(57)【要約】      （修正有）【課題】ブリルアン光センシング技術において、モード変換・モード結合が生じても精確にブリルアン利得を測定する数モード光ファイバを用いた環境特性測定装置および環境特性測定方法を提供する。【解決手段】複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバＦとして用いてブリルアン周波数シフトを解析する環境特性測定装置において、所望のモードのプローブ光を測定光ファイバＦの遠端から入力する手段と、プローブ光に対して測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスをポンプ光パルスとして入力する手段と、プローブ光に対して測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を低周波数側に有し、所望のモードとは異なる別モードで第２のプローブ光を測定光ファイバＦの近端から入力する手段とを備えている。【選択図】図１
2019184321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバとして長さ方向に沿った環境特性を、ブリルアン時間領域解析法によりブリルアン周波数シフトを解析することにより測定する環境特性測定装置であって、
所望のモードのプローブ光を前記測定光ファイバの遠端から入力する手段と、
前記所望のモードの光パルスであって、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスを、前記プローブ光に対するポンプ光パルスとして前記測定光ファイバの近端から入力する手段と、
前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を低周波数側に有し、前記所望のモードとは異なる別モードで前記プローブ光に対するプローブ光となる第２のプローブ光を前記測定光ファイバの近端から入力する手段とを備えたことを特徴とする環境特性測定装置。
【請求項２】
第１の光周波数制御手段と第２の光周波数制御手段とをさらに備え、
前記第１の光周波数制御手段は、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記光パルスに与えるように光周波数を制御し、
前記第２の光周波数制御手段は、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記第２のプローブ光に与えるように光周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の環境特性測定装置。
【請求項３】
ダブルサイドバンド変調手段と、２つの光フィルタ手段とをさらに備え、
前記ダブルサイドバンド変調手段が２つのサイドバンドを生成し、前記２つの光フィルタ手段の一方が、前記２つのサイドバンドのうちの一方を選択することにより、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記光パルスに与えるように光周波数を制御し、前記２つの光フィルタ手段の他方が、前記２つのサイドバンドのうちの他方を選択することにより、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記第２のプローブ光に与えるように光周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の環境特性測定装置。
【請求項４】
ダブルサイドバンド変調手段と、反射型光フィルタ手段とをさらに備え、
前記ダブルサイドバンド変調手段により２つのサイドバンドを生成し、前記反射型光フィルタ手段が、前記２つのサイドバンドのうちの一方を選択することにより、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記光パルスに与えるように光周波数を制御するとともに、前記２つのサイドバンドのうちの他方を選択することにより、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を前記第２のプローブ光に与えるように光周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の環境特性測定装置。
【請求項５】
複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバとして長さ方向に沿った環境特性を、ブリルアン時間領域解析法によりブリルアン周波数シフトを解析することにより測定する環境特性測定方法であって、
所望のモードのプローブ光を前記測定光ファイバの遠端から入力するステップと、
前記所望のモードの光パルスであって、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスを、前記プローブ光に対するポンプ光パルスとして前記測定光ファイバの近端から入力するステップと、
