(57)【要約】【課題】被試験光ファイバの一端のみのアクセスで光ファイバの曲げや歪の位置を特定可能な光ファイバ試験装置及び光ファイバ試験方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光ファイバ試験装置は、被試験光ファイバであるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手段と、前記被試験光ファイバの前記一端に戻ってきた、前記被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手段と、前記光分離手段が伝搬モード毎に分離した前記後方レイリー散乱光の位相差を検出し、前記被試験光ファイバの長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手段と、を備える。【選択図】図１
2018048917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験光ファイバであるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手段と、
前記被試験光ファイバの前記一端に戻ってきた、前記被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手段と、
前記光分離手段が伝搬モード毎に分離した前記後方レイリー散乱光の位相差を検出し、前記被試験光ファイバの長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手段と、
を備える光ファイバ試験装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記位相差の分布から前記被試験光ファイバの長手方向に対する伝達関数の分布を演算することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ試験装置。
【請求項３】
前記演算手段は、前記パルス光の伝搬モード及び前記後方レイリー散乱光を伝搬モードの群速度を考慮して前記任意位置からの後方レイリー散乱光であることを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ試験装置。
【請求項４】
前記後方レイリー散乱光の伝搬モード毎に偏波状態を測定する偏波取得手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記偏波取得手段が測定した偏波毎に位相差を取得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試験装置。
【請求項５】
被試験光ファイバであるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手順と、
前記被試験光ファイバの前記一端に戻ってきた、前記被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手順と、
前記分離手順で伝搬モード毎に分離した光の位相差を検出し、前記被試験光ファイバの長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手順と、
を行う光ファイバ試験方法。
【請求項６】
前記演算手順で、前記位相差の分布から前記被試験光ファイバの長手方向に対する伝達関数の分布を演算することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フューモード光ファイバの伝達関数を分布的に測定する試験装置及びその試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フューモード光ファイバは、複数の導波モードを使って光を伝搬することができる光ファイバである。フューモード光ファイバをセンサー媒体として、これを透過する２つの異なる伝搬モード間の位相変化を検出することで側圧や歪み、振動をモニターするセンシング技術が提案されている。
【０００３】
非特許文献１では、２つの導波モード、基本モード（ＬＰ０１モード）と第１高次モード（ＬＰ１１モード）、をフューモード光ファイバに入力、出力されたそれらモード間の干渉縞を解析することにより、側圧や歪み等の光ファイバに加わる摂動によって変化するモード間の位相差を検出する。
【０００４】
非特許文献２では、フューモード光ファイバの両端を利用して双方向からパルス光と連続光を入射し、光ファイバ中でパルス光と連続光が重なる地点で発生する相互作用（ブリルアン散乱）を観測することで被試験光ファイバ中に発生する歪みや温度の分布情報を取得する。このとき、光ファイバに入力するモードを選択的に励振（例えば一方からの入射光をＬＰ０１モード、他方からをＬＰ１１モードとする）し、相互作用するモード状態によって異なる挙動を示すブリルアン周波数シフトを観測することで、被試験パラメータの高精度な分離が可能となる。
【０００５】
