(57)【要約】【課題】  光ファイバセンサシステムにおいて、支配的な雑音となるレイリー後方散乱光の影響を除去し、光ファイバセンサからの信号を高精度で測定可能とした伝送システムを提供する。【解決手段】  コヒーレント光源から出力された信号光について、位相スクランブルおよびパルス化を行い、送出光パルスを一端が受光部に接続された光サーキュレータと、伝送路光ファイバ経由で光ファイバセンサに出力する。光ファイバセンサは、入力された送出光パルスに対し、検知加重に応じた信号光パルスを出力する。伝送路光ファイバ上で送出光パルスから発生するレイリー後方散乱光は位相スクランブルされているため、信号光パルスとレイリー後方散乱光とのビート雑音の可干渉性は劣化する。したがって、受光部に入力する信号光パルスのレイリー後方散乱光に対する信号対雑音比を改善することが可能となる。【選択図】  図１
2006208279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に対し検知外力に応じた信号を出力する光センサへの入力信号と、該光センサからの出力信号とを伝送する伝送システムであって、
入力光に対し高速の位相変調を加えた変調光を出力する位相変調器と、
入力した該変調光をパルス化し、前記光センサに入力される送出光パルスを出力する光ゲートスイッチと、
一端から入力した該送出光パルスを他端に伝送し、前記光センサから出力された信号であって該他端から入力した信号光パルスを該一端に伝送する伝送路光ファイバと、
第１乃至第３の入出力端を有し、前記光ゲートスイッチから該第１の入出力端に入力した前記送出光パルスを該第２の入出力端から前記伝送路光ファイバの一端に出力し、前記伝送路光ファイバの一端から該第２の入出力端に入力した前記信号光パルスを該第３の入出力端から出力する光サーキュレータと、
を備えることを特徴とする伝送システム。
【請求項２】
入力信号に対し検知外力に応じた信号を出力する光センサへの入力信号と、該光センサからの出力信号とを伝送する伝送システムであって、
入力光に対し高速の位相変調を加えた変調光を出力する位相変調器と、
入力した該変調光をパルス化し、前記光センサに入力される送出光パルスを出力する第１の光ゲートスイッチと、
前記送出光パルスを増幅するための励起光を出力する励起光源と、
入力した前記励起光を前記送出光パルスと同一のパルス幅およびパルス間隔となるようパルス化し、該送出光パルスを増幅する励起光パルスを出力する第２の光ゲートスイッチと、
入力した前記送出光パルスと前記励起光パルスとを合波し出力する光合分波器と、
一端から入力した前記送出光パルスと励起光パルスとの合波光を他端に伝送し、前記光センサから出力された信号であって該他端から入力した信号光パルスを該一端に伝送する伝送路光ファイバと、
第１乃至第３の入出力端を有し、前記光合分波器から該第１の入出力端に入力した前記送出光パルスと励起光パルスとの合波光を前記伝送路光ファイバの一端へ該第２の入出力端から出力し、前記伝送路光ファイバの一端から該第２の入出力端に入力した前記信号光パルスを該第３の入出力端から出力する光サーキュレータと、
を備えることを特徴とする伝送システム。
【請求項３】
請求項２記載の伝送システムであって、
前記第２の光ゲートスイッチは前記伝送路光ファイバの波長分散の影響に応じて、該伝送路光ファイバを伝播する前記送出光パルスと前記励起光パルスの互いのパルスが該伝送路光ファイバ経路上の所定の位置で重なるよう該励起光パルスを出力することを特徴とする伝送システム。
【請求項４】
請求項２記載の伝送システムであって、
前記第２の光ゲートスイッチは前記伝送路光ファイバの波長分散の影響に応じて、該伝送路光ファイバを伝播する前記送出光パルスと前記励起光パルスとの互いのパルスが該伝送路光ファイバ経路上で重ならないように該励起光パルスを出力し、