前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を低周波数側に有し、前記所望のモードとは異なる別モードで前記プローブ光に対するプローブ光となる第２のプローブ光を前記測定光ファイバの近端から入力するステップとを備えたことを特徴とする環境特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境特性測定装置および環境特性測定方法に関し、特に、主に数モード光ファイバ（以下、「ＦＭＦ」とも称する）やそれを用いた光ファイバ分布センシングシステムにおいて、光ファイバに沿った環境特性を非破壊に評価するための環境特性測定装置および環境特性測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブリルアン光センシング技術はブリルアン周波数シフト（Brillouin frequency shift:  ＢＦＳ）変化を測定することで、センシング光ファイバに沿った温度や歪変化をモニタリングする技術である。ＢＦＳを測定することで、大型構造物や飛行機などの温度・歪みセンシングが実施されるなど、測定対象構造物のヘルスモニタリングへの応用が期待されている。
【０００３】
しかし、センシング光ファイバに温度変化と歪み変化の両方がある場合、ＢＦＳが温度／歪みの両方に感度を持つことに起因して、温度変化量と歪み変化量をそれぞれ測定することが難しい。そこで、ＦＭＦ（Ｆｅｗ  ｍｏｄｅ  ｆｉｂｅｒ）をセンシング光ファイバとして応用し、非特許文献１では高次の光モード、非特許文献２では高次の音響モードで発生した複数のブリルアン利得スペクトルピークの変化量の違いから、温度と歪みのそれぞれの変化量を分けて測定する方法が提案されている。
【０００４】
一方、数モード光ファイバに歪みが加わる場合や、実環境への敷設での接続点や曲げによって、光のモードがモード変換・結合される場合、出力されたモード毎のブリルアン利得スペクトルは重なるため、光のモードと音響波のモードで生じた複数のブリルアン利得を精確に測定することができなくなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Y. Weng, et al., Opt. Express., 23, No. 7, pp. 9024-9039 (2015)
【非特許文献２】X. Zhou, et al., proc. of APOS 2016, Th4A.47 (2016).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、光のモードと音響波のモードのブリルアン利得を利用したブリルアン光センシング技術において、モード変換・モード結合が生じた光ファイバのセンシングにおいても精確にブリルアン利得を測定する数モード光ファイバを用いた環境特性測定装置および環境特性測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバとして長さ方向に沿った環境特性を、ブリルアン時間領域解析法によりブリルアン周波数シフトを解析することにより測定する環境特性測定装置であって、所望のモードのプローブ光を前記測定光ファイバの遠端から入力する手段と、前記所望のモードの光パルスであって、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスを、前記プローブ光に対するポンプ光パルスとして前記測定光ファイバの近端から入力する手段と、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を低周波数側に有し、前記所望のモードとは異なる別モードで前記プローブ光に対するプローブ光となる第２のプローブ光を前記測定光ファイバの近端から入力する手段とを備えたことを特徴とする環境特性測定装置である。
【０００８】
他の実施形態に記載された発明は、複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバとして長さ方向に沿った環境特性を、ブリルアン時間領域解析法によりブリルアン周波数シフトを解析することにより測定する環境特性測定方法であって、所望のモードのプローブ光を前記測定光ファイバの遠端から入力するステップと、前記所望のモードの光パルスであって、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスを、前記プローブ光に対するポンプ光パルスとして前記測定光ファイバの近端から入力するステップと、前記プローブ光に対して前記測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を低周波数側に有し、前記所望のモードとは異なる別モードで前記プローブ光に対するプローブ光となる第２のプローブ光を前記測定光ファイバの近端から入力するステップとを備えたことを特徴とする環境特性測定方法である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の環境特性測定装置を示すブロック構成図である。