一方で、非特許文献３では、フューモード光ファイバの片端よりパルス光を入射し、光ファイバ中で発生する後方レイリー散乱光を観測することで、長手方向にわたる光学特性を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｒｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ．  Ｒ．  Ｌａｙｔｏｎ  ａｎｄ  Ｊ．  Ａ．  Ｂｕｃａｒｏ，  “Ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｅｎｓｏｒ  ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  ｍｏｄｅ−ｍｏｄｅ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ”，  Ａｐｐ．  Ｏｐｔ．，  ｖｏｌ．  １８，  ｎｏ．５，  ｐｐ．６６６−６７０，  １９７９．
【非特許文献２】Ａｎ  Ｌｉ，  Ｙｉｆｅｉ  Ｗａｎｇ，  Ｊｉａｎ  Ｆａｎｇ，  Ｍｉｎｇ−Ｊｕｎ  Ｌｉ，  Ｂｙｏｕｎｇ  Ｙｏｏｎ  Ｋｉｍ，  ａｎｄ  Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｓｈｉｅｈ，  “Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｍｕｌｔｉ−ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ａｎｄ  ｓｔｒａｉｎ  ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ”，  Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  ４０，  １４８８−１４９１  （２０１５）．
【非特許文献３】Ｍａｓａｔａｋａ  Ｎａｋａｚａｗａ，  Ｍａｓａｔｏ  Ｙｏｓｈｉｄａ，  ａｎｄ  Ｔｏｓｈｉｈｉｋｏ  Ｈｉｒｏｏｋａ，  “Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｍｏｄｅ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ａｌｏｎｇ  ａ  ｆｅｗ−ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＯＴＤＲ”，  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２２，  ３１２９９−３１３０９  （２０１４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１記載の光ファイバ曲げセンサーは、試験光として基本（ＬＰ０１）モードと二次（ＬＰ１１）モードを一端から光を入射し、他端から出力されたモード間の干渉縞を観測することで曲げ状態を検出することができる。しかしながら、このような方法では、被試験光ファイバ内で複数の曲げ部が存在していた場合、出力端で観測されるモード間の位相変化は各曲げで生じた位相差の累積値となるため、光ファイバの長手方向にわたる分布的な情報を取得することができないという課題があった。
【０００８】
また、非特許文献２記載の装置構成は、フューモード光ファイバの両端を利用してパルス光と連続光を入力する必要があるため、光ファイバの両端へのアクセスが必要となり、試験作業上の効率に課題があった。
【０００９】
さらに、非特許文献３記載の装置構成は、フューモード光ファイバの片端のみを用いて測定を実行しているが、フューモード光ファイバ中で発生した後方レイリー散乱光を各モードに分離した後フォトディテクタで直接受光しているため、それらの強度情報しか取得することができず、光ファイバの長手方向にわたる分布的なモード間の位相差を検出することはできないという課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、被試験光ファイバの一端のみのアクセスで光ファイバの曲げや歪の位置を特定可能な光ファイバ試験装置及び光ファイバ試験方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ試験装置は、光パルスを被試験光ファイバの一端のみに入射して後方レイリー散乱光の伝搬モード毎の複素振幅を検出し、被試験光ファイバの長手方向における伝搬モード間位相変化量を分布的に検出することとした。
【００１２】
具体的には、本発明に係る光ファイバ試験装置は、
被試験光ファイバであるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手段と、
前記被試験光ファイバの前記一端に戻ってきた、前記被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手段と、
前記光分離手段が伝搬モード毎に分離した前記後方レイリー散乱光の位相差を検出し、前記被試験光ファイバの長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手段と、
