(57)【要約】      （修正有）【課題】自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いたBOTDRにおいて、検出感度を劣化させることなく、測定範囲を拡大すること。【解決手段】測定信号は第１及び第２測定信号に二分岐され、それぞれ第１及び第２ＢＦＳ算出部１７０，２７０に送られる。局発信号は第１及び第２局発信号に二分岐される。第１局発信号は第１ＢＦＳ算出部に送られ、第２局発信号は、９０度位相シフトを受けた後、第２ＢＦＳ算出部に送られる。第１ＢＦＳ算出部は、第１位相シフト量φ１と、第３位相シフト量φ３を算出する。第２ＢＦＳ算出部は、第２位相シフト量φ２と、第４位相シフト量φ４を算出する。判定部８０は、φ３及びφ４が、３π／２より大きいか否かを判定し、大きい場合はφ３を採用し、それ以外の場合はφ２がπより大きいか否かを判定しφ２が大きい場合はφ２を採用し、それ以外の場合はφ１を採用する。【選択図】図２
2020051941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ光を生成する光源部と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた、ビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する電気信号生成部と、
前記測定信号と前記局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部と
を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部は、第１ブリルアン周波数シフト算出部、第２ブリルアン周波数シフト算出部、判定部及び９０°位相シフト部を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた測定信号は２分岐され、２分岐された一方の第１測定信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、他方の第２測定信号は前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた局発信号は２分岐され、２分岐された一方の第１局発信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られる。他方の第２局発信号は、前記９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記第１ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトと、φ３＝２π−φ１で与えられる第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを取得し、
前記第２ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第２測定信号及び前記第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトと、第２位相シフト量φ２がπ以下であるときは、π−φ２で与えられ、第２位相シフト量φ２がπより大きいときは、３π−φ２で与えられる第４位相シフト量φ４に対応する第４ブリルアン周波数シフトを取得し、
前記判定部は、
第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい否かを判定し、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい場合は、第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを採用し、
第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４のいずれかが３π／２以下の場合は、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフト又は第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを採用し、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを採用し、
第１〜３ブリルアン周波数シフトに基づいてブリルアン周波数シフト波形を合成する
ことを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【請求項２】
プローブ光を生成する光源部と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた、ビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する電気信号生成部と、
前記測定信号と前記局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得するブリルアン周波数シフト取得部と
を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部は、第１ブリルアン周波数シフト算出部、第２ブリルアン周波数シフト算出部、判定部及び９０°位相シフト部を備え、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた測定信号は２分岐され、２分岐された一方の第１測定信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、他方の第２測定信号は前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記ブリルアン周波数シフト取得部に送られた局発信号は２分岐され、２分岐された一方の第１局発信号は前記第１ブリルアン周波数シフト算出部に送られる。他方の第２局発信号は、前記９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、前記第２ブリルアン周波数シフト算出部に送られ、
前記第１ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを取得し、
前記第２ブリルアン周波数シフト算出部は、前記第２測定信号及び前記第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトを取得し、
前記判定部は、
第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトを採用し、  第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを採用し、