【図２】本実施形態の環境特性測定装置の一変形例を示すブロック構成図である。
【図３】本実施形態の環境特性測定装置の他の変形例を示すブロック構成図である。
【図４】本実施形態の環境特性測定方法で考えた光ファイバ伝送路モデルの一例を示す図である。
【図５】本実施形態の環境特性測定方法に係る測定点でのポンプ光パルスのＬＰ０１モードにおける振幅ａ０によるブリルアン利得スペクトルの観測例である。
【図６】本実施形態の環境特性測定方法に係る測定点でのポンプ光パルスのＬＰ１１モードにおける振幅ａ０によるブリルアン利得スペクトルの観測例である。
【図７】２次プローブ光を用いた場合の発生する合成ブリルアン利得を説明する図である。（ａ）はポンプ光パルスとプローブ光によるブリルアン利得を示し、（ｂ）は（ａ）のブリルアン利得とプローブ光と２次プローブ光によるブリルアン利得との関係を示し、（ｃ）は（ｂ）の２種類のブリルアン利得を合成したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
複数のモードを多重する数モード光ファイバを測定光ファイバとして長さ方向に沿った環境特性を、ブリルアン時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）によりブリルアン周波数シフトを解析することにより測定する環境特性測定装置において、プローブ光と２次のプローブ光とによる２次のブリルアン音響波によるブリルアン利得により、所望のモードとは異なる別モードにより発生するブリルアン利得を抑圧することによって、モード変換・モード結合が生じた光ファイバのセンシングにおいても精確にブリルアン利得を測定することができる。環境特性とは、非特許文献１、２と同様に、光ファイバの長さ方向に沿って測定される、温度や歪みが挙げられる。
【００１２】
本実施形態の環境特性測定装置は、さらに、ブリルアン時間領域解析法（ＢＯＴＤＡ）により解析する環境特性測定装置において、所望のモードのプローブ光を測定光ファイバの遠端から入力する手段と、所望のモードの光パルスであって、プローブ光に対して測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差を高周波数側に有する光パルスを、プローブ光に対するポンプ光パルスとして測定光ファイバの近端から入力する手段と、所望のモードとは異なる別モードのブリルアン周波数シフトに相当する周波数差をプローブ光に対して有し、別モードでプローブ光に対するプローブ光となる第２のプローブ光を測定光ファイバの近端から入力する手段とを備えている。
【００１３】
本実施形態の環境特性測定装置によれば、数モードファイバを用いたブリルアン光ファイバセンシングにおいて、モード変換やモード結合の影響によりブリルアン利得スペクトルが重なる場合でも、ブリルアン利得スペクトルを正確に把握することが可能となる。
図１は、本実施形態に係る環境特性測定装置の一例を示すブロック構成図である。同図に示す環境特性測定装置は、光出力端に接続した被測定対象の光ファイバにおいて、ブリルアン利得スペクトルを分布的にかつ非破壊に評価することができるものである。本実施形態の環境特性測定装置では、図１に示すように、レーザ光発生手段１１は、出力が３分岐され、モード選択手段１２と、第１の光周波数制御手段１３と、第２の光周波数制御手段１４とにそれぞれ接続されている。モード選択手段１２は測定光ファイバＦの遠端に接続されている。第１の光周波数制御手段１３は、第１の光パルス化手段１５を介して、第２の光周波数制御手段１４は直接、モード選択・合波手段１７に接続されている。モード選択・合波手段１７は、さらに被定光ファイバＦの近端に接続されるとともに光フィルタ１８に接続されている。光フィルタ１８は、さらに光受信手段１９に接続されており、光受信手段１９には、測定系である、数値化処理手段２１および数値演算手段２２が順次接続されている。
【００１４】
本実施形態の環境特性測定装置では、コヒーレントな光を発生させるレーザ光発生手段１１から出力された光が３分岐され、３分岐された出力のうち、分岐された光の１つ目は、モード選択手段１２に入力されて所望のモードが選択されて、測定光ファイバＦの遠端から入力されるプローブ光として用いられる。
【００１５】
分岐された光の２つ目は、第１の光周波数制御手段１３によって測定光ファイバＦのブリルアン周波数シフトに相当する約１０〜１１ＧＨｚ程度の周波数差を、高い周波数側に付与されたのちに光パルス化手段１５によってパルス化され、プローブ光との間でブリルアン増幅を生じさせるポンプ光パルスとして用いられる。
【００１６】