を備える。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバ試験方法は、
被試験光ファイバであるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手順と、
前記被試験光ファイバの前記一端に戻ってきた、前記被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手順と、
前記分離手順で伝搬モード毎に分離した光の位相差を検出し、前記被試験光ファイバの長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手順と、
を行う。
【００１４】
フューモード光ファイバに曲げや歪がある部分では伝搬モード間位相差が変化する。本発明では、光ファイバの長手方向に伝搬モード間位相差を分布的に取得するため、当該位相差が変化している位置から曲げや歪の位置を特定することができる。従って、本発明は、被試験光ファイバの一端のみのアクセスで光ファイバの曲げや歪の位置を特定可能な光ファイバ試験装置及び光ファイバ試験方法を提供することができる。
【００１５】
本発明に係る光ファイバ試験装置及び方法は、前記演算手段が、前記位相差の分布から前記被試験光ファイバの長手方向に対する伝達関数の分布を演算することを特徴とする。取得した伝達関数を利用して被試験光ファイバの特性をシミュレーションができる。
【００１６】
本発明に係る光ファイバ試験装置の前記演算手段は、前記パルス光の伝搬モード及び前記後方レイリー散乱光を伝搬モードの群速度を考慮して前記任意位置からの後方レイリー散乱光であることを判断することを特徴とする。被測定光ファイバ中において後方レイリー散乱光はモード毎に群速度が異なる。このため、任意点でのモード間の位相差を正確に取得するためには同じタイミングでサンプリングした信号を距離情報に換算する必要があり、群速度を考慮した補正が必要となる。
【００１７】
本発明に係る光ファイバ試験装置は、前記後方レイリー散乱光の伝搬モード毎に偏波状態を測定する偏波取得手段をさらに備え、前記演算手段が、前記偏波取得手段が測定した偏波毎に位相差を取得することを特徴とする。偏波状態で伝搬モードの位相が変化することがある。このため、任意点でのモード間の位相差を正確に取得するためには偏波毎に位相差を取得することが望ましい。
【００１８】
なお、本発明に係る光ファイバ試験装置の演算手段は、コンピュータとプログラムによっても実現できる。当該プログラムは、コンピュータを前記演算手段として機能させるためのプログラムである。また、当該プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、被試験光ファイバの一端のみのアクセスで光ファイバの曲げや歪の位置を特定可能な光ファイバ試験装置及び光ファイバ試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る光ファイバ試験装置を説明する図である。
【図２】モード選択カプラの動作を説明する図である。
【図３】本発明に係る光ファイバ試験方法を説明する図である。
【図４】本発明に係る光ファイバ試験方法を説明する図である。
【図５】本発明に係る光ファイバ試験装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態の光ファイバ試験装置３０１を説明する図である。光ファイバ試験装置３０１は、
被試験光ファイバ１−７であるフューモード光ファイバの一端に任意の伝搬モードでパルス光を入射する光入射手段１１と、
被試験光ファイバ１−７の前記一端に戻ってきた、被試験光ファイバの任意位置における前記パルス光の後方レイリー散乱光を伝搬モード毎に分離する光分離手段１２と、
光分離手段１２が伝搬モード毎に分離した前記後方レイリー散乱光の位相差を検出し、被試験光ファイバ１−７の長手方向に対する前記位相差の分布を取得する演算手段１３と、を備える。
【００２３】
光入射手段１１は、光源１−１、光分岐手段１−２、光パルス化手段１−３、電気パルス発生手段１−４、光サーキュレータ１−５、及びモード選択カプラ１−６を含む。光分離手段１２は、光サーキュレータ１−５、及びモード選択カプラ１−６を含む。演算手段１３は、光９０度ハイブリッド（１−８、１−９）、バランス型受信器（１−１０〜１−１３）、Ａ／Ｄ変換器１−１４、及び演算処理手段１−１５を含む。
【００２４】
光源１−１は光周波数ν１を有する連続光を発振する。光分岐手段１−２は前記光源から発振された連続光をプローブ光と第１および第２の局発光に分岐する。光パルス化手段１−３は前記光分岐手段によって分岐されたプローブ光をパルス化する。電気パルス発生手段１−４は前記光パルス化手段を所望のパルス幅と繰り返し周波数で駆動する電気パルスを生成し、かつＡ／Ｄ変換器にトリガー信号を出力する電気パルスを生成する。光サーキュレータ１−５は被試験光ファイバ中から入射端側に戻ってくる後方レイリー散乱光を抽出する。モード選択カプラ１−６は被試験光ファイバに所望の伝搬モードでプローブパルス（パルス光）を入力し、かつ被試験光ファイバ中から入射端側に戻ってくる後方レイリー散乱光を各々の伝搬モードに分離する。被試験光ファイバ１−７はフューモード光ファイバである。