さらに、前記伝送路光ファイバの経路上の所定の位置に、入力された該送出光パルスと該励起光パルスとの互いのパルスを重複させて出力する分散補償デバイスを備えることを特徴とする伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は歪み、温度、変位、圧力などの物理量を検出する光ファイバセンサにおいて、光源から出力される送出光に対して発生するレイリー後方散乱光による雑音を除去する光ファイバセンサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバセンサは、電磁誘導に対する信頼性が高く、低損失な光伝送であるため長距離かつ大規模な多点計測が可能であり、地震観測には光ファイバを用いた加速度センサが、構造物の監視には光ファイバを用いた歪みセンサが利用されている。
【０００３】
現在、実用化されている光ファイバセンサとしては、図７に示すような光ファイバの微小な曲げ損失であるマイクロベンド・ロスなどを利用する強度検出型センサや、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）のブラッグ反射波長シフトなどを利用する波長検出型センサがある。また、図８に示すようなマイケルソン干渉やサニャック干渉などを利用する位相検出型センサなどがある。
【０００４】
しかし、光源から出力された送出光とセンサから出力された信号光とが同一の光ファイバ中を往復伝送するような光ファイバセンサシステムにおいては、送出光の進行方向とは反対方向に発生するレイリー後方散乱光と、信号光とが重なってしまい、信号光が正確に検出出来ないといった問題がある。この現象は、伝送距離が長くなるほどレイリー後方散乱光が蓄積して信号光とレイリー後方散乱光とのレベル差が小さくなり、レイリー後方散乱光が支配的雑音となって信号光の検出精度が劣化していく。
【０００５】
これに対し、レイリー後方散乱光による雑音を抑制する技術として、センサ部直前に光サーキュレータを設け、光源から光サーキュレータまでを往路伝送部、光サーキュレータから受光部までを復路伝送部とし、往路伝送部を伝播する送出光によって発生したレイリー後方散乱光が復路伝送部に入り込まないようにした光センサシステムがある（例えば特許文献１参照）。これにより、復路伝送部を伝播する信号光にレイリー後方散乱光が重なることはなくなるため、信号光を正確に検出することが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特願２００３−１３２２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されている光センサシステムにおいては、センサ部の直前に光サーキュレータを設ける必要があった。そのため、各センサが光源および受光部から遠く離れたところに位置する場合、例えば長距離伝送センサシステムにおいては、往路伝送部と復路伝送部とは非常に長さが長いものとなり、システムを形成するには大量の光ファイバが必要となる。
【０００８】
また、特許文献１の第４の実施の形態に記載のシステムでは、伝送部について往路と復路の区分けをしていないので、光ファイバの量は必要以上には増えることはない。しかし、光センサから出力された信号光をポンプ光源で増幅する際に、送出光と信号光とが同一伝送部を伝播するため、送出光から発生するレイリー後方散乱光も増幅することとなってしまい、第１の実施の形態に比べると信号光の信号対雑音比が低下していた。
【０００９】
以上のようにこれまでの技術では、レイリー後方散乱光により雑音の影響を減らそうとすると、必要な光ファイバの量が多くなり、光ファイバの量を必要最低限にしようとすると、信号体雑音費が低下するといった悪循環に陥っていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、入力信号に対し検知外力に応じた信号を出力する光センサの入出力信号を伝送する伝送システムであって、入力光に対し高速の位相変調を加えた変調光を出力する位相変調器と、入力した変調光をパルス化し、光センサに入力される送出光パルスを出力する光ゲートスイッチと、一端から入力した送出光パルスを他端に伝送し、光センサから出力された信号であって他端から入力した信号光パルスを一端に伝送する伝送路光ファイバと、第１乃至第３の入出力端を有し、光ゲートスイッチから第１の入出力端に入力した送出光パルスを第２の入出力端から出力し、伝送路光ファイバの他端から第２の入出力端に入力した信号光パルスを第３の入出力端から出力する光サーキュレータとを備える伝送システムを提供するものである。