分岐された光の３つ目は、第２の光周波数制御手段１４によって測定光ファイバのブリルアン周波数シフトに相当する約１０〜１１ＧＨｚ程度の周波数差を、低い周波数側に付与されたのちにプローブ光との間でブリルアン損失を生じさせる２次プローブ光として用いられる。
【００１７】
本実施形態の環境特性測定装置では、ポンプ光パルスとプローブ光間で発生させる周波数差の絶対値とプローブ光と２次プローブ光間で発生させる周波数差の絶対値は互いに等しく設定される。この場合、図１に示す第１の光周波数制御手段１３と第２の光周波数制御手段１４の構成は、図２に示す構成や図３に示す構成に代えることができる。ここで、図２の構成と図３の構成を説明する。
【００１８】
図２の構成においては、第１の光周波数制御手段１３および第２の光周波数制御手段１４の代わりに、１台のダブルサイドバンド変調手段３１と、第１の光フィルタ手段３２および第２の光フィルタ手段３３とを用いることができる。たとえば強度変調器を正弦波変調して得られる２つのサイドバンドのうち、第１の光フィルタ手段３２および第２の光フィルタ手段３３で、周波数の高い側をポンプ光パルスとして選択し、周波数の低い側を２次プローブ光として選択することができる。この場合、変調器を駆動する正弦波変調器が１台となり、装置構成が簡易化できる。
【００１９】
図３に示す構成においては、第１の光周波数制御手段１３と第２の光周波数制御手段１４の代わりに、１台のダブルサイドバンド変調手段３１と、反射型光フィルタ手段３４とを用いることができる。この場合、反射型光フィルタ手段３４の反射スペクトルとしては周波数が高い側を選択し、反射型光フィルタ手段３４の透過スペクトルとしては周波数が低い側の光を選択する。ここで、反射型光フィルタ手段３４の透過スペクトルと反射スペクトルの周波数の高い側と低い側の選択は、逆であってもよく、その場合、透過スペクトルは第１の光パルス化手段１５に接続し、反射スペクトルはモード選択・合波手段１７に接続すればよい。
【００２０】
図１に戻って、ポンプ光パルス、２次プローブ光は図１のモード選択・合分波手段１７によって任意のモードが選択されて測定光ファイバＦの近端から入射される。プローブ光は図１のモード選択合波手段１２によって任意のモードが選択されて測定光ファイバＦの遠端から入射される。
【００２１】
測定光ファイバＦの任意の位置において、プローブ光はポンプ光パルスと相互作用し、ブリルアン増幅され、再び図１のモード選択・合分波手段１７によって任意のモードが選択され、光フィルタ手段１８によってポンプ光パルスおよび２次プローブ光のレイリー散乱が除去されたのち、光受信手段１９にて電気信号に変換される。光受信手段１９にて受信された電気信号は適宜増幅された後に、数値化処理手段２１にて数値化され、数値演算手段２２を用いてポンプ光パルスと相互作用していないプローブ光強度との差分を、平均化処理を行うことによって、ブリルアン利得を演算する。
【００２２】
図１から３における光周波数を制御する手段（１３、１４、３１、３２、３３、３４）にて、プローブ光とポンプ光パルスの間の周波数差を適宜変えて、ブリルアン利得を演算し、周波数毎のブリルアン利得（ブリルアン利得スペクトル）を取得することができる。
また、プローブ光と２次プローブ光間の周波数差を適宜変えて、プローブ光とポンプ光パルスの間と同様のブリルアン利得分布を得ることで、測定光ファイバＦのモード毎の誘導ブリルアン散乱スペクトルが重なっている場合でも、測定対象外のモードのブリルアンスペクトルを除去し、所望の測定光ファイバの任意の位置におけるブリルアン利得スペクトルを取得することができる。
【００２３】
図１で示した本実施形態の環境特性測定装置の構成は一例であり、ブリルアン周波数シフトに相当する光周波数差をポンプ光パルスとプローブ光間、プローブ光と２次プローブ光間に与え、任意のモードを選択して励起してブリルアン利得強度の信号を時間領域で取り出すことのできる装置構成であれば、手段は問わない。
【００２４】
次に、本実施形態の環境特定測定装置における測定方法の原理についてさらに詳細に説明する。
【００２５】
ところで、ＦＭＦにおける誘導ブリルアン散乱現象を考えると、任意のモードにおけるブリルアン周波数シフトνｂは、下記式（１）で与えられる。
【００２６】
【数１】
2019184321.tif 000003
【００２７】
式（１）において、ｎｉは当該モードの実効屈折率、Ｖａは音響波の実効速度、λは真空中の波長である。
【００２８】
式（１）によれば、ＦＭＦにおいては、伝搬するモードによりブリルアン周波数シフトが異なることを意味しており、得られる各モードにおける任意の位置でのブリルアンスペクトル情報が、モード毎に異なる周波数に対するピークを有する。本実施形態の環境特性測定析装置は、ブリルアンスペクトル情報が、モード毎に異なる周波数に対するピークを有することを利用するものであるといえる。
【００２９】
簡単のために２つのモードで伝搬するＦＭＦを考えた場合、ポンプ光パルスと、プローブ光とが各々、ＬＰ０１およびＬＰ１１モードの双方で振幅を有する場合には、
