(57)【要約】      （修正有）【課題】光線路内の反射位置を高精度に測定し、該当位置に発生するひずみや温度変化を計測する。【解決手段】光線路監視装置であって、被監視光線路内の１または複数の所定の位置を算出及び発生するひずみや温度変化を測定する光線路監視装置であって、波長選択半導体レーザと、その出力光を伝搬する第一、第二、第三の光線路と、第一の光線路の伝搬光を、被監視光線路と第二の光線路とに分波し、被監視光線路の伝搬光を第一、第三の光線路に分波する光分波器と、第一の光線路と被監視光線路と、これらを結ぶ光路内に配置された偏波制御器と、第ニの光線路の伝搬光用受光器と、電気信号の周波数スペクトラム測定用電気スペクトラムアナライザと、第三の光線路の伝搬光の周波数スペクトラム測定用光スペクトラムアナライザとから構成され、被監視光線路の前記１または複数の所定の位置に、所定の間隔で周期的な屈折率変化が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被監視光線路内の１または複数の所定の位置を算出し、かつ前記１または複数の所定の位置において発生するひずみや温度変化を測定する光線路監視装置であって、
任意の発振波長を選択可能な半導体レーザと、
前記半導体レーザの出力光を伝搬する第一の光線路と、
第二の光線路と、
第三の光線路と、
前記第一の光線路の伝搬光を、前記被監視光線路と前記第二の光線路とに分波し、前記被監視光線路の伝搬光を前記第一の光線路と前記第三の光線路に分波する光分波器と、
前記第一の光線路と前記被監視光線路と、これらを結ぶ光路内の任意の位置に設けられた偏波制御器と、
前記第ニの光線路の伝搬光を電気信号に変換する受光器と、
前記電気信号の周波数スペクトラムを出力する電気スペクトラムアナライザと、
前記第三の光線路の伝搬光の周波数スペクトラムを出力する光スペクトラムアナライザと
から構成され、前記被監視光線路の前記１または複数の所定の位置のそれぞれに、所定の間隔で周期的な屈折率変化が形成されていることを特徴とする光線路監視装置。
【請求項２】
前記屈折率変化が、ファイバブラッググレーティング(ＦＢＧ)で与えられることを特徴とする請求項１に記載の光線路監視装置。
【請求項３】
被監視光線路内のｈ個の所定の位置を算出し、かつ前記ｈ個の所定の位置において発生するひずみや温度変化を測定する被監視光線路の監視方法であって、
前記被監視光線路の前記ｈ個の所定の位置のそれぞれに、所定の間隔Δｉ（１≦ｉ≦ｈ）で周期的な屈折率変化を形成するステップと、
任意の発振波長を選択可能な半導体レーザから、前記被監視光線路内に、波長λｉの入力光を入力するステップであって、前記波長λｉはλｉ＝２ｎｅｆｆ・Δｉを満たす（ｎｅｆｆは前記被監視光線路の実行屈折率）ステップと、
前記半導体レーザと、ｉ番目の前記ｈ個の所定の位置との間に形成される共振器の共振スペクトルの周波数間隔Δｆｉを測定し、Δｆｉと共振器長Ｌｉの関係
【数１】
2014009962.tif 000006
からｉ番目の前記ｈ個の所定の位置を算出するステップと、
ｉ番目の前記ｈ個の所定の位置からの反射スペクトルの帯域幅Δλｉを測定し、Δλｉの変化からｉ番目の前記ｈ個の所定の位置における周囲の応力変化および／または温度変化を算出するステップと
を含むことを特徴とする被監視光線路の監視方法。
【請求項４】
前記屈折率変化が、ファイバブラッググレーティング(ＦＢＧ)で与えられることを特徴とする請求項３に記載の被監視光線路の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線路監視装置に関し、特に、光ファイバによって構成される光線路内に存在する破断位置、光線路周辺のひずみ、および温度変化を監視する光線路監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、光線路内に発生する損失や破断点を検出するために、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）が使用されてきた（特許文献1）。特許文献1に開示されている方式は、光パルスを光線路内に出力し、破断点や接続点で発生する反射戻り光強度と伝搬時間を計測し反射位置を観測する方式である。