第１〜２ブリルアン周波数シフトに基づいてブリルアン周波数シフト波形を合成する
ことを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定装置。
【請求項３】
プローブ光を生成する過程と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝搬する光に遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する過程と、
前記測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する過程と、
前記測定信号と前記局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する過程と
を備え、
前記周波数シフト量を取得する過程は、
前記測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する過程と、
前記局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する過程と、
前記第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトと、φ３＝２π−φ１で与えられる第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを取得する過程と、
前記第２局発信号に９０°の位相シフトを与えた後、前記第２測定信号及び前記第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトと、第２位相シフト量φ２がπ以下であるときは、π−φ２で与えられ、第２位相シフト量φ２がπより大きいときは、３π−φ２で与えられる第４位相シフト量φ４に対応する第４ブリルアン周波数シフトを取得する過程と、
第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい否かを判定し、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい場合は、第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを採用し、
第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４のいずれかが３π／２以下の場合は、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフト又は第３位相シフト量φ３に対応する第３ブリルアン周波数シフトを採用し、
第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを採用する過程と
第１〜３ブリルアン周波数シフトに基づいてブリルアン周波数シフト波形を合成する過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【請求項４】
プローブ光を生成する過程と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝搬する光に遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する過程と、
前記第１電気信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する過程と、
前記測定信号と前記第２電気信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する過程と
を備え、
前記周波数シフト量を取得する過程は、
前記測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する過程と、
前記局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する過程と、
前記第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを取得する過程と、
第２局発信号に９０°の位相シフトを与えた後、前記第２測定信号及び前記第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトを取得する過程と、
第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ブリルアン周波数シフトを採用し、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ブリルアン周波数シフトを採用する過程と
第１〜２ブリルアン周波数シフトに基づいてブリルアン周波数シフト波形を合成する過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み及び温度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブリルアン散乱光を用いた、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とする分布型光ファイバセンシングが盛んに研究されている。特に、散乱光を利用する光ファイバセンシングは、点ごとに計測する電気センサとは異なり、長距離の分布としてのセンシングが可能であるため、被測定対象全体の物理量を計測することができる。
【０００３】
分布型光ファイバセンシングでは、光ファイバの片端から光パルスを入射し、光ファイバ中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が代表的である。光ファイバ中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。この中で自然ブリルアン散乱を測定するものはＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ＯＴＤＲ）と呼ばれる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ブリルアン散乱は、光ファイバに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度周波数シフトした位置に観測され、そのスペクトルはブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｇａｉｎ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と呼ばれる。ＢＧＳの周波数シフト及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｓｈｉｆｔ）及びブリルアン線幅と呼ばれる。ＢＦＳ及びブリルアン線幅は、光ファイバの材質および入射光波長によって異なる。例えば、石英系のシングルモード光ファイバの場合、波長１．５５μｍにおけるＢＦＳの大きさ及びブリルアン線幅は、それぞれ約１１ＧＨｚ及び約３０ＭＨｚとなることが報告されている。また、非特許文献１からシングルモードファイバ中の歪み、温度の変化に伴うＢＦＳの大きさは波長１．５５μｍにおいて、それぞれ０．０４９ＭＨｚ／με、１．０ＭＨｚ／℃である。
