(57)【要約】【課題】高度な周波数制御が不要な簡易な装置構成によりブリルアン利得スペクトルを測定可能な装置及び方法を提供する。【解決手段】本発明は、プローブ光のブリルアン利得スペクトルを測定する装置であって、光コム発生部と、光コムをプローブ光及びポンプ光に分岐する分岐部と、プローブ光及びポンプ光における第１及び第２の透過周波数帯の周波数成分のみをそれぞれ選択的に透過する第１及び第２の光バンドパスフィルタと、入力した光の位相を遅延させる遅延部と、プローブ光の強度を測定する受光部と、光コムの繰り返し周波数Δｆを制御する制御部と、を備え、第１の透過周波数帯は、第２の透過周波数帯よりも透過中心周波数が小さくなるように設定され、Δｆを変更しながらブリルアン利得スペクトルを測定することを特徴とする。【選択図】図１
2019203860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験体中において互いに反対方向に伝搬するプローブ光及びポンプ光による誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光のブリルアン利得スペクトルを測定する装置であって、
被験体の音響フォノンの寿命よりも短い周期を有する光コムを発生する光コム発生部と、
前記光コムをプローブ光及びポンプ光にそれぞれ分岐する分岐部と、
前記プローブ光における第１の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過する第１の光バンドパスフィルタと、
前記ポンプ光における第２の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過する第２の光バンドパスフィルタと、
前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方の位相を遅延させる遅延部と、
前記被験体において誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光の強度を測定する受光部と、
前記光コム発生部が発生する前記光コムの繰り返し周波数Δｆを制御する制御部と、
を備え、
前記第１の光バンドパスフィルタにおける前記第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、前記第２の光バンドパスフィルタにおける前記第２の透過周波数帯の透過中心周波数よりも小さくなるように設定されており、
前記制御部により前記光コムの繰り返し周波数Δｆを変更しながら前記受光部において前記増幅されたプローブ光の強度を測定することにより、ブリルアン利得スペクトルを測定することを特徴とする装置。
【請求項２】
ｎを任意の整数とし、前記被験体の長さをＬとし、前記被験体中での光パルスの群速度をＶｇとし、前記光コムの周期をＴ＝１／Δｆとし、前記被験体における前記プローブ光及び前記ポンプ光の光パルスの衝突地点の変化量をΔｚとし、前記遅延部による遅延量をｔとし、前記遅延量ｔを前記周期ＴのＭ倍（ｔ＝ＭＴ）とすると、前記制御部は、前記繰り返し周波数Δｆを以下の（式１）に示されるｎの各値及び各Δｚについて求めたｆ’だけ変化させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【数１】
2019203860.tif 000013
【請求項３】
前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方を増幅する光増幅部をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
光コムをプローブ光及びポンプ光として用い、被験体中において互いに反対方向に伝搬する前記プローブ光及び前記ポンプ光による誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光のブリルアン利得スペクトルを測定する方法であって、
第１の光バンドパスフィルタを用いて前記プローブ光における第１の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過し、第２の光バンドパスフィルタを用いて前記ポンプ光における第２の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過するステップであって、前記第１の光バンドパスフィルタにおける前記第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、前記第２の光バンドパスフィルタにおける前記第２の透過周波数帯の透過中心周波数よりも小さくなるように設定されている、ステップと、
