(57)【要約】【課題】光線路の光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量などについて、測定時間の短縮を実現する。【解決手段】光線路上のある地点におけるブリルアン利得スペクトルを１回の測定で得られるようにすることで、短時間測定を可能にしたものである。具体的には、周波数の異なるX個のプローブ光を内包するプローブ光パルス列と、プローブ光とペアを成す周波数の異なるX個のポンプ光を内包するポンプ光パルス列との対向伝搬によりブリルアン利得スペクトルを求めるものであって、ｉ番目のプローブ-ポンプ対（対をなすプローブ光とポンプ光）の周波数差を、ｉ-1番目のそれによりΔｆだけ変化させ、それにより得られる各プローブ光のブリルアン利得から、ブリルアン利得スペクトルを得ることを特徴とする。【選択図】      図１
2015021748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析装置であって、
互いに波長の異なる第１試験光および第２試験光を時間的に制御してＸ個（Ｘは自然数）の周波数に変調する試験光周波数変調手段と、
前記試験光変調手段と同期し、周波数の異なるＸ個のプローブ光およびＸ個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化する試験光パルス化手段と、
前記パルス化されたＸ個の第１試験光によるプローブ光パルス列およびＸ個の第２試験光によるポンプ光パルス列を合波する合波手段と、
前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出するサーキュレータと、
前記サーキュレータで抽出された試験光からＸ個の第１試験光の周波数成分を抽出するフィルタ手段と、
前記フィルタ手段で抽出された第１試験光を受光して電流に変換する光・電気変換手段と、
前記電流に変換された第１試験光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、
前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射された第１試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からＸ個の周波数成分ごとに信号分離する周波数分離手段と、
前記Ｘ個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理手段と
を具備し、
前記試験光周波数変調手段は、所定の時間間隔ごとに第１試験光および第２試験光を周波数変調する手段であって、特定の第１試験光と第２試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第１試験光および第２試験光に対する周波数変調を施し、
前記演算処理手段は、前記第１試験光と第２試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する光線路の特性解析装置。
【請求項２】
前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる光線路であることを特徴とする請求項１に記載の光線路の特性解析装置。
【請求項３】
前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の光線路の特性解析装置。
【請求項４】
前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現することを特徴とする請求項１に記載の光線路の特性解析装置。
【請求項５】
被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析方法であって、
互いに波長の異なる第１試験光および第２試験光を時間的に制御してＸ個（Ｘは自然数）の周波数に変調し、
前記変調と同期し、周波数の異なるＸ個のプローブ光およびＸ個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化し、
前記パルス化されたＸ個の第１試験光によるプローブ光パルス列およびＸ個の第２試験光によるポンプ光パルス列を合波し、
前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出し、
前記抽出された試験光からＸ個の第１試験光の周波数成分を抽出し、
前記抽出された第１試験光を受光して電流に変換し、
前記電流に変換された第１試験光をデジタル信号に変換し、
前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングから被測定光線路に入射された第１試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からＸ個の周波数成分ごとに信号分離し、
前記Ｘ個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理を実行するものとし、
前記所定の時間間隔ごとに第１試験光および第２試験光を周波数変調する際に、特定の第１試験光と第２試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第１試験光および第２試験光に対する周波数変調を施し、
前記演算処理は、前記第１試験光と第２試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する光線路の特性解析方法。
【請求項６】
前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる光線路であることを特徴とする請求項５に記載の光線路の特性解析方法。
【請求項７】
前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の光線路の特性解析方法。
【請求項８】
前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現することを特徴とする請求項５に記載の光線路の特性解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定光線路の特性を測定する光線路の特性解析装置とその解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバなどの光線路を使用する光通信システムでは、光線路の故障を検出し、または故障位置を特定するために、光パルス線路監視装置が用いられる。この光パルス線路監視装置としては、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）が代表的である。
【０００３】
ところで、ＰＤＳ（Passive Double Star）型光線路構成の光線路監視においては、加入者側の光反射フィルタを利用し、プローブ光パルスとポンプ光パルスに時間差を与えて入射し、２つのパルスの衝突に伴うブリルアン利得を解析することで光線路特性を把握する方法（非特許文献１）が提案されている。従来、この方法では、平均化処理のために繰り返し測定を行っており、測定時間が長いことが課題であったが、最近では、光線路長手方向の光損失分布を短時間で得る方法（非特許文献２）が提案されている。
【０００４】
しかしながら、光線路特性を表す特性項目には、距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置など光損失分布により特定されるものの他に、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量など、光ファイバのブリルアン周波数シフト量変化により特定されるものがあり、後者の測定については、測定時間が長い、という問題が解消されていなかった。
【０００５】
ところで、被測定光線路形態を一心の線路に限定して、光コムの中心周波数を必要とする周波数分解能だけシフトさせながら繰り返し測定することで、一つのブリルアン利得スペクトルを得る技術が提案されている（非特許文献３）。しかしながら、この手法では、光線路特性の空間分解能と測定すべきブリルアン利得スペクトルの周波数分解能にトレードオフの関係があり、空間分解能とブリルアン利得スペクトルの周波数分解能を任意に決定することができない。このため、周波数分解能を高める場合にはサンプリングレートが劣化してしまい、動的な特性変化に対応できなくなることが懸念される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】H. Takahashi, et al., "Individual loss distribution measurement in 32-branched PON using pulsed pump-probe Brillouin Gain Analysis," Opt. Express, 21, No.6, 6739-6748, (2013).