【０００５】
このように、ＢＦＳは歪みと温度に対して依存性を持つ。このため、ＢＯＴＤＲは橋梁やトンネルなどに代表される大型建造物や、地滑りが発生する恐れのある箇所などの監視目的で利用可能であり、注目されている。  
【０００６】
ＢＯＴＤＲでは、光ファイバ中で発生する自然ブリルアン散乱光のスペクトル波形を測定するため、別途用意した参照光とのヘテロダイン検波を行うのが一般的である。自然ブリルアン散乱光の強度はレイリー散乱光の強度に比べて２〜３桁小さい。このため、ヘテロダイン検波は最小受光感度を向上させる上でも有用となる。
【０００７】
ここで、自然ブリルアン散乱光は非常に微弱なため、ヘテロダイン検波を適用しても十分な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保できない。その結果、Ｓ／Ｎ改善のための平均化処理が必要となる。ＢＯＴＤＲを行う従来の光ファイバ歪み測定装置では、時間、振幅及び周波数の３次元の情報を取得しているが、平均化処理とこの３次元情報の取得のため、測定時間の短縮が難しい。
【０００８】
これに対し、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する、自然ブリルアン散乱光を用いた、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図７を参照して、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定する、従来の光ファイバ歪み測定装置の基本構成について説明する。図７は、従来の光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【００１０】
光ファイバ歪み測定装置は、光源部１０、サーキュレータ２０、光増幅器３０、光バンドパスフィルタ３２、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１及びタイミング制御器９０を備えて構成される。
【００１１】
光源部１０は、プローブ光を生成する。光源部１０は、連続光を生成する光源１２と、連続光から光パルスを生成する光パルス発生器１４を備えて構成される。
【００１２】
光パルス発生器１４は、タイミング制御器９０で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。この光パルスが、プローブ光として、光源部１０から出力される。
【００１３】
この光源部１０から出力されたプローブ光は、サーキュレータ２０を経て、被測定光ファイバ１００に入射される。
【００１４】
被測定光ファイバ１００からの後方散乱光は、サーキュレータ２０を経て、例えば、光増幅器３０に送られる。光増幅器３０で増幅された後方散乱光は、光バンドパスフィルタ３２に送られる。光バンドパスフィルタ３２は、自然ブリルアン散乱光のみを透過する。この自然ブリルアン散乱光は、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１に送られる。この光バンドパスフィルタ３２から出射される自然ブリルアン散乱光の時刻ｔにおける信号Ｅ０（ｔ）は、以下の式（１）で表される。
【００１５】
【数１】
2020051941.tif 000003
【００１６】
ここで、Ａ０は振幅、ηＢ（ｔ）はブリルアン散乱係数、ｆＢ（ｔ）はブリルアン散乱光の光周波数、φ０は初期位相を示している。なお、ブリルアン散乱係数ηＢ（ｔ）及びブリルアン散乱光の光周波数ｆＢ（ｔ）は、光ファイバ中での局所的な歪みや温度変化により変化するため、時間ｔの関数としている。
【００１７】
自己遅延ヘテロダイン干渉計４１は、分岐部４２、光周波数シフタ部４３、遅延部４８、合波部５０、コヒーレント検波部６０、局発電気信号源８３及びＢＦＳ取得部７０を備えて構成される。
【００１８】
局発電気信号源８３は、周波数ｆＡＯＭの電気信号を生成する。
【００１９】
分岐部４２は、プローブ光により被測定光ファイバ１００で発生する後方ブリルアン散乱光を、光バンドパスフィルタ３２を経て受け取り、第１光路及び第２光路に２分岐する。
【００２０】
光周波数シフタ部４３は、第１光路に設けられている。光周波数シフタ部４３は、局発電気信号源８３で生成された周波数ｆＡＯＭの電気信号を用いて、第１光路を伝播する光に対して、周波数ｆＡＯＭの周波数シフトを与える。また、第２光路に遅延部４８が設けられている。遅延部４８は、第２光路を伝播する光に時間τの遅延を与える。
【００２１】
合波部５０は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。合波部５０に入射される、第１光路を伝播する光信号Ｅ１（ｔ）及び第２光路を伝播する光信号Ｅ２（ｔ−τ）は、それぞれ、以下の式（２）及び（３）で表される。
【００２２】
【数２】
2020051941.tif 000004
【００２３】
ここで、Ａ１及びＡ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ−τ）の振幅であり、φ１及びφ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ−τ）の初期位相である。
【００２４】
コヒーレント検波部６０は、合波光をヘテロダイン検波してビート信号を生成する。コヒーレント検波部６０は、例えば、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）６２、ＦＥＴ増幅器６４及びアナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）６６を備えて構成される。ヘテロダイン検波により与えられるビート信号Ｉ１２は、以下の式（４）で表される。
【００２５】
【数３】
2020051941.tif 000005
【００２６】
コヒーレント検波部６０で生成されたビート信号Ｉ１２は測定信号としてＢＦＳ取得部７０に送られる。また、局発電気信号源８３で生成された電気信号は局発信号としてＢＦＳ取得部７０に送られる。ＢＦＳ取得部７０は、ミキサ７２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７４及びＢＦＳ算出手段７６を備えて構成されている。