【００１１】
また本発明は、入力信号に対し検知外力に応じた信号を出力する光センサの入出力信号を伝送する伝送システムであって、入力光に対し高速の位相変調を加えた変調光を出力する位相変調器と、入力した変調光をパルス化し、光センサに入力される送出光パルスを出力する第１の光ゲートスイッチと、送出光パルスを増幅するための励起光を出力する励起光源と、入力した励起光を送出光パルスと同一のパルス幅およびパルス間隔となるようパルス化し、送出光パルスを増幅する励起光パルスを出力する第２の光ゲートスイッチと、入力した送出光パルスと励起光パルスとを合波し出力する光合分波器と、一端から入力した送出光パルスと励起光パルスとの合波光を他端に伝送し、光センサから出力された信号であって他端から入力した信号光パルスを一端に伝送する伝送路光ファイバと、第１乃至第３の入出力端を有し、光合分波器から第１の入出力端に入力した送出光パルスと励起光パルスとの合波光を第２の入出力端から出力し、伝送路光ファイバの他端から第２の入出力端に入力した信号光パルスを第３の入出力端から出力する光サーキュレータとを備える伝送システムを提供するものである。
【００１２】
また本発明は上記解決手段において、第２の光ゲートスイッチは伝送路光ファイバの波長分散の影響に応じて、伝送路光ファイバを伝播する送出光パルスと励起光パルスの互いのパルスが伝送路光ファイバ経路上の所定の位置で重なるよう励起光パルスを出力する伝送システムを提供するものである。
【００１３】
また本発明は上記解決手段において、第２の光ゲートスイッチは伝送路光ファイバの波長分散の影響に応じて、伝送路光ファイバを伝播する送出光パルスと励起光パルスとの互いのパルスが伝送路光ファイバ経路上で重ならないように励起光パルスを出力し、さらに、伝送路光ファイバの経路上の所定の位置に、入力された送出光パルスと励起光パルスとの互いのパルスを重複させて出力する分散補償デバイスを備える伝送システムを提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
実施例１によれば、コヒーレント光源を用い、往路と復路の伝送路を共用した長距離伝送光ファイバセンサシステムにおいて、光センサから出力される信号光の可干渉性を維持しつつ、信号光とレイリー後方散乱光とのビート雑音の可干渉性のみを劣化させることが出来る。したがって、レイリー後方散乱光に対する信号対雑音比を改善することができ、長距離伝送においても光センサからの信号光を高い精度で検出することが可能となる。
【００１５】
実施例２によれば、多重化数の多い時分割多重構成において、消光比による雑音が無視できないような場合や、長距離・高多重化システムのため送出光パワーが不足しているような場合に、励起光源から出力されるラマンアンプ用の励起光を送出光と同じ波形でパルス化することにより、ラマンアンプによる信号光増幅及び消光比の改善効果が得られ、長距離かつ高多重の光ファイバセンサシステムを構築する場合に非常に有効となる。
【００１６】
実施例３によれば、長距離・高多重システムのためレイリー散乱雑音が支配的である場合、さらには、送出光パワーが不足しているような場合に、ラマンアンプ用励起光源からの励起光について送出光パルスとは波形が重ならないようパルス化することにより、伝送路光ファイバの波長分散によって伝送路の途中からラマンアンプが有効となり、送出光が増幅され、レイリー散乱に対するＳＮＲが改善する。したがって、長距離かつ高多重の光ファイバセンサシステムを構築する場合に非常に有効である。
【００１７】
実施例４によれば、実施例３と同様に、送出光の増幅およびレイリー散乱に対するＳＮＲが改善するので、長距離かつ高多重の光ファイバセンサシステムを構築する場合に非常に有効である。また、光伝送路光ファイバの経路上に分散補償デバイスを配置するので、伝送路上の任意の位置でラマンアンプを機能させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の構成および機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１９】
