シフト量を得ることができる。
　合波部１１及び第１ビート周波数検出部１２は、測定用ブリルアン散乱光と第１参照用ブリルアン散乱光とを合波し、測定用ブリルアン散乱光と第１参照用ブリルアン散乱光との間の第１ビート周波数を検出する（ステップＳ１）。測定用ブリルアン散乱光と第１参照用ブリルアン散乱光との間の第１ビート周波数は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態では、ΔＲ１＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ１｜であるが、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態では、ΔＲ１’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ１｜である。
　合波部１３及び第２ビート周波数検出部１４は、測定用ブリルアン散乱光と第２参照用ブリルアン散乱光とを合波し、測定用ブリルアン散乱光と第２参照用ブリルアン散乱光との間の第２ビート周波数を検出する（ステップＳ１）。測定用ブリルアン散乱光と第２参照用ブリルアン散乱光との間の第２ビート周波数は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態では、ΔＲ２＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ２｜であるが、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態では、ΔＲ２’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ２｜である。
　第１ビート周波数検出部１２及び第２ビート周波数検出部１４は、被測定光ファイバＭのある地点に対応する遅延時間で入力した１パルスの測定用ブリルアン散乱光について、１回以上の第１ビート周波数及び第２ビート周波数の検出を可能としてもよい。
　シフト量変化検出部１５は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、第１ビート周波数ΔＲ１、ΔＲ１’及び第２ビート周波数ΔＲ２、ΔＲ２’に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの方向つまり符号を検出する（ステップＳ２）。被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの符号は、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝ｓｇｎ（ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＭ）であり、第１、２実施形態において詳しく説明する。
　このように、広帯域な受光装置を不要としたうえで、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化することができ、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの方向つまり符号を検出することができる。
　シフト量変化検出部１５は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、第１ビート周波数ΔＲ１、ΔＲ１’及び第２ビート周波数ΔＲ２、ΔＲ２’に基づいて、上記定常状態又は上記非印加状態から上記非定常状態又は上記印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの大きさつまり絶対値を検出する（ステップＳ３）。被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの絶対値は、｜ΔＢＦＳ｜＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＭ｜であり、第１、２実施形態において詳しく説明する。
　このように、広帯域な受光装置を不要としたうえで、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化することができ、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの大きさつまり絶対値を検出することができる。
（第１実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例）
　第１実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を図３及び図４に示す。変化前状態Ｓ１１は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態である。変化後状態Ｓ１２～Ｓ１７は、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態である。
　変化前状態Ｓ１１では、ＢＦＳＲ１＜ＢＦＳＭ＜ＢＦＳＲ２が成立する。ＢＦＳＭは、ＢＦＳＲ１とＢＦＳＲ２とのほぼ中央に位置する。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、シフトなしを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝０、ΔＲ１－ΔＲ１’＝０、ΔＲ２－ΔＲ２’＝０が成立する。
　変化後状態Ｓ１２では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１と比べて小さいシフト幅でダウンシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、ダウンシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１－ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ１３では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ２と比べて小さいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２－ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０が成立し、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ１４では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１と比べて大きいシフト幅でダウンシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、ダウンシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ２’－ΔＲ１’も成立する。
　変化後状態Ｓ１５では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ２と比べて大きいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２＋ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０が成立し、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’－ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ１６では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、変化後状態Ｓ１４と比べて大きいシフト幅でダウンシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、ダウンシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１’＜ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ１７では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、変化後状態Ｓ１５と比べて大きいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２＋ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１’＞ΔＲ２’も成立する。