前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方の位相を遅延させるステップと、
前記光コムの繰り返し周波数Δｆを変更しながら前記増幅されたプローブ光の強度を測定することにより、ブリルアン利得スペクトルを測定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
ｎを任意の整数とし、前記被験体の長さをＬとし、前記被験体中での光パルスの群速度をＶｇとし、前記光コムの周期をＴ＝１／Δｆとし、前記被験体における前記プローブ光及び前記ポンプ光の光パルスの衝突地点の変化量をΔｚとし、前記遅延させるステップによる遅延量をｔとし、前記遅延量ｔを前記周期ＴのＭ倍（ｔ＝ＭＴ）とすると、
前記測定するステップは、前記繰り返し周波数Δｆを以下の（式２）に示されるｎの各値及び各Δｚについて求めたｆ’だけ変更させながら、前記ブリルアン利得スペクトルを測定することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【数２】
2019203860.tif 000014
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリルアン利得スペクトルを測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバや平面型光導波路（ＰＬＣ）等に光が伝搬する際に生じる誘導ブリルアン散乱においては、プローブ光の周波数がポンプ光の周波数に対してブリルアン周波数シフトだけ小さい場合に最大のブリルアン利得が生じ、プローブ光が増幅される。ここで、ブリルアン周波数シフトとは、光ファイバやＰＬＣ等への入射光の周波数と被験体中での誘導ブリルアン散乱により増幅したプローブ光の周波数との差をいい、ブリルアン周波数シフトを測定することによって被験体の歪や温度のセンシングが可能になる。
【０００３】
ブリルアン周波数シフトの分布をｍｍ程度以下の空間分解能で測定する技術として、ブリルアン光相関領域解析法（以下、ＢＯＣＤＡという）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＢＯＣＤＡは、プローブ光と、プローブ光の周波数よりもブリルアン周波数だけ大きな周波数を有するポンプ光との双方を周波数変調し、その変調位相が被験体の特定の極めて小さい区間においてのみ一致し、その一致点においてポンプ光およびプローブ光の周波数相関が大きくなることを利用して、空間分解能に優れたブリルアン周波数シフトの測定を可能とする方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１６４５１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Y. Song, Z. He, and K. Hotate, “Distributed strain measurement with millimeter-order spatial resolution based on Brillouin optical correlation domain analysis,” OPTICS LETTERS Vol. 31, No. 17, September 1, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＢＯＣＤＡでは、ポンプ光およびプローブ光の周波数の相関は、被験体内の上記一致点などの測定したい場所以外でも完全にゼロではない。このために、ＢＯＣＤＡでは目的とするブリルアン周波数シフトを検出するための相関信号のほかに、測定したい場所以外で生じた信号が大きな割合で生じる。これを除外するため、ポンプ光−プローブ光に複雑な周波数変調を加える等の様々なポンプ光およびプローブ光の周波数変調手段が必要になる。
【０００７】
被験体中のブリルアン周波数シフトνBの分布をｃｍ程度以下の空間分解能で測定するもう１つの従来技術として、被験体の音響フォノンの寿命よりも短い周期Ｔ＝１／Δｆを有する光パルス（光コム）をプローブ光及びポンプ光として用いる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法の利点は、被験体中でのプローブ光及びポンプ光の２つの光パルスの衝突地点以外では誘導ブリルアン散乱が全く生じないため、ＢＯＣＤＡで必要となるプローブ光及びポンプ光に対する複雑な変調手段が不要となることである。