【００２５】
第１の光９０度ハイブリッド１−８は分離された後方レイリー散乱光の第１の伝搬モードと前記第１の局発光に対して相対的な位相差π／２を与えた干渉光を出力する。第２の光９０度ハイブリッド１−９は分離された後方レイリー散乱光の第２の伝搬モードと前記第２の局発光に対して相対的な位相差π／２を与えた干渉光を出力する。バランス型受信器１−１０は前記第１の光９０度ハイブリッドから出力される干渉光の同相成分を検出する。バランス型受信器１−１１は前記第１の光９０度ハイブリッドから出力される干渉光の直交成分を検出する。バランス型受信器１−１２は前記第２の光９０度ハイブリッドから出力される干渉光の同相成分を検出する。バランス型受信器１−１３は前記第２の光９０度ハイブリッドから出力される干渉光の直交成分を検出する。Ａ／Ｄ変換器１−１４は前記バランス型受信器から出力された電気信号をデジタル値に変換する。
【００２６】
演算手段１−１５は、前記位相差の分布から被試験光ファイバ１−７の長手方向に対する伝達関数の分布を演算する。具体的には、演算手段１−１５は、被試験光ファイバの各区間毎の伝達関数を算出するにあたり、ある地点ｚからの後方レイリー散乱光を解析することで算出される位相と地点ｚ＋ΔＬからの後方レイリー散乱光を解析することで算出される位相の差分を求めることで、特定のある区間の光ファイバ長ΔＬにおける位相差を分布的に測定する。
【００２７】
以下に被試験光ファイバ中の伝達行列が分布的に測定できることを理論的に説明する。以下では説明の簡単のため、フューモード光ファイバはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのみが伝搬可能なものとする。ＬＰ１１モードは厳密には直交する２つモードが存在するが、ここでは便宜上その一方のみをＬＰ１１と称し取り扱う。
【００２８】
光周波数ν１を有する第１の光源１−１から出射された連続光は、光分岐手段１−２でプローブ光と第１および第２の局発光に分岐され、プローブ光は電気パルス発生手段１−３で生成された電気信号をもとに光パルス化手段１−４によってパルス化され、プローブパルスが生成される。このとき、光パルス化手段１−４はプローブ光の光周波数をシフトさせる場合がある。例えば、光パルス化手段１−４としてパルス駆動する音響光学変調器を用いた場合、音響光学変調器に与えられる音響波の周波数ｆだけ光周波数がシフトされ、プローブ光の光周波数はν１±ｆとなる（符号は入射されるプローブ光と音響波の進行方向で決まる）。ここで、パルス化された光の周波数をν２（＝ν１±ｆ）とする。プローブパルスは、光サーキュレータ１−５を通過した後、モード選択カプラ１−６に入力される。図２に示すように、モード選択カプラは、入力されるポートに応じて出力する伝搬モードを選択的に励振することができるため、所望の伝搬モードを有するプローブパルスを被試験光ファイバへと入射することができる。
【００２９】
被試験光ファイバにプローブパルスを入射すると、光ファイバの長手方向の各地点で後方レイリー散乱光が発生する。被試験光ファイバがフューモード光ファイバであった場合、プローブパルスがＬＰ０１モードかＬＰ１１モードのいずれかの状態であっても後方レイリー散乱光は被試験光ファイバのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの両方に結合し入射端へと戻ってくる。入射端へと戻ってきた後方レイリー散乱光は、モード選択カプラに１−６に入力され、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードに分離され各ポートより出力される。このとき、ＬＰ１１モードはＬＰ０１モードに変換される。ただし以降の記述ではＬＰ１１モードの後方レイリー散乱光と記載する。
【００３０】
このように、モード選択カプラ１−６はプローブパルスの入力モードを選択的に励振できるだけでなく、被試験光ファイバ側から入力される後方レイリー散乱光をポート毎に各モードを分離して出力することができる。このような機能を有するモード選択カプラは、平面光導波回路や空間光学系、光ファイバの溶融延伸結合にて作製できることが実証されている。
【００３１】
モード選択カプラで分離されたＬＰ０１とＬＰ１１の後方レイリー散乱光は、それぞれ前記第１および第２の局発光と共に光９０度ハイブリッド１−８、１−９に入力、合波され、干渉光の同相成分と直交成分がそれぞれバランス型受信器１−１０、１−１１および１−１２、１−１３から出力される。
【００３２】
図３は、被試験光ファイバ１−７を伝搬するプローブパルスとそれにより被試験光ファイバ１−７の任意点で発生する後方レイリー散乱光の関係を模式的に表したものである。
【００３３】
モードカプラ１−６を通過したプローブパルスがＬＰ０１モードで被試験光ファイバに入射された時の、入力端（ｚ＝０）でのＬＰ０１モードのプローブパルスの複素振幅を
【数１】
2018048917.tif 000003
と表す。行列の１行目および２行目はそれぞれ、入力端におけるＬＰ０１およびＬＰ１１モードの複素振幅を示す。ここで、Ａ１、ν２はそれぞれプローブパルスの振幅、光周波数である。φ（ｔ）は光源コヒーレンシー等に依存した時間的に変動する位相成分である。