【００２７】
ミキサ７２は、測定信号と、局発信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。局発電気信号源８３で生成された電気信号ＩＡＯＭを以下の式（５）で表す。
【００２８】
【数４】
2020051941.tif 000006
【００２９】
ミキサ７２で生成されたホモダイン信号は、上式（４）及び式（５）を乗算して得られる、以下の式（６）で表される。
【００３０】
【数５】
2020051941.tif 000007
【００３１】
上式（６）中の和周波成分をＬＰＦ７４で除去すると、以下の式（７）で表される信号が得られる。
【００３２】
【数６】
2020051941.tif 000008
【００３３】
上式（７）のφ1−φ2−φＡＯＭと、遅延時間τは一定であるため、ブリルアン周波数ｆＢ（ｔ）の変化のみが出力強度の差として出力される。
【００３４】
ブリルアン周波数ｆＢ（ｔ）は、光源１２の発振周波数の揺らぎと被測定光ファイバ１００の歪みの２つの要因によって変化する。しかし、光源１２として周波数安定化狭線幅光源を用いることで、被測定光ファイバ１００の歪みによる影響が支配的となる。
【００３５】
図８（Ａ）及び（Ｂ）は、ブリルアンシフトとビート信号の位相変化を示す模式図である。図８（Ａ）は、横軸に時間ｔを取って示し、縦軸に周波数を取って示している。また、図８（Ｂ）は、横軸に時間ｔを取って示し、縦軸に、電圧を取って示している。
【００３６】
この横軸の時間は、ブリルアン散乱が起こった場所を示している。すなわち、プローブ光が出射された時間に対して、時間ｔ経過後に後方ブリルアン散乱光が入射された場合、被測定光ファイバ内の光の伝播速度をｖとすると、被測定光ファイバの入射端からｖｔ／２の位置で後方ブリルアン散乱が生じたことになる。
【００３７】
図８（Ａ）及び（Ｂ）では、時刻ｔ１からｔ２までの時間Ｔに対応する区間において、周波数シフトが生じた例を示している。このとき、自己遅延ヘテロダイン干渉計で遅延時間τが与えられているため、位相変化はｔ１からｔ１＋τまでの間に変化し、時刻ｔ２からｔ２＋τまでの間に元の状態に戻る。すなわち、光ファイバ歪み測定装置で位相差を測定するには、Ｔ≧τの関係を満たす必要があり、測定可能な時間分解能（すなわち、空間分解能）がτによって定まる。
【００３８】
一方、特許文献１に記載の技術では、上式（７）から分かるように、位相シフト量を検出するため、検出範囲は０〜πで与えられる。また、位相シフト量からＢＦＳへの変換は遅延時間τに依存する。このように、測定可能な周波数範囲（検出範囲）もτの大きさで定まる。
【００３９】
すなわち、τが大きくなると、検出範囲が小さくなるが、空間分解能は大きくなる。一方、τが小さくなると、空間分解能は小さくなるが、検出範囲が大きくなる。このように、遅延時間と検出範囲の間にトレードオフの関係がある。
【００４０】
図９は、遅延時間と測定可能周波数の関係を示す図である。ここでは、位相変化の最小検出感度をπ／１０００、最大値をπとしている。遅延時間τを１ｎｓとすると、周波数測定範囲は１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚとなる。１ｎｓの遅延時間τは２０ｃｍの空間分解能に対応し、１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの検出範囲は０．００２〜１％の光ファイバの歪みに相当する。これらの値は、光ファイバの歪み測定として、十分な空間分解能及び測定精度を満足している。
【００４１】
この特許文献１に開示されている光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法によれば、自己遅延ヘテロダイン型のＢＯＴＤＲ（ＳＤＨ−ＢＯＴＤＲ：Ｓｅｌｆ−Ｄｅｌａｙｅｄ  Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ  ＢＯＴＤＲ）の技術を用いて、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する。このＳＤＨ−ＢＯＴＤＲでは、周波数掃引を必要としないため、３次元の情報の取得が必要な従来技術に比べて、測定時間が短縮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４２】
【特許文献１】特開２０１６−１９１６５９号公報
【非特許文献】
【００４３】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｉｂｅｒ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ”，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｃｏｍｍｕｎ．，  ｖｏｌ．Ｅ７６−Ｂ，  ｎｏ．４，  ｐｐ．３８２−３９０  （１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４４】
ここで、上述の従来例では、ＬＰＦ７４の出力強度とＢＦＳの間には、図１０に示す関係がある。図１０は、ＬＰＦ７４の出力強度とＢＦＳの関係を示す図である。図１０では、横軸にＢＦＳ［単位：ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に、ＬＰＦの出力強度を規格化した任意単位（ａ．ｕ．）で取って示している。図１０からも分かるように、位相シフト量πに対応する、５００ＭＨｚのＢＦＳにおいて、ＬＰＦ７４の出力強度の振る舞いが反転する。すなわち、ＬＰＦ７４の出力強度は、ＢＦＳが５００ＭＨｚにおいて線対称となる。このため、実際には６００ＭＨｚのＢＦＳが加えられたとしても、測定結果は４００ＭＨｚと算出されてしまう。
【００４５】
一方、上述のように、遅延時間τと測定可能な周波数（位相シフト量）の間にはトレードオフの関係がある。このため、測定可能な周波数の上限を高く、すなわち、測定範囲を拡大すると、検出可能な最小周波数も高くなってしまい、検出感度が劣化する。
【００４６】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、自己遅延ヘテロダイン干渉計を用いたＢＯＴＤＲにおいて、検出感度を劣化させることなく、測定範囲を拡大する、光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバ歪み及び温度測定装置は、光源部と、分岐部と、光周波数シフタ部と、遅延部と、合波部と、コヒーレント検波部と、電気信号生成部と、ブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ）取得部とを備えて構成される。