【０００８】
しかしながら、ブリルアン散乱を発生させるためには、プローブ光の周波数は、ポンプ光の周波数に対して被験体におけるブリルアン周波数シフトνＢ程度（約１１［ＧＨｚ］）だけ小さく設定する必要がある。このために、例えば特許文献１に記載の方法では、例えば単一側波帯変調器（ＳＳＢ変調器）などによりプローブ光に対して約１１［ＧＨｚ］程度のダウンシフトを与えている。ＳＳＢ変調器においてダウンシフト量を変更しながら、受光部においてプローブ光の利得を測定することで、ブリルアン利得スペクトルを取得している。
【０００９】
このように、ＢＯＣＤＡでは、ＳＳＢ変調器のような高周波での周波数ダウンシフト手段が必要となるため、装置構成が複雑になると同時に、測定時の装置の制御も複雑であり、装置価格の低廉化を妨げていた。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高度な周波数制御が不要な簡易な装置構成によりブリルアン利得スペクトルを測定することが可能な装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る装置によると、被験体中において互いに反対方向に伝搬するプローブ光及びポンプ光による誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光のブリルアン利得スペクトルを測定する装置であって、被験体の音響フォノンの寿命よりも短い周期を有する光コムを発生する光コム発生部と、前記光コムをプローブ光及びポンプ光にそれぞれ分岐する分岐部と、前記プローブ光における第１の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過する第１の光バンドパスフィルタと、前記ポンプ光における第２の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過する第２の光バンドパスフィルタと、前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方の位相を遅延させる遅延部と、前記被験体において誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光の強度を測定する受光部と、前記光コム発生部が発生する前記光コムの繰り返し周波数Δｆを制御する制御部と、を備え、前記第１の光バンドパスフィルタにおける前記第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、前記第２の光バンドパスフィルタにおける前記第２の透過周波数帯の透過中心周波数よりも小さくなるように設定されており、前記制御部により前記光コムの繰り返し周波数Δｆを変更しながら前記受光部において前記増幅されたプローブ光の強度を測定することにより、ブリルアン利得スペクトルを測定することを特徴とする。
【００１２】
本発明の他の態様に係る装置によると、ｎを任意の整数とし、前記被験体の長さをＬとし、前記被験体中での光パルスの群速度をＶｇとし、前記光コムの周期をＴ＝１／Δｆとし、前記被験体における前記プローブ光及び前記ポンプ光の光パルスの衝突地点の変化量をΔｚとし、前記遅延部による遅延量をｔとし、前記遅延量ｔを前記周期ＴのＭ倍（ｔ＝ＭＴ）とすると、前記制御部は、前記繰り返し周波数Δｆを以下の（式１１）に示されるｎの各値及び各Δｚについて求めたｆ’だけ変化させることを特徴とする。
【００１３】
本発明のさらに他の態様に係る装置によると、前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方を増幅する光増幅部をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る方法によると、光コムをプローブ光及びポンプ光として用い、被験体中において互いに反対方向に伝搬する前記プローブ光及び前記ポンプ光による誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光のブリルアン利得スペクトルを測定する方法であって、第１の光バンドパスフィルタを用いて前記プローブ光における第１の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過し、第２の光バンドパスフィルタを用いて前記ポンプ光における第２の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過するステップであって、前記第１の光バンドパスフィルタにおける前記第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、前記第２の光バンドパスフィルタにおける前記第２の透過周波数帯の透過中心周波数よりも小さくなるように設定されている、ステップと、前記プローブ光及び前記ポンプ光の少なくとも一方の位相を遅延させるステップと、前記光コムの繰り返し周波数Δｆを変更しながら前記増幅されたプローブ光の強度を測定することにより、ブリルアン利得スペクトルを測定するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の態様に係る方法によると、ｎを任意の整数とし、前記被験体の長さをＬとし、前記被験体中での光パルスの群速度をＶｇとし、前記光コムの周期をＴ＝１／Δｆとし、前記被験体における前記プローブ光及び前記ポンプ光の光パルスの衝突地点の変化量をΔｚとし、前記遅延させるステップによる遅延量をｔとし、前記遅延量ｔを前記周期ＴのＭ倍（ｔ＝ＭＴ）とすると、前記測定するステップは、前記繰り返し周波数Δｆを以下の（式１１）に示されるｎの各値及び各Δｚについて求めたｆ’だけ変更させながら、前記ブリルアン利得スペクトルを測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様に係る装置及び方法によると、高度な周波数制御が不要な簡易な装置構成により、高い空間分解能でブリルアン利得スペクトルを取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るブリルアン利得スペクトルを測定する装置を例示する図である。
【図２】第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４を通過した光パルスのスペクトルを示す図である。
【図３】光コムの繰り返し周波数Δｆに対するブリルアン利得スペクトルの特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１９】
＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るブリルアン利得スペクトルを測定する装置を例示する。図１には、光コム発生部１と、分岐部２と、第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４と、遅延部５と、光増幅部６、サーキュレータ７と、受光部８と、制御部９と、を備えたブリルアン利得スペクトルを測定する装置が示されている。
【００２０】
図１に示されるように、第１の光バンドパスフィルタ３とサーキュレータ７との間には、例えば光ファイバやＰＬＣ等の被験体１００が接続される。被験体１００の一端にはプローブ光が結合し、被験体１の一端とは反対側の他端にはポンプ光が結合する。被験体中において互いに反対方向に伝搬するプローブ光及びポンプ光による誘導ブリルアン散乱によってプローブ光が増幅される。
【００２１】
光コム発生部１は、一定の周波数間隔Δｆ（＝１／Ｔ）＝５０［ＭＨｚ］程度で並んだ複数の輝線スペクトル成分を有する光コムを発生することができる。光コム発生部１が発生する光コムは、被験体１００において誘導ブリルアン散乱をもたらす音響フォノン寿命よりも短い周期Ｔ＝１／Δｆを有する。光コム発生部１が発生する光コムの周期Ｔは、数％の範囲で可変であるとする。被験体１００の長さをＬとし、被験体１００中での光パルスの群速度をＶｇとすると、光コム発生部１が発生する光コムの周期Ｔは、以下の（式１）を満たすように設定される。
ＶｇＴ／２＞Ｌ      （式１）
【００２２】
また、光コム発生部１が発生する光コムのパルス幅は、そのスペクトル帯域がブリルアン周波数シフトνＢよりも大きくなるように設定される。被験体１００として光ファイバを用いた場合、被験体１００としての光ファイバのブリルアン周波数シフトνＢは約１１［ＧＨｚ］であるため、光コム発生部１が発生する光コムのパルス波形がガウス型であるとすると、約４０［ｐｓ］のパルス幅によって約１１ＧＨｚのスペクトル幅が実現できる。つまり、光コム発生部１が発生する光コムは、４０［ｐｓ］以下の狭いパルス幅に設定すればよい。このようなパルス幅の光コムは、例えば周期可変パルス信号によって駆動されたＬｉＮｂＯ３変調器により連続光を変調することにより実現することができる。