　シフト量変化検出部１５は、既知の情報ΔＲ１、ΔＲ１’、ΔＲ２、ΔＲ２’に基づいて、未知の情報ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）、｜ΔＢＦＳ｜を検出する必要がある。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝ダウンシフトを検出することができるが、｜ΔＢＦＳ｜を検出することはできない（変化後状態Ｓ１２、Ｓ１４を参照）。そこで、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１－ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２を検出することができる（変化後状態Ｓ１２を参照）。一方で、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ２’－ΔＲ１’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２を検出することができる（変化後状態Ｓ１４を参照）。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝アップシフトを検出することができるが、｜ΔＢＦＳ｜を検出することはできない（変化後状態Ｓ１３、Ｓ１５を参照）。そこで、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２－ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ１３を参照）。一方で、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１＋ΔＲ２＝ΔＲ１’－ΔＲ２’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２＋ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ１５を参照）。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）を検出することができない（変化後状態Ｓ１６、Ｓ１７を参照）。そこで、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１’＜ΔＲ２’に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝ダウンシフト、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２’－ΔＲ２を検出することができる（変化後状態Ｓ１６を参照）。一方で、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１’＞ΔＲ２’に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝アップシフト、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２＋ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ１７を参照）。
　なお、シフト量変化検出部１５は、｜ΔＢＦＳ｜として、２種類の検出値のうち、いずれかの検出値を採用してもよく、両方の平均値を採用して精度を向上させてもよい。
（第２実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例）
　第２実施形態の光ファイバ状態測定処理の具体例を図５及び図６に示す。変化前状態Ｓ２１は、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態である。変化後状態Ｓ２２～Ｓ２６は、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態である。
　変化前状態Ｓ２１では、ＢＦＳＭ＜ＢＦＳＲ１＜ＢＦＳＲ２が成立する。ＢＦＳＲ１は、ＢＦＳＭとＢＦＳＲ２とのほぼ中央に位置する。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、シフトなしを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝０、ΔＲ１－ΔＲ１’＝０、ΔＲ２－ΔＲ２’＝０が成立する。
　変化後状態Ｓ２２では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、任意のシフト幅（ΔＲ１、ΔＲ２との大小関係を問わない）でダウンシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、ダウンシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２’－ΔＲ２、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１’＜ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ２３では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１／ΔＲ２と比べて小さい／小さいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１－ΔＲ１’＝ΔＲ２－ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０が成立し、ΔＲ２－ΔＲ１＝ΔＲ２’－ΔＲ１’も成立する。
　変化後状態Ｓ２４では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１／ΔＲ２と比べて大きい／小さいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２－ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０が成立し、ΔＲ２－ΔＲ１＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ２５では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１／ΔＲ２と比べて大きい／大きいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２＋ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０が成立し、ΔＲ２－ΔＲ１＝ΔＲ１’－ΔＲ２’も成立する。
　変化後状態Ｓ２６では、ＢＦＳＭ’は、ＢＦＳＭを起点として、ΔＲ１／ΔＲ２と比べてさらに大きい／さらに大きいシフト幅でアップシフトする。ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）は、アップシフトを示し、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２＋ΔＲ２’、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０が成立し、ΔＲ１’＞ΔＲ２’も成立する。
　シフト量変化検出部１５は、既知の情報ΔＲ１、ΔＲ１’、ΔＲ２、ΔＲ２’に基づいて、未知の情報ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）、｜ΔＢＦＳ｜を検出する必要がある。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＞０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝アップシフトを検出することができるが、｜ΔＢＦＳ｜を検出することはできない（変化後状態Ｓ２３、Ｓ２４を参照）。そこで、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ２－ΔＲ１＝ΔＲ２’－ΔＲ１’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１－ΔＲ１’＝ΔＲ２－ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ２３を参照）。一方で、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ２－ΔＲ１＝ΔＲ１’＋ΔＲ２’に基づいて、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２－ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ２４を参照）。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＞０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝アップシフトを検出することができ、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２＋ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ２５を参照）。
　シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１－ΔＲ１’＜０、ΔＲ２－ΔＲ２’＜０に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）を検出することができない（変化後状態Ｓ２２、Ｓ２６を参照）。そこで、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１’＜ΔＲ２’に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝ダウンシフト、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１’－ΔＲ１＝ΔＲ２’－ΔＲ２を検出することができる（変化後状態Ｓ２２を参照）。一方で、シフト量変化検出部１５は、ΔＲ１’＞ΔＲ２’に基づいて、ｓｇｎ（ΔＢＦＳ）＝アップシフト、｜ΔＢＦＳ｜＝ΔＲ１＋ΔＲ１’＝ΔＲ２＋ΔＲ２’を検出することができる（変化後状態Ｓ２６を参照）。
　なお、シフト量変化検出部１５は、｜ΔＢＦＳ｜として、２種類の検出値のうち、いずれかの検出値を採用してもよく、両方の平均値を採用して精度を向上させてもよい。
（参照用光ファイバのブリルアン周波数シフト量）
　このように、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、２種以上のビート周波数の変化の方向つまり符号（大きさつまり絶対値を問わない）に基づいて、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの方向つまり符号を簡易に検出することができる。
　そして、上記の２種以上のビート周波数の変化の方向つまり符号を用いて確定できなければ、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態での、２種以上のビート周波数の間の大小関係（各周波数の絶対値を問わない）に基づいて、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化ΔＢＦＳの方向つまり符号を確実に確定することができる。
　ここで、上記の２種のビート周波数を適切に検出するために、第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１、ＢＦＳＲ２を、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭに対して、適切に設定する。
　第１、２参照用光ファイバのブリルアン周波数シフト量を図７に示す。第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１、ＢＦＳＲ２は、被測定光ファイバＭの定常状態又は非印加状態のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭと比べて、ブリルアン利得帯域幅ΔＢＧＳ以上離れている。
　図７の上段では、図３、４の第１実施形態において、ＢＦＳＲ１＜ＢＦＳＭ＜ＢＦＳＲ２に設定されたうえで、ΔＲ１＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ１｜＞ΔＢＧＳ、ΔＲ２＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ２｜＞ΔＢＧＳに設定されている。図７の下段では、図５、６の第２実施形態において、ＢＦＳＭ＜ＢＦＳＲ１＜ＢＦＳＲ２に設定されたうえで、ΔＲ１＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ１｜＞ΔＢＧＳ、ΔＲ２＝｜ＢＦＳＭ－ＢＦＳＲ２｜＞２ΔＢＧＳに設定されている。
　このように、いずれのビート周波数についても、ベースバンド周波数に落ちにくくなるため、１００ＭＨｚ又は１０ＭＨｚのオーダーで検出することができる。そして、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化量ΔＢＦＳとして、広範囲のブリルアン周波数シフト量の変化量を検出することができる。
　そして、上記の２種のビート周波数を確実に検出するために、第３参照用光ファイバ（図１に不図示）の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ３を、新たに追加する。
　第３参照用光ファイバのブリルアン周波数シフト量を図８に示す。シフト量変化検出部１５は、非定常状態又は印加状態において、第１ビート周波数ΔＲ１’又は第２ビート周波数ΔＲ２’が明瞭に測定できなければ、被測定光ファイバＭの定常状態又は非印加状態のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＭ並びに第１参照用光ファイバ７及び第２参照用光ファイバ９の一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ１、ＢＦＳＲ２と異なる一定のブリルアン周波数シフト量ＢＦＳＲ３を有する第３参照用光ファイバを利用する。
　図８の上段では、図３、４の第１実施形態において、ΔＲ１’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ１｜＜ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅であるときに、ＢＦＳＲ３＜ＢＦＳＲ１、｜ＢＦＳＲ３－ＢＦＳＲ１｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅としたうえで、ΔＲ３’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ３｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅とすればよい。一方で、図３、４の第１実施形態において、ΔＲ２’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ２｜＜ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅であるときに、ＢＦＳＲ３＞ＢＦＳＲ２、｜ＢＦＳＲ３－ＢＦＳＲ２｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅としたうえで、ΔＲ３’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ３｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅とすればよい。
　図８の下段では、図５、６の第２実施形態において、ΔＲ１’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ１｜＜ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅であるときに、ＢＦＳＲ３＜ＢＦＳＲ１、｜ＢＦＳＲ３－ＢＦＳＲ１｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅としたうえで、ΔＲ３’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ３｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅とすればよい。一方で、図５、６の第２実施形態において、ΔＲ２’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ２｜＜ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅であるときに、ＢＦＳＲ３＞ＢＦＳＲ２、｜ＢＦＳＲ３－ＢＦＳＲ２｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅としたうえで、ΔＲ３’＝｜ＢＦＳＭ’－ＢＦＳＲ３｜＞ブリルアン散乱スペクトルの３ｄＢ帯域幅とすればよい。