ν０１−０１（ＬＰ０１同士のポンプ、プローブ成分間の相互作用）
ν０１−１１（ＬＰ０１のポンプ成分とＬＰ１１のプローブ成分間、およびＬＰ１１のポンプ成分とＬＰ０１のプローブ成分間の相互作用）
ν１１−１１（ＬＰ１１同士のポンプ、プローブ成分間の相互作用）
の３つのスペクトルピークを有する。
【００３０】
図４は、本実施形態の環境特性測定方法で考えた光ファイバ伝送路モデルの一例を示す図である。本実施形態の環境特性測定装置における測定方法の説明のため、図４に示すような光ファイバ伝送路モデルを考える。伝送路の全長をＬ、モード変換点の位置をｚとし、伝送路途中に結合行列がＭなるモード変換点が含まれているとする。今、簡単のためＬＰ０１のポンプ光パルス、プローブ光を測定光ファイバに入射した場合について考えると、測定点の位置におけるＬＰ０１、ＬＰ１１モードのポンプ光パルスのパワーをａ０、ａ１とし、入射プローブ光のパワーをＰｒとすると、測定点の位置におけるプローブ光のパワーｂ０、ｂ１は結合行列Ｍ（Ｌ−ｚ）によってモード変換を生じ、以下の式（２）で与えられる。
【００３１】
【数２】
2019184321.tif 000004
【００３２】
ここで、ｍｉｊ（Ｌ−ｚ）は結合行列Ｍ（Ｌ−ｚ）の要素である。測定点においてポンプ光パルスによりブリルアン増幅を受けたプローブ光は、さらに結合行列Ｍ（ｚ）によってモード変換を生じ、ＬＰ０１、ＬＰ１１モードとして近端に到着する。ａ０とｂ０の間の相互作用を考えると、近端でＬＰ０１モードで観測されるプローブ光強度は、モード変換点以外の損失を無視すると、式（２）を用いて、式（３）となる。
【００３３】
【数３】
2019184321.tif 000005
【００３４】
ここで、ｇ０１−０１（ν）は、ν０１−０１にピークを持つ利得プロファイルであり、ｍｉｊ（ｚ）は結合行列Ｍ（ｚ）の要素である。同様に、近端でＬＰ１１モードで観測されるプローブ光強度は、式（４）となる。
【００３５】
【数４】
2019184321.tif 000006
【００３６】
したがって、測定点におけるブリルアン利得の総和は、式（３）と（４）より、式（５）となる。
【００３７】
【数５】
2019184321.tif 000007
【００３８】
同様に、ａ０とｂ１の間の相互作用を考えると、近端でＬＰ０１モードで観測されるプローブ光強度は、式（６）となり、
【００３９】
【数６】
2019184321.tif 000008
【００４０】
近端でＬＰ１１モードで観測されるプローブ光強度は、式（７）となる。
【００４１】
【数７】
2019184321.tif 000009
【００４２】
となる。したがって、測定点におけるブリルアン利得の総和は、式（６）と（７）より、式（８）となる。
【００４３】
【数８】
2019184321.tif 000010
【００４４】
同様に、ａ１とｂ０の間の相互作用を考えると、近端でＬＰ０１モードで観測されるプローブ光強度は、式（９）となり、
【００４５】
【数９】
2019184321.tif 000011
【００４６】
近端でＬＰ１１モードで観測されるプローブ光強度は、式（１０）となる。
【００４７】
【数１０】
2019184321.tif 000012
【００４８】
したがって、測定点におけるブリルアン利得の総和は、式（９）と（１０）より、式（１１）となる。
【００４９】
【数１１】
2019184321.tif 000013
【００５０】
同様に、ａ１とｂ１の間の相互作用を考えると、近端でＬＰ０１モードで観測されるプローブ光強度は、式（１２）となり、
【００５１】
【数１２】
2019184321.tif 000014
【００５２】
近端でＬＰ１１モードで観測されるプローブ光強度は、式（１３）となる。
【００５３】
【数１３】
2019184321.tif 000015
【００５４】
したがって、測定点におけるブリルアン利得の総和は、式（１２）と（１３）より、式（１４）となる。
【００５５】
【数１４】
2019184321.tif 000016
【００５６】
したがって、測定点におけるプローブ光のＬＰ０１モードが受けたブリルアン利得スペクトルは式（５）と式（１１）で示され、図５のようになる。また、測定点におけるプローブ光のＬＰ１１モードが受けたブリルアン利得スペクトルは式（８）と式（１４）で示され、図６のようになる。
【００５７】
実際には、測定点において、プローブ光はｂ０、ｂ１双方の振幅を持つことになるため、測定を行うと図５と図６のスペクトルの和が得られることになる。前述のように、ν０１−０１、ν０１−１１、ν１１−１１という３つのスペクトルピークを持つこととなり、式（５）がν０１−０１にてピークを持つ利得プロファイル、式（１４）がν１１−１１にてピークを持つ利得スペクトルをそれぞれ示し、式（８）および式（１１）はν０１−１１にてピークを持つ利得スペクトルが周波数軸上で重なることを意味している。