【００４８】
光源部は、プローブ光を生成する。分岐部は、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。光周波数シフタ部は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられていて、ビート周波数の周波数シフトを与える。遅延部は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられている。合波部は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。コヒーレント検波部は、合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する。電気信号生成部は、測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する。ＢＦＳ取得部は、測定信号と局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する。
【００４９】
ＢＦＳ取得部は、第１ＢＦＳ算出部、第２ＢＦＳ算出部、判定部及び９０°位相シフト部を備えて構成される。
【００５０】
ＢＦＳ取得部に送られた測定信号は２分岐され、２分岐された一方の第１測定信号は第１ＢＦＳ算出部に送られ、他方の第２測定信号は第２ＢＦＳ算出部に送られる。
【００５１】
ＢＦＳ取得部に送られた局発信号は２分岐され、２分岐された一方の第１局発信号は第１ＢＦＳ算出部に送られる。他方の第２局発信号は、９０°位相シフト部で９０°の位相シフトを受けた後、第２ＢＦＳ算出部に送られる。
【００５２】
第１ＢＦＳ算出部は、第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳと、φ３＝２π−φ１で与えられる第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを取得する。
【００５３】
第２ＢＦＳ算出部は、第２測定信号及び第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳと、第２位相シフト量φ２がπ以下であるときは、π−φ２で与えられ、第２位相シフト量φ２がπより大きいときは、３π−φ２で与えられる第４位相シフト量φ４に対応する第４ＢＦＳを取得する。
【００５４】
判定部は、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい否かを判定する。判定の結果、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい場合は、第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを採用する。
【００５５】
一方、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４のいずれかが３π／２以下の場合は、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定する。判定の結果、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳ又は第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを採用する。一方、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを採用する。さらに、第１〜３ＢＦＳに基づいてＢＦＳ波形を合成する。
【００５６】
上述した光ファイバ歪み及び温度測定装置の他の実施形態によれば、第１ＢＦＳ算出部は、第１測定信号及び第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを取得し、第２ＢＦＳ算出部は、第２測定信号及び第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳを取得する。
【００５７】
判定部は、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳを採用し、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを採用し、第１〜２ＢＦＳに基づいてＢＦＳ波形を合成する。
【００５８】
この発明の光ファイバ歪み及び温度測定方法は、以下の過程を備えて構成される。先ず、プローブ光を生成する。次に、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。次に、第１光路及び第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える。また、第１光路及び第２光路のいずれか一方を伝搬する光に遅延を与える。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をヘテロダイン検波して差周波を測定信号として出力する。次に、測定信号と同じ周波数を持つ局発信号を生成する。次に、測定信号と局発信号とをホモダイン検波して、周波数シフト量を取得する。
【００５９】
周波数シフト量を取得する過程は、さらに、以下の過程を備えて構成される。まず、測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する。また、局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する。
【００６０】
次に、第１測定信号及び第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳと、φ３＝２π−φ１で与えられる第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを取得する。また、第２局発信号に９０°の位相シフトを与えた後、第２測定信号及び第２局発信号に基づいて、第２ＢＦＳと第４ＢＦＳを取得する。第２ＢＦＳは、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する。第４ＢＦＳは、第４位相シフト量φ４に対応する。第４位相シフト量φ４は、第２位相シフト量φ２がπ以下であるときは、π−φ２で与えられ、第２位相シフト量φ２がπより大きいときは、３π−φ２で与えられる。
【００６１】