　このように、いずれかのビート周波数については、ベースバンド周波数に落ちたとしても、そのビート周波数に代わるビート周波数については、ベースバンド周波数に落ちにくくなるため、１００ＭＨｚ又は１０ＭＨｚのオーダーで検出することができる。そして、温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態から、温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態への、被測定光ファイバＭのブリルアン周波数シフト量の変化量ΔＢＦＳとして、広範囲のブリルアン周波数シフト量の変化量を検出することができる。
　本開示の光ファイバ状態測定装置及び光ファイバ状態測定方法は、被測定光ファイバの温度変化、歪み変化又は振動状態を測定するにあたり、広帯域な受光装置を不要としたうえで、光ファイバ状態測定の装置構成を簡略化することができる。
　一般的には、試験光周波数を順次変更しながら、ブリルアン周波数シフト量の変化を検出するため、特に振動現象のような変化の速い現象を測定することができない。本開示では、ビート周波数をモニタするのみにより、ブリルアン周波数シフト量の変化を検出するため、特に振動現象のような変化の速い現象を測定することができる。
Ｄ：光ファイバ状態測定装置
Ｍ：被測定光ファイバ
１：光源
２：分岐部
３：パルス化部
４：サーキュレータ
５：分岐部
６：サーキュレータ
７：第１参照用光ファイバ
８：サーキュレータ
９：第２参照用光ファイバ
１０：分岐部
１１：合波部
１２：第１ビート周波数検出部
１３：合波部
１４：第２ビート周波数検出部
１５：シフト量変化検出部

Claims (7)

  1. 　被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する光ファイバ状態測定装置であって、
    　前記被測定光ファイバより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長に対して温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の前記被測定光ファイバと異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有し、同一入射波長に対して互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第１参照用光ファイバ及び第２参照用光ファイバと、
    　前記被測定光ファイバへと、パルス状の測定用試験光を入射し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバへと、前記測定用試験光と同一波長を有する連続光又はパルス状の第１参照用試験光及び第２参照用試験光を入射する試験光入射部と、
    　前記被測定光ファイバから、パルス状の測定用ブリルアン散乱光を入力し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバから、連続光又はパルス状の第１参照用ブリルアン散乱光及び第２参照用ブリルアン散乱光を入力する散乱光入力部と、
    　前記測定用ブリルアン散乱光と前記第１参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第１ビート周波数を検出し、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第２参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第２ビート周波数を検出するビート周波数検出部と、
    　前記被測定光ファイバの温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、前記被測定光ファイバの温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を検出するシフト量変化検出部と、
    　を備えることを特徴とする光ファイバ状態測定装置。
  2. 　前記シフト量変化検出部は、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記第１ビート周波数の変化の方向及び前記第２ビート周波数の変化の方向に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を検出する
    　ことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ状態測定装置。
  3. 　前記シフト量変化検出部は、請求項２において確定できなければ、前記非定常状態又は前記印加状態での、前記第１ビート周波数と前記第２ビート周波数との間の大小関係に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向を確定する
    　ことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ状態測定装置。
  4. 　前記シフト量変化検出部は、前記定常状態又は前記非印加状態及び前記非定常状態又は前記印加状態での、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の大きさつまり絶対値を検出する
    　ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ状態測定装置。
  5. 　前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバの互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量は、前記被測定光ファイバの前記定常状態又は前記非印加状態のブリルアン周波数シフト量と比べて、ブリルアン利得帯域幅以上離れている
    　ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の光ファイバ状態測定装置。
  6. 　前記シフト量変化検出部は、前記非定常状態又は前記印加状態において、前記第１ビート周波数又は前記第２ビート周波数が明瞭に測定できなければ、前記被測定光ファイバの前記定常状態又は前記非印加状態のブリルアン周波数シフト量並びに前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバの互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量と異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第３参照用光ファイバを利用する
    　ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の光ファイバ状態測定装置。
  7. 　被測定光ファイバの温度、歪み又は振動を測定する光ファイバ状態測定方法であって、
    　前記被測定光ファイバより長い光ファイバ長を有し、同一入射波長に対して温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態の前記被測定光ファイバと異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有し、同一入射波長に対して互いに異なる一定のブリルアン周波数シフト量を有する第１参照用光ファイバ及び第２参照用光ファイバを利用して、
    　前記被測定光ファイバへと、パルス状の測定用試験光を入射し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバへと、前記測定用試験光と同一波長を有する連続光又はパルス状の第１参照用試験光及び第２参照用試験光を入射する試験光入射ステップと、
    　前記被測定光ファイバから、パルス状の測定用ブリルアン散乱光を入力し、前記第１参照用光ファイバ及び前記第２参照用光ファイバから、連続光又はパルス状の第１参照用ブリルアン散乱光及び第２参照用ブリルアン散乱光を入力する散乱光入力ステップと、
    　前記測定用ブリルアン散乱光と前記第１参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第１ビート周波数を検出し、前記測定用ブリルアン散乱光と前記第２参照用ブリルアン散乱光とを合波しこれらの第２ビート周波数を検出するビート周波数検出ステップと、
    　前記被測定光ファイバの温度の定常状態又は歪み若しくは振動の非印加状態と、前記被測定光ファイバの温度の非定常状態又は歪み若しくは振動の印加状態と、における、前記第１ビート周波数及び前記第２ビート周波数に基づいて、前記定常状態又は前記非印加状態から前記非定常状態又は前記印加状態への、前記被測定光ファイバのブリルアン周波数シフト量の変化の方向つまり符号を検出するシフト量変化検出ステップと、
    　を順に備えることを特徴とする光ファイバ状態測定方法。
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