【００５８】
このν０１−０１、ν０１−１１、ν１１−１１の周波数の変化を測定することで、非特許文献２同様、温度変化量と歪み変化量をそれぞれ測定可能である。
【００５９】
しかしながら、このままでは、これら周波数ピーク差は数ＭＨｚ〜数十ＭＨｚと小さいため、ν０１−０１、ν０１−１１、ν１１−１１が同時に発生すると、数十ＭＨｚのブリルアン利得スペクトル幅の影響で、スペクトルピークは重なってしまう。
【００６０】
本実施形態の環境特性測定装置における測定方法では、このスペクトルピークの重なりに対して、２次のプローブ光を用いて所望のブリルアン周波数ピークを選択する。所望のモード、ＬＰ０１を測定するために、ポンプ光パルス、プローブ光ともにＬＰ０１を入射する。
【００６１】
図７は２次プローブ光を用いた場合に発生する合成ブリルアン利得を説明する図である。図７において、（ａ）はポンプ光パルスとプローブ光によるブリルアン利得を示し、（ｂ）は（ａ）のブリルアン利得とプローブ光と２次プローブ光によるブリルアン利得との関係を示し、（ｃ）は（ｂ）の２種類のブリルアン利得を合成したものである。図７（ａ）の所望のモード（ν０１−０１）、所望のモード以外（ν０１−１１）で発生したブリルアン利得スペクトルである。
【００６２】
ここで、ＬＰ１１モードでは、図６に示したν０１−１１、ν１１−１１のスペクトルが発生するが、簡単のため、ＬＰ０１モードで発生したν０１−０１及びν１１−０１のスペクトルのみで考える。図７（ａ）のブリルアン利得に対して、２次プローブ光をν１１−０１のブリルアン利得が減少するように、ＬＰ１１の２次プローブ（図では破線で示す）を入射する。このとき、２次プローブ光とプローブ光の周波数差は、ポンプ光パルスとプローブ光の周波数差と同じで、光周波数が低い側に設定する。また、被測定ファイバは弱結合、つまりモード変換量は１より大きくならないことを前提とする。
【００６３】
このとき、図７（ｂ）に示すように、ポンプ光パルス、プローブ光、２次プローブ光は、それぞれＬＰ０１、ＬＰ０１、ＬＰ１１が主要な光のモードであり、ファイバ全体で光強度が大きい。つまり、ファイバ全体で、ポンプ光パルスとプローブ光では、ν０１−０１が主要に発生し（実線）、ν１１−０１はν０１−０１よりは小さい。続いて、プローブ光と２次プローブ光では、ν０１−１１が主要に発生する（破線）。
【００６４】
ここで、ポンプ光パルス／プローブ光間で発生したブリルアン利得は、ポンプ光パルスと同じ方向に進むブリルアン音響波（１次のブリルアン音響波）の影響で発生する。一方、プローブ光／２次プローブ光間で発生したブリルアン利得は、プローブ光がポンプ光パルスの役割をするため、プローブ光と同じ方向に進むブリルアン音響波（２次のブリルアン音響波）の影響で発生する。つまり、１次と２次のブリルアン音響波は反対方向に伝搬する。
【００６５】
このとき、所望外のブリルアン利得ν１１−０１は、プローブ光／２次プローブ光の２次のブリルアン音響波によるブリルアン利得ν０１−１１で抑圧できる。これは、ν０１−１１とν１１−０１は、同じ周波数で発生することが関係している。つまり、逆方向に進み、同じ周波数で振動する１次と２次の音響波は抑圧しあうため（図７（ｂ））、２次プローブ光を所望のモード以外で入射することでν１１−０１のブリルアン利得は抑圧される。
【００６６】
一方、所望のモードのブリルアン利得ν０１−０１は、ν０１−１１とは異なる周波数であるため、ν０１−０１を測定する場合は、ν０１−１１の２次ブリルアン音響波は強く励起されないため、ν０１−０１は少しか抑圧されない。
【００６７】
結果として、図７（ｃ）のように、ν０１−０１のみが発生し、ν１１−０１は抑圧される。
【００６８】
以上のように、モード結合がある光ファイバにおいて、所望のモードのみのブリルアン利得スペクトルを精確に得ることが可能である。
【００６９】
本実施形態では２つのモードを有するモード多重伝送路を対象としたが、３以上のモード数の光ファイバでもよく、所望のモード以外にポンプ光パルスとプローブ光の周波数差と同じ周波数差に設定した２次プローブ光を入射することで、同様の手段でブリルアン利得スペクトルを把握することができる。
【符号の説明】
【００７０】
Ｆ    測定光ファイバ
１１  レーザ光発生手段
１２  モード選択手段
１３  第１の光周波数制御手段
１４  第２の光周波数制御手段
１５  第１の光パルス化手段
１７  モード選択・合波手段
１８  光フィルタ
１９  光受信手段
２１  数値化処理手段
２２  数値演算手段
３１  ダブルサイドバンド変調手段
３２  第１の光フィルタ手段
３３  第２の光フィルタ手段
３４  反射型光フィルタ手段
【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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