【００２３】
光分岐部２は、光コム発生部１から出力された光コムを２分岐することができる。光分岐部２の一方の分岐は被験体１００の一端に結合し、光分岐部２の他方の分岐は被験体１００の一端とは反対側に設けられた他端に結合する。
【００２４】
第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４は、それぞれ、透過幅がブリルアン周波数シフトνＢ程度またはそれより小さい第１及び第２の透過周波数帯が設定されている。第１の光バンドパスフィルタ３は、分岐部２から分岐されたプローブ光における第１の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過し、第２の光バンドパスフィルタ４は、分岐部２から分岐されたポンプ光における第２の透過周波数帯の周波数成分のみを選択的に透過する。第１の光バンドパスフィルタ３における第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、第２の光バンドパスフィルタ４における第２の透過周波数帯の透過中心周波数よりも小さくなるように設定されている。具体的には、第１の光バンドパスフィルタ３における第１の透過周波数帯の透過中心周波数は、第２の光バンドパスフィルタ４における第２の透過周波数帯の透過中心周波数に対してブリルアン周波数シフトνＢ程度だけ小さくなるように設定されている。
【００２５】
遅延部５は、入力した光の位相に対して所定の遅延を与えることができる。遅延部５における光の遅延量を調整することによりポンプ光及びプローブ光の相対的な位相を調整することができる。これにより、被験体１００内におけるポンプ光及びプローブ光の光パルスが衝突して誘導ブリルアン散乱を生じる位置を調整することが可能となる。遅延部５における入射光の遅延量を操作して、被験体１００全体にわたってポンプ光及びプローブ光の衝突位置を変更することにより、被験体１００全体におけるブリルアン周波数シフトの分布測定が可能となる。そしてその趣旨からして、遅延部５は、プローブ光及びポンプ光のいずれ又は両方の経路に配置されても構わないことは明らかである。
【００２６】
光増幅部６は、それぞれ、入力した光を増幅することにより、被験体１００で発生するブリルアン利得の強度を制御することができる。そしてその趣旨からして、光増幅部６は、プローブ光及びポンプ光のいずれ又は両方の経路に配置されても構わないことは明らかである。
【００２７】
サーキュレータ７は、入力したポンプ光を被験体１００に出力するとともに、被験体１００におけるプローブ光及びポンプ光の光パルスの衝突位置での誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光を受光部８に出力する。
【００２８】
受光部８は、サーキュレータ７から出力された、被験体１００におけるポンプ光及びプローブ光の光パルスの衝突位置での誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光の光強度を測定する。
【００２９】
制御部９は、光コム発生部１が発生する光コムの繰り返し周波数Δｆを制御することができる。制御部９は、光コムの繰り返し周波数Δｆを変更することにより、被験体１００における、プローブ光とポンプ光との衝突地点及びブリルアン周波数シフトνＢ付近でのブリルアン利得スペクトルの間隔を連動して変更することができる。
【００３０】
本発明では、制御部９において光コム発生部１が発生する光コムの繰り返し周波数Δｆを変更しながら、受光部８において誘導ブリルアン散乱によって増幅されたプローブ光の光強度を測定することにより、ブリルアン利得スペクトルを取得することができる。
【００３１】
以下、図１に示す構成を例に、本発明の一実施形態に係るブリルアン利得スペクトルを測定する装置における光信号処理を説明する。
【００３２】
光コム発生部１で発生した周波数間隔Δｆの光コムは、光分岐部２において２分岐され、一方はプローブ光として第１の光バンドパスフィルタ３に入射し、他方はポンプ光として第２の光バンドパスフィルタ４に入射する。
【００３３】
第１の光バンドパスフィルタ３に入力されたプローブ光は、第１の光バンドパスフィルタ３を透過後に被験体１００の一端に入力される。第２の光バンドパスフィルタ４に入力されたポンプ光は、第２の光バンドパスフィルタ４を透過し、遅延部５において遅延が与えられて光増幅部６に入力され、光増幅部６において増幅されて、サーキュレータ７を介して被験体１００の他端に入力される。