【０００３】
従来の汎用的なパルス式ＯＴＤＲの概略を図７に示す。パルス式ＯＴＤＲ１００から出力された出力光パルスは、被監視光線路２００内を伝播し、反射点Ｐ１およびＰ２において反射された後、後方へ伝播し、ＯＴＤＲ１００に戻り光として入射する。ＯＴＤＲ１００と反射点Ｐ１、およびＯＴＤＲ１００と反射点Ｐ２の間の距離は、ＯＴＤＲ１００から出力光パルスが出力されＯＴＤＲ１００に戻り光として入射するまでの時間と、被監視光線路２００の実行屈折率とから計算される。
【０００４】
この様な光パルス方式（図７）では、空間分解能はパルス幅や後方散乱光の影響度に依存し、光線路内に複数の反射点が存在し、これらの反射点とパルス源との距離差が小さい場合は、高精度に反射位置を識別することが困難である。反射位置を高精度に測定するために、反射点間に存在する共振モードの周波数スペクトルを計測し、それから反射点間距離を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１７４６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光線路内の共振周波数スペクトルから反射位置を高精度に測定するとともに、反射位置が既知である光線路において、その周波数スペクトルから該当位置に発生するひずみや温度変化を計測する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の光線路監視装置は、被監視光線路内の１または複数の所定の位置を算出し、かつ１または複数の所定の位置において発生するひずみや温度変化を測定する光線路監視装置であって、任意の発振波長を選択可能な半導体レーザと、半導体レーザの出力光を伝搬する第一の光線路と、第二の光線路と、第三の光線路と、第一の光線路の伝搬光を、被監視光線路と第二の光線路とに分波し、被監視光線路の伝搬光を第一の光線路と第三の光線路に分波する光分波器と、第一の光線路と被監視光線路と、これらを結ぶ光路内の任意の位置に設けられた偏波制御器と、第ニの光線路の伝搬光を電気信号に変換する受光器と、電気信号の周波数スペクトラムを出力する電気スペクトラムアナライザと、第三の光線路の伝搬光の周波数スペクトラムを出力する光スペクトラムアナライザとから構成され、被監視光線路の１または複数の所定の位置のそれぞれに、所定の間隔で周期的な屈折率変化が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の光線路監視装置は、光線路内の共振周波数スペクトルから反射位置を高精度に測定するとともに、反射位置が既知である光線路において、その周波数スペクトルから該当位置に発生するひずみや温度変化を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる光路線監視装置の構成図である。
【図２】ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）の原理を示す図である。
【図３】ブラッグ波長とグレーティング周期の関係を示すグラフである。
【図４】ＦＢＧ反射帯域幅と屈折率変化の関係を示すグラフである。
【図５】被監視光線路のグレーティング構成例を示す図である。
【図６】ＦＢＧ反射スペクトルの例を示すグラフである。
【図７】従来の光線路監視装置であるパルス型ＯＴＤＲの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施例］