本発明における光ファイバセンサシステムの構成を図１により説明する。１１はファイバレーザやDFB-LD（Distributed FeedBack Laser Diode）などのコヒーレント光源であり、所定波長の連続光（以下、送出光と呼ぶ）を出力する。１２はＬＮ変調器（LiNbO3）などの位相変調器であり、光ファイバ１６ｂを介してコヒーレント光源１１から入力した送出光に対し、高速な位相変調を加え、変調光を出力する。１３は位相変調器１２に高速な変調信号を出力する信号発生器、１４１は光ファイバ１６ｃを介して位相変調器１２から入力した変調光について、時分割多重（ＴＤＭ：Time Division Multiplexing）を行うために変調光をパルス化し、パルス光（以下、送出光パルスと呼ぶ）を出力する光ゲートスイッチである。１５は光ファイバ１６ｄ、伝送路光ファイバ１６ａ、光ファイバ１６ｅと接続された光サーキュレータであり、光ファイバ１６ｄからの光は伝送路光ファイバ１６ａに出力し、伝送路光ファイバ１６ａからの光は光ファイバ１６ｅに出力する。１７１は伝送路光ファイバ１６ａ、遅延光ファイバ１６ｆ、光ファイバ１６ｇと接続された光カプラであり、伝送路光ファイバ１６ａからから入力された光は所定の分岐比で分波して遅延光ファイバ１６ｆと光ファイバ１６ｇに出力し、遅延光ファイバ１６ｆと光ファイバ１６ｇから入力された光は合波して伝送路光ファイバ１６ａに出力する。１７２、１７３も光カプラ１７１と同様の機能を備えた光カプラであり、接続されている光ファイバとの間で入力された光に対し分波、合波をし、出力する。１８１、１８２、１８３は光ファイバ１６ｇ、１６ｈ、１６ｉと接続された光センサａ、ｂ、ｃであり、入力された送出光パルスに対し、検知した物理量（歪み・温度・変位・圧力など）に応じた信号光パルスを出力する。
【００２０】
なお、図１においては光センサの数は３となっているが、これに限定されず、図示のセンサ以降にもさらに複数のセンサを接続することも出来るし、伝送路光ファイバ１６ａに直接光センサａ１８１を接続し、センサ数を１つとすることも出来る。また、遅延光ファイバは各光センサから出力された信号光パルスが時分割多重となるよう適した長さとなっている。１９は光ファイバ１６ｅに接続され、ＰＤ（Photo Diode）からなる受光部であり、伝送路光ファイバ１６ａおよび光サーキュレータ１５を介して入力された各センサからの信号光パルスをもとに、各センサが検知した物理量を算出する。
【００２１】
次に動作について説明する。コヒーレント光源１１から出力された所定波長の連続光（以下、送出光）は位相変調器１２に入力し、信号発生器１３からの変調信号により高速位相変調（以下、位相スクランブルと呼ぶ）される。そして光ゲートスイッチ１４１に出力され、ここで時分割多重を行うためにパルス化される。パルス光（以下、送出光パルス）は光サーキュレータ１５、伝送路光ファイバ１６ａを伝播後、光カプラ１７１に入力し、予め設定されている分岐比で分波され、一方は光センサａ１８１に、他方は遅延光ファイバ１６ｆ経由で光カプラ１７２に入力する。光カプラ１７２に入力した送出光パルスは光カプラ１７１における場合と同様にさらに分波され、一方は光センサｂ１８２に、他方は光カプラ１７３に入力する。各光センサでは入力した送出光パルスに対し、検知した物理量に応じた信号光パルスを出力する。そして出力された信号光パルスは送出光パルスとは逆の経路で光カプラに入力し、ここで遅延光ファイバから入力した別の信号光パルスと合波される。合波した信号光パルスは光カプラに入力する毎に他の信号光パルスと合波し、その後は伝送路光ファイバ１６ａ、光サーキュレータ１５を経由して受光部１９に入力する。受光部１９では時分割多重となった各信号光パルスをもとに、各光センサで検知された物理量が検出される。
【００２２】