【００３４】
被験体１００の一端に入力されたプローブ光は、被験体１００内で、被験体１００の他端から入力されたポンプ光と衝突して誘導ブリルアン散乱によって増幅される。当該誘導ブリルアン散乱によって増幅された光は、サーキュレータ７を介して受光部８に入力され、受光部８においてその光強度が測定される。
【００３５】
図２は、第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４を通過した光パルスのスペクトルを示す。第１の光バンドパスフィルタ３の透過中心周波数は、第２の光バンドパスフィルタ４の透過中心周波数に対してブリルアン周波数シフトνＢだけ小さくなるように設定されているものとする。この結果、図２に示すように、第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４をそれぞれ透過した光コムのスペクトルは、どちらも繰り返し周波数Δｆを間隔とする櫛型のスペクトルとなる。また、図２に示すように、第１の光バンドパスフィルタ３を透過後のプローブ光のスペクトルは、第２の光バンドパスフィルタ４を透過後のポンプ光のスペクトルに対して、その中心周波数がνＢだけ小さい。
【００３６】
プローブ光とポンプ光との間で誘導ブリルアン散乱が起こるためには、第１の光バンドパスフィルタ３を透過後のプローブ光の歯状の複数本のスペクトル成分のうちのいずれか１本と第２の光バンドパスフィルタ４を透過後のポンプ光の歯状の複数本のスペクトル成分のうちのいずれか１本とが、ちょうどブリルアン周波数シフトνＢだけ異なることが必要である。そのための条件は、ブリルアン周波数シフトνＢの間に含まれる光コムのスペクトル成分の本数をＮ（Ｎは整数）とすると、以下の（式２）で示されるように、繰り返し周波数Δｆがブリルアン周波数シフトνＢの整数分の１に等しいときに、誘導ブリルアン散乱が生じることを意味している。
Δｆ＝νＢ／Ｎ      （式２）
【００３７】
仮に、νＢを１０［ＭＨｚ］と仮定し、繰り返し周波数Δｆを約５０［ＭＨｚ］とすると、誘導ブリルアン散乱が生じる繰り返し周波数Δｆは、Ｎ＝２０１の場合はΔｆ＝４９．７５１２［ＭＨｚ］であり、Ｎ＝２００の場合はΔｆ＝５０［ＭＨｚ］であり、Ｎ＝１９９の場合はΔｆ＝５０．２５１３［ＭＨｚ］である。
【００３８】
図３は、光コムの繰り返し周波数Δｆに対するブリルアン利得スペクトルの特性を例示する。図３に示すように、ブリルアン利得スペクトルは、繰り返し周波数Δｆの変化に伴いスペクトル３０１のように周期的な変化をする。また、図３に示すように、スペクトルの周期的な変化はΔｆ／Ｎの間隔となる。被験体１００に歪が加わるなどによりブリルアン周波数シフトνＢが変化した場合には、このスペクトル３０１が図３に示すスペクトル３０２のようにシフトするため、ブリルアン周波数シフトνＢの変化を検出することにより、加わった歪を検出することができる。
【００３９】
第１及び第２の光バンドパスフィルタ３および４を通過した後のプローブ光及びポンプ光のパルス幅δＴは、第１及び第２の光バンドパスフィルタ３および４の半値透過幅をδＦとすると、ガウス型のスペクトルを仮定した場合には、以下の（式３）で表される。
【００４０】
【数１】
2019203860.tif 000003
【００４１】
プローブ光及びポンプ光による誘導ブリルアン散乱は、プローブ光及びポンプ光の光パルスが衝突する１点でのみ生じるので、ここで検出されるブリルアン周波数シフトνＢはその衝突地点で生じた誘導ブリルアン散乱によるものである。そのため、光コムの衝突地点を順次変更して観測を行えば、被験体１００全体でのブリルアン周波数シフトνＢの分布を取得することができる。また、この時の空間分解能は、δＴＶｇ／２であり、パルス幅によって決まる。仮に、被験体１００を光ファイバとし、δＦ＝５［ＧＨｚ］とすると、空間分解能は約９［ｍｍ］となる。
【００４２】
以下、光コム発生部１０で発生した光コムの周波数間隔Δｆの変更と遅延部５における光パルスの遅延との関係について説明する。プローブ光に対してスペクトル成分がＭ（Ｍは整数）本分遅延したポンプ光が被験体１００でプローブ光と衝突する場合を考える。遅延部５による遅延量をｔとし、遅延量ｔを光コムの周期ＴのＭ倍（ｔ＝ＭＴ）に設定した場合、繰返し周波数Δｆをｆ’だけ変化させると、隣り合う衝突地点ｚ0及びｚ1、被験体１００におけるプローブ光及びポンプ光の光パルスの衝突地点の変化量Δｚは、それぞれ、以下の（式４）〜（式６）で表される。
【００４３】
【数２】