図１に、本発明の本実施例にかかる光線路監視装置を示す。本発明の光線路監視装置は、任意の発振波長を選択可能な半導体レーザ１、偏波制御器２、光分波器３、受光器５、電気スペクトルアナライザ（ＥＳＡ）６、光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）７、およびファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ１、ＦＢＧ２）８、９から構成される。本実施例では、半導体レーザとして波長可変半導体レーザダイオード（ＴＬＤ）１を、光分波器として光カップラ３を、受光器としてPIN-フォトダイオード（ＰＤ）５を用いた。光部品間は、シングルモードファイバで接続し、電気部品間は、同軸線路で接続する。光カップラ３は１：１の入出力分波比を有し、ｐｏｒｔ１は偏波制御器２、ｐｏｒｔ２はＯＳＡ７、ｐｏｒｔ３はＰＤ５、ｐｏｒｔ４は被監視光線路４に各々接続されている。ファイバブラッググレーティング８、９は、被監視光線路４の所定の位置に形成されている。
【００１１】
被監視光線路内の所定の位置に発生するひずみや温度変化を測定する原理を説明する。被監視光線路は、決められた間隔で周期的な屈折率変化が形成されているファイバとする。本実施例では、屈折率変化が、ファイバブラッググレーティング(ＦＢＧ)で与えられる場合を説明する。図２に、ＦＢＧの原理を示す。グレーティングの周期をΔ、ファイバの実効屈折率をｎｅｆｆ、グレーティング長をＬｇとする。ＦＢＧは、入射光に対して、Δに比例したブラッグ波長と呼ばれる特定の波長のみを反射する性質をもつ。ブラッグ波長λｂは、一般的に、式１.１で表わされる。図３は、λｂとΔの関係を示すグラフである（ｎｅｆｆ＝１．４５）。
【００１２】
【数１】
2014009962.tif 000003
【００１３】
ＦＢＧ反射スペクトルの帯域幅Δλｂは、ファイバコア屈折率からの増加量ΔｎとＬｇに依存する。Δλ ｂは、一般的に、式１.２で表わされる（ｎ： ファイバコア屈折率、α：伝搬光割合係数）。
【００１４】
図４は、ΔλｂとΔｎの関係を示す（Ｌｇ＝３．５, λｂ＝１．５５, ｎｅｆｆ＝１．４５, α＝１．０）。
【００１５】
【数２】
2014009962.tif 000004
【００１６】
Δ、Ｌｇ、Δｎは、グレーティング周囲の応力や温度に応じて変化する。すなわち、Δに依存するλｂ、および、Δ、Ｌｇ、Δｎに依存するΔλｂはグレーティング周囲の応力や温度に応じて変化する。λｂのシフト量やΔλｂの変化を解析することにより、グレーティング周囲の歪みや温度変化を計測することができる。
【００１７】
図５は、被監視光線路のグレーティング構成例を示す。被監視光線路上には、予め決められた位置に、決められたグレーティング周期のＦＢＧが複数形成されている。図５に示す例では、ＴＬＤとＦＢＧ間の距離をそれぞれ、Ｌ１、Ｌ２、グレーティング周期をΔ１、Δ２とし、ＴＬＤは、各ブラッグ波長λｂ１、λｂ２で選択的に発振可能とする。また、ファイバの歪みや温度変化とΔλ bの関係は既知であるとする。ＴＬＤの発振波長をλｂ１とすると、位置Ｌ１からのＦＢＧ反射光スペクトルがＯＳＡで観測される。図６に、ＦＢＧ反射光スペクトルの例を示す。ＦＢＧ反射スペクトル変化を解析することで、位置Ｌ１周辺の歪みや温度変化を計測できる。位置Ｌ２に対しては、ＴＬＤの発振波長をλｂ２とすれば、同様に計測可能である。
【００１８】
尚、ＦＢＧとＴＬＤ反射端の間には共振器が形成され、共振スペクトルをＥＳＡで観測することができる。そのスペクトルの周波数間隔から、共振器長、すなわちＦＢＧとＴＬＤ反射端の間の長さを算出することができる。関係式は、一般的に式１.３で表わされる。（Δｆ：共振スペクトルの周波数間隔、Ｌ：共振器長、ｎｅｆｆ：被監視光線路の実効屈折率、ｃ：真空中の光速度）
【００１９】
【数３】
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【００２０】
共振スペクトル強度は、偏波制御器によって調整する。
【符号の説明】
【００２１】
１  波長可変半導体レーザ
２  偏波制御器
３  光カップラ
４、２００  被監視光線路
５  PIN-フォトダイオード
６  電気スペクトルアナライザ
７  光スペクトルアナライザ
８、９  ファイバブラッググレーティング
１００  パルス型OTDR
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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