【００３４】
被試験光ファイバの区間ｎの伝達関数は、光ファイバ中での損失とモード結合を無視できるならば、以下で表される。
【数２】
2018048917.tif 000004
ここで、β０１とβ１１はそれぞれＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの伝搬定数、ΔＬは区間ｎの光ファイバ長を表す。
【００３５】
第１の区間Ｔ１を経て地点ｚ１に到達したプローブパルスの複素振幅は
【数３】
2018048917.tif 000005
となる。
【００３６】
レイリー散乱過程による散乱行列Ｒを、
【数４】
2018048917.tif 000006
とする。ここで、φは後方レイリー散乱過程により各要素に加わる位相変化を、ｒは振幅のモード結合係数をそれぞれ表す。φおよびｒの添え字はプローブ光と後方レイリー散乱光のモードを表す。例えば、０１−１１はＬＰ０１モードのプローブ光が散乱され、ＬＰ１１モードの後方散乱光に結合することを示している。散乱行列Ｒは被試験光ファイバの長手方向にわたり均一とする。
【００３７】
地点ｚ１で発生する後方レイリー散乱光は
【数５】
2018048917.tif 000007
となる。
【００３８】
このようにして発生した後方レイリー散乱光は、プローブパルスと同様に区間Ｔ１を経て入射端（ｚ＝０）へと戻ってくる。
【００３９】
したがって、地点ｚ１で発生し入射端（ｚ＝０）に戻ってくる後方レイリー散乱光の複素振幅ＥＢは、
【数６】
2018048917.tif 000008
なお、光ファイバの相反性により
【数７】
2018048917.tif 000009
となる。
【００４０】
地点ｚ＝０における後方散乱光の各モードにおける複素振幅は、次のように表される。
【数８】
2018048917.tif 000010
【００４１】
次に、入射端に戻ってきた上記ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの後方レイリー散乱光の位相差の算出について説明する。
レイリー散乱光はモード選択カプラ１−６によって各々のモードに分離され、ＬＰ０１モードの後方レイリー散乱光と第１の局発光が第１の光９０度ハイブリッド１−８に、ＬＰ１１モードの後方レイリー散乱光が第２の局発光が第２の光９０度ハイブリッド１−９に入力され、光９０度ハイブリッド１−８と１−９で後方レイリー散乱光と局発光とが合波され、その干渉信号の同相成分と直交成分がバランス型受信器１−１０、１−１１および１−１２、１−１３から出力される。
【００４２】
モード選択カプラ１−６により分離され、光９０度ハイブリッド１−８に入力される後方レイリー散乱光のＬＰ０１モードの複素振幅は
【数９】
2018048917.tif 000011
で表される。ここで、Ａ１、ν２はそれぞれ振幅、光周波数である。ψ１（ｔ）は局発光に対するレイリー散乱光のＬＰ０１モードの相対的な位相差を表し、光ファイバ中での位相雑音によって時間と共にランダムに変動する。
【００４３】
一方、モード選択カプラ１−６により分離され、光９０度ハイブリッド１−９に入力される後方レイリー散乱光のＬＰ１１モードの複素振幅は
【数１０】
2018048917.tif 000012
で表される。ここで、Ａ２、ν２はそれぞれ振幅、光周波数である。ψ２（ｔ）は局発光に対する後方レイリー散乱光のＬＰ１１モードの相対的な位相差を表し、光ファイバ中での位相雑音によって時間と共にランダムに変動する。
【００４４】
第１の光９０度ハイブリッド１−８および第２の光９０度ハイブリッド１−９に入力される第１および第２の局発光の複素振幅は
【数１１】
2018048917.tif 000013
となる。
【００４５】
一方、第２の光９０度ハイブリッドに入力される第２の局発光の複素振幅は
【数１２】
2018048917.tif 000014
となる。ここでΔφＬ１−Ｌ２は第１の局発光と第２の局発光が伝搬する光路長の差に依存した相対位相差を表す。
【００４６】
第１の光９０度ハイブリッド１−８に上記ＬＰ０１モードの後方散乱光式と第１の局発光が入力されたとき、バランス型受光器１−１０および１−１１から出力される干渉光の同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１は、それぞれ
【数１３】
2018048917.tif 000015
および
【数１４】
2018048917.tif 000016
となる。
【００４７】
一方、第２の光９０度ハイブリッド１−９に上記ＬＰ１１モードの後方散乱光式と第２の局発光が入力されたとき、バランス型受光器１−１２および１−１３から出力される干渉光の同相成分Ｉ２および直交成分Ｑ２は、それぞれ
【数１５】
2018048917.tif 000017
【数１６】
2018048917.tif 000018
となる。
【００４８】
式（１３）と式（１４）より
【数１７】
2018048917.tif 000019
が求められる。
【００４９】
また、式（１５）と式（１６）より
【数１８】