2019203860.tif 000004
【００４４】
【数３】
2019203860.tif 000005
【００４５】
【数４】
2019203860.tif 000006
【００４６】
衝突地点の変化量Δｚは、任意に設定可能である。被験体１００の長さＬは、上記（式１）に示されるように高々ＶｇＴ／２である。そのため、光パルスの衝突地点を被験体１００の全区間にわたって変更するために必要な周波数変化量ｆＬ’は、（式６）のΔｚをＶｇＴ／２にすることにより、以下の（式７）で表される。
【００４７】
【数５】
2019203860.tif 000007
【００４８】
被験体１００の同じ地点のブリルアン利得スペクトルを測定するための周波数間隔は、以下の（式８）で表される。
【００４９】
【数６】
2019203860.tif 000008
【００５０】
上記（式８）により、第１及び第２の光バンドパスフィルタ３及び４をそれぞれ透過後のＮ本離れたプローブ光及びポンプ光の周波数差は、制御部９による繰り返し周波数の変更前はＮΔｆであるのに対し、変更後はＮΔｆ＋ＮｆＬ’となる。この繰り返し周波数Δｆの変更は、光コムの櫛型スペクトルの歯の間隔を変更するものであるため、被験体１００のある１つの地点でブリルアン周波数シフトνＢを観測可能な周波数間隔はＮｆＬ’になる。このスペクトルの周波数間隔は、ブリルアン利得スペクトルの広がりΔνＢに対して十分に小さいことが必要であるため、Ｍは以下の（式９）で示すように設定する必要がある。
【００５１】
【数７】
2019203860.tif 000009
【００５２】
例えば、ΔνＢ＝３０［ＭＨｚ］、Δｆ＝５０［ＭＨｚ］、Ｎ＝２００とすると、Ｍは以下の（式１０）で示すように設定する必要がある。
【００５３】
【数８】
2019203860.tif 000010
【００５４】
例えばＭを１０００と仮定すると、ｔ＝ＭＴ＝２０［ｍｓ］である。この遅延は遅延部５を４［ｋｍ］程度の光ファイバによって構成することにより実現することができる。このとき、ＮｆＬ’＝５［ＭＨｚ］である。遅延量ｔをさらに大きくすれば、ＮｆＬ’を小さくすることができる。
【００５５】
当初の衝突位置からΔｚだけずれた位置で観測を行うためには、プローブ光とポンプ光とが被験体１００の全長の整数倍ｎとΔｚとに相当する遅延差分だけ周波数が変化すればよい。そのため、ブリルアン利得スペクトルの観測を行うための周波数変化量ｆ’は、上記（式６）で示されるΔｚと、（式７）で示される光パルスの衝突地点を被験体１００の全区間にわたって変更するために必要な周波数変化量ｆＬ’の整数倍ｎとを用いて整理すると、以下の（式１１）で表される。
【００５６】
【数９】
2019203860.tif 000011
【００５７】
このとき、各ｎに対して、プローブ光及びポンプ光におけるブリルアン周波数シフトνＢ付近での周波数間隔は、以下の（式１２）で示すように設定すればよい。
【００５８】
【数１０】
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【００５９】
すなわち、（式１１）のｆ’を変更することで、各々のｎ及び各測定点に対して、ＮΔｆ／（２Ｍ）ごとの周波数間隔でブリルアン利得スペクトルの測定を行うことができる。言い換えると、（式１１）のｆ’において、Δｚを固定して、ｎを順次変更することで、測定点におけるＮΔｆ／（２Ｍ）ごとの周波数間隔のブリルアン利得スペクトルの測定を行うことができる。また、各ｎに対して、さらにΔｚを変更することで、各測定点に対するブリルアン利得スペクトルを測定できる。
【００６０】
このように、光コムの繰り返し周波数Δｆを上記（式１１）のｎの各値及び各Δｚについて求めたｆ’だけ変化させることにより、被験体１００の各地点について、ＮΔｆ／（２Ｍ）ごとの周波数間隔でブリルアン利得スペクトルの測定を行うことが可能となる。
【００６１】
このときに強調すべきは、従来技術ではブリルアン利得スペクトル測定と衝突位置測定を別個の手段で実施するのに対し、本実施形態では、光コムの繰返し周波数を変更するという簡便な手法でブリルアン利得スペクトル測定と衝突位置測定を実施可能なことである。このため、本発明に係る装置及び方法によると、高度な周波数制御が不要な簡易な装置構成により、極めて高い分解能でブリルアン利得スペクトルを測定することが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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