ここで送出光パルスから発生するレイリー後方散乱光に注目する。従来のシステムでは送出光パルスには進行方向とは反対向きにレイリー後方散乱光が発生するため、伝送路において光センサから出力された信号光にレイリー後方散乱光が重なり、信号光を検出する際の雑音となってしまう。しかし、本実施例では送出光パルスの作成過程で、予め位相変調器１２により位相スクランブルさせているため、送出光パルスから発生するレイリー後方散乱光も位相スクランブルされたものとなる。そのため擬似的に線幅は広がることとなり、信号光パルスとレイリー後方散乱光とのビート雑音の可干渉性を劣化させることが出来る。したがって、レイリー後方散乱光に対する信号対雑音比（ＳＮＲ：Optical Signal-to Noise Ratio）を改善することが可能となる。
【００２３】
ここで、コヒーレント光源１１から出力された送出光に加わる位相スクランブルの角振動数がωm、振幅がφmの場合、連続光の電界ベクトルＥは次式で表される。
【００２４】
【数１】
2006208279.tif 000003
【００２５】
これは、νm＝ωmφm/（２π）＝ｆmφmの周波数変調を加えた場合に等しいので、送出光の電界ベクトルＥはさらに次式で表される。
【００２６】
【数２】
2006208279.tif 000004
【００２７】
したがって、伝送路全体から発生するレイリー後方散乱光に対しては、擬似的に線幅がνm＝ｆmφmまで広がったようになり、レイリー後方散乱光の信号光パルスに対する可干渉性が劣化する。一般的なＬＮ変調器では線幅φmはπ[rad]程度しか振ることが出来ないので、fmを大きく設定（fm＞１ＧＨz）することによって、線幅を数ＧＨzまで広げることが出来る。
【００２８】
なお、光センサに位相検出型センサを用いた場合においても、干渉アームの時間差が十分に小さいため、送出光に位相スクランブルを加えても光センサから出力される干渉信号光の可干渉性は劣化させずに、信号対雑音比を改善させることが出来る。
【実施例２】
【００２９】
次に実施例２のシステム構成について図２より説明する。コヒーレント光源１１、位相変調器１２、信号発生器１３、光ゲートスイッチ１４１、光サーキュレータ１５、伝送路光ファイバ１６ａ、光カプラ１７１、光センサａ１８１、受光部１９は実施例１と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。２１はコヒーレント光源から出力される送出光より約１００ｎｍ短波長の励起光を出力するラマンアンプ用の励起光源である。例えば、コヒーレント光源１１から出力される送出光の波長が１５５０nmの場合には、励起光の波長は１４５０nmとなる。この誘導ラマン散乱を利用したラマンアンプは、通常のＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）と併用して中継器間隔を延長するために光通信でよく使用されている手法であり、励起光と同一方向に進んでいる光信号は励起光によって増幅される。１４２は励起光源２１から光ファイバ２３ａを介して入力した励起光をパルス化（以下、励起光パルスと呼ぶ）する光ゲートスイッチであり、光ゲートスイッチ１４１と同様の機能を有している。なお、光ゲートスイッチ１４２と光ゲートスイッチ１４１に連動した動作が可能となっている。２２は光合分波器であり、光ゲートスイッチ１４１から光ファイバ２３ｂを介して入力する送出光パルスと、光ゲートスイッチ１４２から光ファイバ２３ｃを介して入力する励起光パルスとを合波して、光ファイバ２３ｄ経由で光サーキュレータ１５に出力する。光サーキュレータ１５から先の構成は実施例１と同様となっており、伝送路光ファイバ１６ａに時分割多重となっている複数の光センサが設けられている。
【００３０】
次に、動作について説明する。コヒーレント光源１１から出力された所定波長の連続光は信号発生器１３からの変調信号により位相変調器１２で位相スクランブルされ、光ゲートスイッチ１４１でパルス化され、送出光パルスとなる。また、励起光源２１から出力された励起光は光ゲート１４２でパルス化され、励起光パルスとなる。そして、送出光パルスと励起光パルスとは光合分波器２２で合波され、光伝送路光ファイバ１６ａに出力される。そして、以降は実施例１と同様に伝播し、受光部１９には各センサで検知された物理量に応じた信号光パルスが入力される。