2018048917.tif 000020
が求められる。従って、
【数１９】
2018048917.tif 000021
となる。後方レイリー散乱光と局発光の位相ψ１（ｔ）およびψ２（ｔ）は、光ファイバ中の位相雑音によって、測定毎に自然に（ランダムに）変化する。従って、波形を加算平均することにより低減できる。したがって、式（１９）の第一項以外は位置ｚに依存しない定数（Ｃと置く）とみなすことができる。よって
【数２０】
2018048917.tif 000022
となり、区間における位相変化を反映した値を得ることができる。評価区間の光ファイバ長ΔＬは測定器の距離分解能以上に設定する。
【００５０】
区間ｎにおいて発生した位相差Δφ（ｎ）（ｚ）は、地点ｚｎからの後方レイリー散乱を観測することで求められる位相差から、地点ｚｎ−１からの後方レイリー散乱を観測することで求められる位相差の差をとることで求められる。
【数２１】
2018048917.tif 000023
【００５１】
一方、被試験光ファイバ中において後方散乱光のＬＰ０１モードとＬＰ１１モードは群速度が異なるため、ある地点でのＬＰ０１とＬＰ１１モード間の位相差Δφを比較するために、同じタイミングでサンプリングした信号を距離情報に換算する際、群速度を考慮した補正が必要となる。被試験光ファイバ中におけるＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードの群速度をそれぞれｖ１およびｖ２とすると、
【数２２】
2018048917.tif 000024
【数２３】
2018048917.tif 000025
ここでｚ０１およびｚ１１はそれぞれ、時間ｔに観測された後方散乱光のＬＰ０１モードおよびＬＰ１１モードが発生した光ファイバ中の位置を表す。また、後方散乱光のＬＰ１１モードについては、試験光パルスはＬＰ０１モードで伝搬し、後方散乱光はＬＰ１１モードで伝搬し入射端側に戻ってくるため、トータルの群速度はそれぞれのモードにおける群速度の平均値となる。
【００５２】
例えば、図４に示すようにフューモード光ファイバにおいて曲げや歪みが発生している箇所では、直線部に比べ、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モード間の伝搬定数差が異なる。すなわち位相変調が生じる（モード分散が異なるとも言える）ので、本発明の手法により位相変化を観測することで当該箇所を特定することができる。
【００５３】
なお、楕円コア型や偏心コア型のフューモードファイバは、曲げ部における位相変化量が直線部に比べて大きいことから、被試験光ファイバとしてこれらのファイバを用いることでより高感度に位相変化量を検出することが可能である。また、一般的なシングルモードファイバにおいても、ＬＰ１１モードのカットオフ波長より短く、かつＬＰ２１モードのカットオフより長い波長を使用することで同様の測定を行うことができる。
【００５４】
（実施形態２）
図５は、本実施形態の光ファイバ試験装置３０２を説明する図である。光ファイバ試験装置３０２は、図１の光ファイバ試験装置３０１に対して前記後方レイリー散乱光の伝搬モード毎に偏波状態を測定する偏波取得手段１４をさらに備え、演算手段１３は、偏波取得手段１４が測定した偏波毎に位相差を取得することを特徴とする。
【００５５】
実施形態１においては、各モードの偏波状態については取得しない構成で説明した。しかしながら、偏波状態の変化によって取得される位相情報が変動することがある。そのような場合は、図５に示すように偏波取得手段１４である偏波ビームスプリッタ（１−１６、１−１７、１−１８、１−１９）、及び光９０度ハイブリッド（１−８’、１−９’）を導入する。光ファイバ試験装置３０２は、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの位相差を偏波毎に測定する。図５のような構成とすることで偏波状態に依存しない測定も可能である。
【００５６】
（効果）
本発明による光ファイバ伝達行列分布測定装置によれば、光ファイバの伝達行列を分布的に測定することができ、観測された各モード間の位相差から、例えば光ファイバ曲げが複数の箇所に生じている場合においても各々を個別に特定することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１−１：  光源
１−２：  光分岐手段
１−３：  パルス化手段
１−４：  電気パルス発生器
１−５：  光サーキュレータ
１−６：  モード選択カプラ
１−７：  被試験光ファイバ（フューモード光ファイバ）
１−８、９、８’、９’：  光９０度ハイブリッド
１−１０〜１３：  バランス型受信器
１−１４：  Ａ／Ｄ変換器
１−１５：  演算処理手段
１−１６〜１９：  偏波ビームスプリッタ
１１：光入射手段
１２：光分離手段
１３：演算手段
１４：偏波取得手段
３０１、３０２：光ファイバ試験装置
【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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