次に、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい否かを判定し、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きい場合は、第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを採用する。
【００６２】
一方、第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４のいずれかが３π／２以下の場合は、さらに、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定する。第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳ又は第３位相シフト量φ３に対応する第３ＢＦＳを採用し、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを採用する。その後、第１〜３ＢＦＳに基づいてＢＦＳ波形を合成する。
【００６３】
上述した光ファイバ歪み及び温度測定方法の他の実施形態によれば、周波数シフト量を取得する過程は、以下の過程を備える。
【００６４】
先ず、測定信号を、第１測定信号と第２測定信号に２分岐する。また、局発信号を、第１局発信号と第２局発信号に２分岐する。
【００６５】
次に、第１測定信号及び前記第１局発信号に基づいて、０〜πの範囲の位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを取得する。また、第２局発信号に９０°の位相シフトを与えた後、第２測定信号及び第２局発信号に基づいて、π／２〜３π／２の範囲の第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳを取得する。
【００６６】
次に、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否かを判定し、第２位相シフト量φ２がπ以上である場合は、第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳを採用し、第２位相シフト量φ２がπより小さい場合は、第１位相シフト量φ１に対応する第１ＢＦＳを採用する。その後、第１〜２ＢＦＳに基づいてＢＦＳ波形を合成する。
【発明の効果】
【００６７】
この発明の光ファイバ歪み及び温度測定装置並びに光ファイバ歪み及び温度測定方法によれば、従来技術に比べて、測定範囲を１．５〜２倍に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】測定装置の構成例を示す模式的なブロック図である。
【図２】測定装置が備えるＢＦＳ取得部の模式的なブロック図である。
【図３】第１ＬＰＦ及び第２ＬＰＦの出力強度とＢＦＳの関係を示す図である。
【図４】判定部の処理フローを示す図（１）である。
【図５】第１〜第４ＢＦＳのＢＦＳ波形の一例を示す図である。
【図６】判定部の処理フローを示す図（２）である。
【図７】従来の光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【図８】ブリルアンシフトとビート信号の位相変化を示す模式図である。
【図９】遅延時間と測定可能周波数の関係を示す図である。
【図１０】ＬＰＦの出力強度とＢＦＳの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。
【００７０】
(構成例)
図１及び図２を参照して、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置を説明する。図１は、この発明の、光ファイバ歪み及び温度測定装置（以下、単に測定装置とも称する。）の構成例を示す模式的なブロック図である。また、図２は、測定装置が備えるＢＦＳ取得部の模式的なブロック図である。
【００７１】
測定装置は、光源部１０、サーキュレータ２０、光増幅器３０、光バンドパスフィルタ３２、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１及びタイミング制御器９０を備えて構成される。
【００７２】
光源部１０は、プローブ光を生成する。光源部１０は、連続光を生成する光源１２と、連続光から光パルスを生成する光パルス発生器１４を備えて構成される。
【００７３】
ここで、この測定装置は、周波数変化に応じた位相差を測定する。このため、光源１２の周波数揺らぎ及び周波数スペクトル線幅（以下、単に線幅とも称する。）は、ブリルアンシフトよりも十分に小さくなければならない。そこで、光源１２として周波数安定化狭線幅光源が用いられる。例えば、測定対象となる光ファイバ（以下、被測定光ファイバとも称する。）１００の歪みを０．００８％としたとき、ブリルアンシフトは４ＭＨｚに相当する。このため、０．００８％程度の歪みを測定するには、光源１２の周波数揺らぎ及び線幅は４ＭＨｚより十分に小さく、数１０ｋＨｚ以下であることが望ましい。なお、周波数揺らぎ及び線幅が１０ｋＨｚ程度若しくはそれ以下の狭線幅レーザが、既製品として一般に入手可能である。
【００７４】
光パルス発生器１４は、任意好適な従来周知の、音響光学（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器又は電気光学（ＥＯ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器を用いて構成される。光パルス発生器１４は、タイミング制御器９０で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。この光パルスの繰り返し周期は、被測定光ファイバ１００を光パルスが往復するのに要する時間よりも長く設定される。この光パルスが、プローブ光として、光源部１０から出力される。
【００７５】
この光源部１０から出力されたプローブ光は、サーキュレータ２０を経て、被測定光ファイバ１００に入射される。なお、サーキュレータ２０に換えて、光カプラを用いても良い。
【００７６】
被測定光ファイバ１００からの後方散乱光は、サーキュレータ２０を経て、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などで構成される光増幅器３０に送られる。光増幅器３０で増幅された後方散乱光は、光バンドパスフィルタ３２に送られる。光バンドパスフィルタ３２は、１０ＧＨｚ程度の透過帯域を有しており、自然ブリルアン散乱光のみを透過する。この自然ブリルアン散乱光は、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１に送られる。この光バンドパスフィルタ３２から出射される自然ブリルアン散乱光の時刻ｔにおける信号Ｅ０（ｔ）は、上式（１）で表される。