【００３１】
ここで、光号分波器２２で合波される送出光パルスと励起光パルスに注目する。光ゲートスイッチ１４１から出力される送出光パルスは光ファイバセンサでの使用を前提としているため、光通信で使用される光信号とは異なり、パルス波形は常に一定となっている。これに対し、光ゲートスイッチ１４２から出力される励起光パルスは、光ゲートスイッチ１４２が光ゲートスイッチ１４１と連動して動作可能なため、送出光と同一のパルス波形で出力され、光号分波器２２で合波される送出光パルスと励起光パルスとは波形が重なり合う。そのため、励起光パルスによって動作するラマンアンプは、送出光パルスの凹凸に合わせＯＮ、ＯＦＦとなり、必要な光（送出光パルス）についてのみ増幅を行い、結果的にラマンアンプゲイン分だけ信号光の消光比を改善することが出来る。
【００３２】
図３は本実施例の光ファイバセンサシステムにおいて、光サーキュレータ１５上、伝送路光ファイバ１６ａ上、光カプラ１７１上における送出光パルスおよび励起光パルスのレベルダイヤを表したものである。同図に示すように送出光パルスの波形に対し励起光パルスの波形が一致するため、送出光についてのみ増幅が行われる。
【００３３】
ここで、励起光パワーをＰP、伝送距離をＬとしたときのラマンゲインは次式で与えられる。
【００３４】
【数３】
2006208279.tif 000005
【００３５】
各係数は、
ｇR＝6.7ｅ−14[ｍ/Ｗ]：ラマンゲイン定数
Ａeff＝50[μｍ2]：ファイバコアの断面積
Ｋ＝2：偏光定数
αP＝6.9ｅ−5[Ｎｐ/ｍ]：励起光の伝送損失
を表している。なお、各係数に関しては、一般的な分散シフトファイバ（ITU勧告G.653）の値を示してある。
【００３６】
図４は上式により伝送路光ファイバ長が５０kmにおけるラマンアンプゲインの計算値を示したものである。同図に示すように５０km伝送において励起光のパワーを５００mWとするラマンアンプを行うと、約２０dBのラマンゲインが得られる。したがって光ゲートスイッチの消光比が３０dBであり、２０dBのラマンゲインが得られる場合には、伝送後には消光比５０dBまで改善される。光センサを時分割多重とする場合には、センサ間のクロストーク量は送出光の消光比に比例するので、本実施例の伝送方式を採用することにより、クロストークの高い多重システムを構築出来る。
【００３７】
なお、光伝送路ファイバ１６ａの波長分散が大きい場合には、送出光パルスと励起光パルスとの伝送速度に差が生じるので、励起光パルスのパルス幅を若干広めに設定するのが望ましい。例えば、送出光と励起光との波長差が約１００nmの時に、波長分散５ps/nm/kmのノンゼロ分散シフトファイバ（NZ−DSF：Non Zero Dispersion Shifted Fiber）を使用すると、光伝送路ファイバの長さ１０kmに対して、
５[ps/nm/km]×１００[nm]×１０[km]＝５[ns]
のように５nsの伝送時間差が生じる。したがって、あらかじめ励起光パルスのパルス幅を５nsだけ長く設定しておけば、光伝送路ファイバ１６ａの末端部においても送出光パルスと励起光パルスとは重なったままとなるので、ラマンアンプが有効に機能する。
【００３８】
また、光伝送路ファイバ１６ａに分散フラットファイバ（DFF：Dispersion Flat Fiber）や分散マネージメントファイバ（DMF：Dispersion Management Fiber）を用いれば、送出光パルスと励起光パルスとの伝播速度は同じになるため、送出光と励起光とは全く同じパルス波形でよく、その場合には送出光と励起光とを合波する光合分波器の後の位置に、送出光と励起光とを同時にパルス化する光ゲートスイッチを１台設ければよい。
【００３９】
また、ラマンアンプは伝送直後の励起パワーが大きい領域ほどラマンゲインが大きいので、光伝送路ファイバ１６ａ末端で送出光と励起光とのパルスのずれが問題にならないような場合や、光伝送路ファイバ１６ａが短くて波長分散によるパルスのずれが生じないような場合においては、DFFやDMF等の特殊な光ファイバではなく通常の光ファイバを使用し、かつ送出光と励起光のパルス波形を一致させてよい。そのため、光ゲートスイッチは光合分波器の後の位置に１台設けるのみで構わない。
【００４０】
なお、上述した分散フラットファイバとは、波長分散の波長依存性が微小（波長分散の波長特性がフラット）であるファイバであり、このファイバを伝播する場合には送出光と励起光との伝播速度は等しくなる。また分散マネージメントファイバとは、光ファイバの長手方向に存在する正の区間と負の区間の波長分散について、累積波長分散が微小になるよう設計されたものである。このため、通常の光ファイバとは異なり、伝送距離に比例して波長分散が大きくなるといった現象は発生しない。
【実施例３】
【００４１】
次に実施例３について説明する。図５は本実施例のシステム構成を示したものであり、同図に示すようにシステム構成は実施例２と同様となっているので、詳細な説明は省略する。
【００４２】
次に動作について説明する。コヒーレント光源１１から出力された所定波長の連続光は信号発生器１３からの変調信号により位相変調器１２で位相スクランブルされ、光ゲートスイッチ１４１でパルス化され、送出光パルスとなる。また、励起光源２１から出力された励起光は光ゲート１４２でパルス化され、励起光パルスとなる。そして、送出光パルスと励起光パルスとは光合分波器２２で合波され、光伝送路光ファイバ１６ａに出力される。以降は実施例２と同様に伝送し、受光部１９には各センサで検知された物理量に応じた信号光が入力される。
【００４３】
ここで送出光パルスの波形と励起光パルスの波形について注目する。実施例２では互いの波形が重なるように光ゲートスイッチでパルス化されていたが、本実施例では伝送路光ファイバ１６ａの波長分散量が考慮され、互いの波形が重ならないように予め凸部がずらされた状態でそれぞれの光ゲートスイッチから出力される。そして送出光パルスおよび励起光パルスが伝送するにつれて、伝送路光ファイバの波長分散によりそれぞれのパルスの凸部が接近し、重なるようになった地点よりラマンアンプが機能し始める。この様子の例を送出光パルスと励起光パルスのレベルダイヤで示すと図５の通りとなる。光サーキュレータ近辺では互いのパルスが重なっていないため、ラマンアンプは機能していないが、伝送路光ファイバの中程になると互いのパルスが重なりラマンアンプが機能し始める。
【００４４】
往復共通伝送でのレイリー散乱雑音に対するＯＳＮＲを改善するためにラマンアンプが有効であるのは、文献１で示してある通りだが、本実施例では送路の手前付近で発生したパワー値が大きいレイリー後方散乱光に対してはラマンアンプが機能せず、伝伝送路末端付近のレイリー後方散乱光のパワー値が小さくなった地点でラマンアンプが機能し始めるので、送出光パルスだけにラマンアンプが機能しているような効果が得られる。この結果、連続光の励起光を使ったラマンアンプ伝送よりもさらにレイリー後方散乱光に対するＯＳＮＲを改善することが出来る。
【００４５】
なお、通常のシングルモード光ファイバ（SMF：Single Mode Fiber、ITU−T勧告G.６５２）の波長成分は１５５０nmで約１７ps/nm/km、分散補償ファイバ（DCF：Dispersion Compensating Fiber）の波長成分は１５５０nmで約−１００ps/nm/kmである。したがって、送出光および励起光のパルス幅が５０nsecで、信号光と励起光とのパルス位置をパルス１個分（５０nsec）ずらしたとき、５０nsecの時間差を補償出来るファイバ長は、ラマンアンプの励起光と信号光との波長差は約１００nmなので、SMFで３０km、DCFで５kmとなる。
【実施例４】
【００４６】