【００７７】
ここで、Ａ０は振幅、ηＢ（ｔ）はブリルアン散乱係数、ｆＢ（ｔ）はブリルアン散乱光の光周波数、φ０は初期位相を示している。なお、ブリルアン散乱係数ηＢ（ｔ）及びブリルアン散乱光の光周波数ｆＢ（ｔ）は、光ファイバ中での局所的な歪みや温度変化により変化するため、時間ｔの関数としている。
【００７８】
自己遅延ヘテロダイン干渉計４１は、分岐部４２、光周波数シフタ部４３、遅延部４８、合波部５０、コヒーレント検波部６０、電気信号生成部としての局発電気信号源８３及びＢＦＳ取得部７１を備えて構成される。
【００７９】
局発電気信号源８３は、周波数ｆＡＯＭの電気信号を生成する。
【００８０】
分岐部４２は、プローブ光により被測定光ファイバ１００で発生する後方ブリルアン散乱光を、光バンドパスフィルタ３２を経て受け取り、第１光路及び第２光路に２分岐する。
【００８１】
光周波数シフタ部４３は、この構成例では、第１光路に設けられている。光周波数シフタ部４３は、局発電気信号源８３で生成された周波数ｆＡＯＭの電気信号を用いて、第１光路を伝播する光に対して、周波数ｆＡＯＭの周波数シフトを与える。
【００８２】
また、この構成例では、第２光路に遅延部４８が設けられている。遅延部４８は、第２光路を伝播する光に時間τの遅延を与える。
【００８３】
合波部５０は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。合波部５０に入射される、第１光路を伝播する光信号Ｅ１（ｔ）及び第２光路を伝播する光信号Ｅ２（ｔ−τ）は、それぞれ、上式（２）及び（３）で表される。
【００８４】
コヒーレント検波部６０は、合波光をヘテロダイン検波してビート信号を生成する。コヒーレント検波部６０は、例えば、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）６２、ＦＥＴ増幅器６４及びＡ／Ｄ６６を備えて構成される。ヘテロダイン検波により与えられるビート信号Ｉ１２は、上式（４）で表される。
【００８５】
コヒーレント検波部６０で生成されたビート信号Ｉ１２は、測定信号としてＢＦＳ取得部７１に送られる。また、局発電気信号源８３で生成された電気信号は局発信号としてＢＦＳ取得部７１に送られる。
【００８６】
ＢＦＳ取得部７１は、第１ＢＦＳ算出部１７０、第２ＢＦＳ算出部２７０、判定部８０及び９０°位相シフト部７８を備えて構成されている。
【００８７】
ＢＦＳ取得部７１に送られた測定信号は２分岐される。２分岐された一方の第１測定信号は第１ＢＦＳ算出部１７０に送られる。他方の第２測定信号は第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。
【００８８】
また、ＢＦＳ取得部７１に送られた局発信号は２分岐される。２分岐された一方の第１局発信号は第１ＢＦＳ算出部１７０に送られる。他方の第２局発信号は、９０°位相シフト部７８で９０°の位相シフトを受けた後、第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。局発信号がｃｏｓ波である場合、第１局発信号はｃｏｓ波として第１ＢＦＳ算出部１７０に送られ、第２局発信号はｓｉｎ波として第２ＢＦＳ算出部２７０に送られる。
【００８９】
第１ＢＦＳ算出部１７０は、第１ミキサ１７２、第１ＬＰＦ１７４及び第１ＢＦＳ算出手段１７６を備えて構成されている。同様に、第２ＢＦＳ算出部２７０は、第２ミキサ２７２、第２ＬＰＦ２７４及び第２ＢＦＳ算出手段２７６を備えて構成されている。
【００９０】
第１ミキサ１７２は、第１測定信号と第１局発信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。局発電気信号源８３で生成された局発信号ＩＡＯＭを上式（５）で表す。
【００９１】
第１ミキサ１７２で生成されたホモダイン信号は、上式（４）及び式（５）を乗算して得られる、上式（６）で表される。
【００９２】
上式（６）中の和周波成分を第１ＬＰＦ１７４で除去すると、上式（７）で表される信号が得られる。
【００９３】
第２ミキサ２７２及び第２ＬＰＦ２７４についても、第１局発信号がｃｏｓ波である場合に、第２局発信号がｓｉｎ波であることを除けば、第１ミキサ１７２及び第１ＬＰＦ１７４と同様に動作するので、説明を省略する。
【００９４】
第１ＢＦＳ算出手段１７６は、第１ＬＰＦ１７４の出力強度から、２つのＢＦＳを取得する。また、第２ＢＦＳ算出手段２７６は、第２ＬＰＦ２７４の出力強度から、２つのＢＦＳを取得する。この例では、測定装置の周波数測定範囲を１〜１０００［ＭＨｚ］とする。この周波数測定範囲は０〜２πの位相シフト量に対応する。例えば、２５０［ＭＨｚ］、５００［ＭＨｚ］、７５０［ＭＨｚ］及び１０００［ＭＨｚ］の周波数は、それぞれ、π／２、π、３π／２及び２πに対応する。
【００９５】
第１ＬＰＦ１７４及び第２ＬＰＦ２７４の出力強度とＢＦＳの間には、図３に示す関係がある。図３は、第１ＬＰＦ１７４及び第２ＬＰＦ２７４の出力強度とＢＦＳの関係を示す図である。図３（Ａ）は、第１ＬＰＦ１７４の出力強度とＢＦＳの関係を示す図であって、横軸にＢＦＳ［単位：ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に、第１ＬＰＦ１７４の出力強度を規格化した任意単位（ａ．ｕ．）で取って示している。また、図３（Ｂ）は、第２ＬＰＦ２７４の出力強度とＢＦＳの関係を示す図であって、横軸にＢＦＳ［単位：ＭＨｚ］を取って示し、縦軸に、第２ＬＰＦ２７４の出力強度を規格化した任意単位（ａ．ｕ．）で取って示している。
【００９６】
第１ＢＦＳ算出手段１７６は、０以上π以下の範囲内の第１位相シフト量φ１に対応する、第１ＢＦＳを算出する。次に、第１ＢＦＳ算出手段１７６は、第３位相シフト量φ３（＝２π−φ１）に対応する第３ＢＦＳを算出する。
【００９７】
第２ＢＦＳ算出手段２７６は、π／２以上３π／２以下の範囲で、第２位相シフト量φ２に対応する第２ＢＦＳを取得する。次に、第２ＢＦＳ算出手段２７６は、第２位相シフト量がπ以下であるときは、第４位相シフト量φ４（＝π−φ２）に対応する第４ＢＦＳを取得する。一方、第２ＢＦＳ算出手段２７６は、第２位相シフト量φ２がπより大きいときは、第４位相シフト量φ４（＝３π−φ２）に対応する第４ＢＦＳを取得する。
【００９８】
第１〜第４ＢＦＳは、判定部８０に送られる。図４を参照して判定部８０の処理を説明する。図４は、判定部８０の処理フローを示す図である。判定部８０は、例えば、以下説明する処理を実行させるソフトウェアが搭載された、市販のパーソナルコンピュータを用いて構成することができる。
【００９９】
ステップ（以下、ステップをＳで示す。）１０２において、判定部８０は、第１ＢＦＳ算出部１７０及び第２ＢＦＳ算出部２７０から第１〜４ＢＦＳを取得する。
【０１００】
次に、判定部８０は、Ｓ１１２において、第３ＢＦＳに対応する第３位相シフト量φ３と第４ＢＦＳに対応する第４位相シフト量φ４が、ともに３π／２より大きいか否か、この例では、第３ＢＦＳ及び第４ＢＦＳが７５０ＭＨｚより大きいか否かを判定する。第３ＢＦＳと第４ＢＦＳが、ともに７５０ＭＨｚより大きい場合（Ｙｅｓ）は、Ｓ１１４において第３ＢＦＳをＢＦＳとして採用する。
【０１０１】
第３位相シフト量φ３と第４位相シフト量φ４のいずれかが３π／２以下、この例では、第３ＢＦＳ及び第４ＢＦＳが７５０ＭＨｚ以下である場合（Ｎｏ）は、続いて、Ｓ１２２において、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否か、この例では第２ＢＦＳが５００ＭＨｚより大きいか否かを判定する。第２ＢＦＳが５００ＭＨｚより大きい場合は、Ｓ１２４において第２ＢＦＳをＢＦＳとして採用する。一方、第２ＢＦＳが５００ＭＨｚ以下の場合は、Ｓ１２６において第１ＢＦＳをＢＦＳとして採用する。なお、Ｓ１２４においては、第３ＢＦＳをＢＦＳとして採用してもよい。
【０１０２】
その後、Ｓ１３０において、Ｓ１１４、Ｓ１２４及びＳ１２６で採用された第１〜第３ＢＦＳから、ＢＦＳ波形を合成する。ＢＦＳ波形を取得した後は、従来公知の方法で、歪み又は温度を取得する。
【０１０３】
従来の測定装置では、１つのＢＦＳ算出部から得られた１つの値をＢＦＳとしている。このため、従来の測定装置の測定範囲は、位相シフト０〜πに対応する１〜５００ＭＨｚである。これに対し、この測定装置では、第１及び第２ＢＦＳ算出部から得られた４つの値からＢＦＳを得ている。この結果、この測定装置の測定範囲は、位相シフト０〜２πに対応する１〜１０００ＭＨｚとなり、従来の測定装置の２倍になる。
【０１０４】
図５を参照して、光ファイバ１００のある位置で１０００ＭＨｚのＢＦＳが生じた場合の例を説明する。図５は、第１〜第４ＢＦＳのＢＦＳ波形の一例を示す図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ、第１〜第４ＢＦＳのＢＦＳ波形を実線で示している。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、横軸に光ファイバの位置［ｍ］を取って示し、縦軸にＢＦＳの大きさ［ＭＨｚ］を取って示している。また、図５（Ａ）〜（Ｄ）では、合成されるＢＦＳ波形を点線で示している。
【０１０５】
生じたＢＦＳの値が５００ＭＨｚに達するまで、Ｓ１１２、Ｓ１２２及びＳ１２６の過程により第１ＢＦＳが採用される。生じたＢＦＳが５００ＭＨｚを超えると、７５０ＭＨｚに達するまで、Ｓ１１２、Ｓ１２２及びＳ１２４の過程により第２ＢＦＳが採用される。さらに、生じたＢＦＳが７５０ＭＨｚを超えると、Ｓ１１２及びＳ１１４の過程により第３ＢＦＳが採用される。生じたＢＦＳが１０００ＭＨｚから小さくなる場合は、７５０ＭＨｚに達するまで、Ｓ１１２及びＳ１１４の過程により第３ＢＦＳが採用され、７５０ＭＨｚ以下になると、Ｓ１１２、Ｓ１２２及びＳ１２４の過程により第２ＢＦＳが採用され、さらに、５００ＭＨｚを下回るとＳ１１２、Ｓ１２２及びＳ１２６の過程により第１ＢＦＳが採用される。
【０１０６】
（他の構成例）
上述の測定装置では、第１ＢＦＳ算出部１７０及び第２ＢＦＳ算出部２７０がそれぞれ２つのＢＦＳを算出している。これに対し、他の構成例の測定装置では、第１ＢＦＳ算出部１７０が１つのＢＦＳ、すなわち、第１ＢＦＳのみを取得し、第２ＢＦＳ算出部２７０が１つのＢＦＳ、すなわち、第２ＢＦＳのみを取得する。
【０１０７】
第１〜第２ＢＦＳは、判定部８０に送られる。図６を参照して判定部８０の処理を説明する。図６は、判定部の処理フローを示す図である。
【０１０８】
Ｓ１０２において、判定部８０は、第１ＢＦＳ算出部１７０及び第２ＢＦＳ算出部２７０から第１〜２ＢＦＳを取得する。
【０１０９】
次に、判定部８０は、Ｓ１２２において、第２位相シフト量φ２がπより大きいか否か、この例では第２ＢＦＳが５００ＭＨｚより大きいか否かを判定する。第２ＢＦＳが５００ＭＨｚより大きい場合は、Ｓ１２４において第２ＢＦＳをＢＦＳとして採用する。
【０１１０】
一方、第２ＢＦＳがπ以下の場合は、Ｓ１２６において第１ＢＦＳをＢＦＳとして採用する。なお、Ｓ１２４においては、第３ＢＦＳをＢＦＳとして採用してもよい。
【０１１１】
その後、Ｓ１３１において、Ｓ１２２及びＳ１２４で採用された第１〜第２ＢＦＳから、ＢＦＳ波形を合成する。
【０１１２】
第１測定装置と同様に、第１ＢＦＳは、０〜πの範囲内の値であり、第２ＢＦＳはπ／２〜３π／２の範囲内の値である。第１ＢＦＳ及び第２ＢＦＳの両者を用いるため、この構成例では、測定範囲は、従来技術の１．５倍の０〜３π／２になる。
【０１１３】
この構成例では、測定範囲は、図４を参照して説明した処理での測定範囲より狭いが、従来技術の測定範囲より広い。また、図４を参照して説明した処理に比べて、第１ＢＦＳ算出部及び第２ＢＦＳ算出部から出力されるＢＦＳの数が半分である。さらに、判定部における判定回数が、図４を参照して説明した処理の２回に比べて１回になる。これらの点からＢＦＳ取得部における負荷が、図４を参照して説明した処理より軽くなる。
【符号の説明】
【０１１４】
１０    光源部
２０    サーキュレータ
３０    光増幅器
３２    光バンドパスフィルタ
４１    自己遅延ヘテロダイン干渉計
４２    分岐部
４３    光周波数シフタ部
４８    遅延部
５０    合波部
６０    コヒーレント検波部
６２    バランス型ＰＤ
６４    ＦＥＴ増幅器
６６    Ａ／Ｄ
７０、７１    ＢＦＳ取得部
７２、１７２、２７２    ミキサ
７４、１７４、２７４    ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７６、１７６、２７６    ＢＦＳ算出手段
７８    ９０°位相シフト部
８０    判定部
８３    局発電気信号源
９０    タイミング制御器
１７０，２７０    ＢＦＳ算出部
【図１】
2020051941.tif 000009
【図２】
2020051941.tif 000010
【図３】
2020051941.tif 000011
【図４】
2020051941.tif 000012
【図５】
2020051941.tif 000013
【図６】
2020051941.tif 000014
【図７】
2020051941.tif 000015
【図８】
2020051941.tif 000016
【図９】
2020051941.tif 000017
【図１０】
2020051941.tif 000018