次に実施例４のシステム構成について図６より説明する。コヒーレント光源１１、位相変調器１２、信号発生器１３、光ゲートスイッチ１４１、１４２、光サーキュレータ１５、光カプラ１７１、光センサａ１８１、受光部１９は実施例１と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。４１は伝送路光ファイバ１６ａおよび１６ｊの間に設けられ、送出光と励起光とのパルス時間差を補償するための分散補償デバイスである。主な分散補償デバイスとしては、チャープＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）を用いたファイバブラッググレーティング型、石英導波路にマッハツェンダ干渉計を配置した平面光波回路型などがある。
【００４７】
次に動作について説明する。実施例３と同様にコヒーレント光源１１から出力された送出光と励起光源から出力された励起光は、互いに重ならないようにパルス化された後に合波され、伝送路光ファイバ１６ａを伝播する。そして分散補償デバイス３１に入力した両パルスは、ずれがなくなり重なった状態で伝送路光ファイバ１６ｊに出力される。送出光パルスと励起光パルスとが重なった状態ではラマンアンプが機能するので、伝送路光ファイバ１６ｊ上から送出光パルスは増幅され、レイリー後方散乱光による信号対雑音比が改善する。
【００４８】
なお本発明における各実施例においては長距離伝送を前提とした構成について説明をしているが、伝送距離が１km未満の短距離伝送においても、システム全体の雑音レベルが非常に低く、レイリー後方散乱光が支配的雑音となるシステムにおいては、本発明は有効に機能する。
【００４９】
また、時分割多重の構成だけでなく、波長分割多重（WDM：Wavelength Division Multiplexing）、空間分割多重（SDM：Spatial Division Multiplexing）、周波数分割多重（FDM：Frequency Division Multiplexing）など他の多重化方式と併用する構成においても、本発明は有効に機能する。
【００５０】
また、各実施例において用いられている光サーキュレータの替わりに光カプラを用いた場合でも同様の効果を得ることが出来る。ただし、その場合には光カプラの挿入損失や多重反射の影響を考慮し、適切な位置に光アイソレータを挿入するのが望ましい。
【００５１】
また、各実施例に対しＥＤＦＡやブースターアンプ、プリアンプ等の増幅方法を併用しても、同様の効果を得ることが出来る。
【００５２】
また、各実施例においては光カプラを用いた分岐型の多重形態について説明しているが、ＦＢＧや誘電多層膜を利用したインライン型のセンサを用いて無分岐の多重形態を構成する場合においても同様の効果が得られる。
【００５３】
また、各実施例においては光源と１つ目のセンサとの間に長距離の伝送路光ファイバが設けられた構成について説明しているが、各センサ間に設ける等、位置が変わっても同様の効果が得られる。
【００５４】
また、実施例２において往復路共通伝送システムについて説明しているが、往復別伝送の伝送形態を持つシステムに適用しても同様の効果が得られる。
【００５５】
また、実施例２において光源以降、光合分波器、光ゲートスイッチ、光サーキュレータの順序の構成で述べているが、順序が異なっていても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】実施例１のシステム構成図
【図２】実施例２のシステム構成図
【図３】実施例２のシステムのレベルダイヤ説明図
【図４】ラマンアンプゲイン計算値説明図
【図５】実施例３のシステム構成図
【図６】実施例４のシステム構成図
【図７】従来の光ファイバセンサシステム説明図
【図８】従来の光ファイバセンサシステム説明図
【符号の説明】
【００５７】
１１：コヒーレント光源
１２：位相変調器
１３：信号発生器
１４１、１４２：光ゲートスイッチ
１５：光サーキュレータ
１６ａ：伝送路光ファイバ
１７１、１７２、１７３：光カプラ
１８１、１８２、１８３：光センサ
１９：受光部
【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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【図８】
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