【非特許文献２】高橋央, 戸毛邦弘, 伊藤文彦, 鬼頭千尋, “遠端反射のパルス光ブリルアン利得解析による分岐モニタリング技術,”Proceedings of 51th Meeting on Lightwave Sensing Technology, LST51-18, (2013).
【非特許文献３】P. Chaube, et al., “Distributed Fiber-Optic Sensor for Dynamic Strain Measurement,” IEEE Sens. J., 8, No.7, (2008).
【非特許文献４】熊谷達弥，佐藤忍，“フィジカルセキュリティ用サニャック干渉型光ファイバセンサの開発,”電気学会論文誌E（センサ・マイクロマシン部門誌）, 132, No.11, (2012).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上述べたように、光線路の光デバイスを監視するにあたり、加入者側の光反射フィルタを利用し、プローブ光パルスとポンプ光パルスに時間差を与えて入射し、２つのパルスの衝突に伴うブリルアン利得を解析することで光線路特性を把握する方法では、平均化処理のために繰り返し測定を行っており、測定時間が長いことが課題であった。
【０００８】
最近では、光線路長手方向の光損失分布を短時間で得る方法が提案されているが、光線路特性を表す特性項目には、距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置など光損失分布により特定されるものの他に、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量など、光ファイバのブリルアン周波数シフト量変化により特定されるものがあり、後者の測定については、測定時間が長い、という問題が解消されていなかった。
【０００９】
本発明は、上記の事情に着目してなされたもので、ブリルアン利得スペクトル分布を任意の周波数分解能にて一回の試行で測定可能であり、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量などの測定時間を短縮することのできる光線路の特性解析装置およびその特性解析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】
【００１０】
本発明に係る光線路の特性解析装置は、以下のような態様の構成とする。  
（１）被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析装置であって、互いに波長の異なる第１試験光および第２試験光を時間的に制御してＸ個（Ｘは自然数）の周波数に変調する試験光周波数変調手段と、前記試験光変調手段と同期し、周波数の異なるＸ個のプローブ光およびＸ個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化する試験光パルス化手段と、前記パルス化されたＸ個の第１試験光によるプローブ光パルス列およびＸ個の第２試験光によるポンプ光パルス列を合波する合波手段と、前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出するサーキュレータと、前記サーキュレータで抽出された試験光からＸ個の第１試験光の周波数成分を抽出するフィルタ手段と、前記フィルタ手段で抽出された第１試験光を受光して電流に変換する光・電気変換手段と、前記電流に変換された第１試験光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換手段と、前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射された第１試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からＸ個の周波数成分ごとに信号分離する周波数分離手段と、前記Ｘ個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理手段とを具備し、前記試験光周波数変調手段は、所定の時間間隔ごとに第１試験光および第２試験光を周波数変調する手段であって、特定の第１試験光と第２試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第１試験光および第２試験光に対する周波数変調を施し、前記演算処理手段は、前記第１試験光と第２試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する態様とする。
【００１１】
（２）（１）において、前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる態様とする。
（３）（１）において、前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかの態様とする。
【００１２】
（４）（１）において、前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現する態様とする。
また、本発明に係る光線路の特性解析方法は、以下のような態様の構成とする。  
（５）被測定光線路の特性を解析する光線路の特性解析方法であって、互いに波長の異なる第１試験光および第２試験光を時間的に制御してＸ個（Ｘは自然数）の周波数に変調し、前記変調と同期し、周波数の異なるＸ個のプローブ光およびＸ個のポンプ光を互いに任意の時間差を持ってパルス化し、前記パルス化されたＸ個の第１試験光によるプローブ光パルス列およびＸ個の第２試験光によるポンプ光パルス列を合波し、前記合波されたプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列を前記被測定光線路に順次入射し、当該被測定光線路から戻ってきた試験光を抽出し、前記抽出された試験光からＸ個の第１試験光の周波数成分を抽出し、前記抽出された第１試験光を受光して電流に変換し、前記電流に変換された第１試験光をデジタル信号に変換し、前記デジタル信号を復号化し、生成時の制御情報と受光タイミングから被測定光線路に入射された第１試験光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号からＸ個の周波数成分ごとに信号分離し、前記Ｘ個の各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から前記被測定光線路のブリルアン利得特性分布を取得する演算処理を実行するものとし、前記所定の時間間隔ごとに第１試験光および第２試験光を周波数変調する際に、特定の第１試験光と第２試験光間でのみブリルアン相互作用を生じさせるように第１試験光および第２試験光に対する周波数変調を施し、前記演算処理は、前記第１試験光と第２試験光の周波数間隔は所定時間間隔ごとに変化させ、当該周波数間隔と当該ブリルアン散乱強度から測定点におけるブリルアン利得スペクトルを取得し、前記プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の入射時間差を変化させつつ上記測定を繰り返し行うことでブリルアン利得スペクトル分布情報を形成し、その分布情報から前記被測定光線路の長手方向の光線路特性を解析する態様とする。
【００１３】
（６）（５）において、前記被測定光線路は、基幹光ファイバの一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光ファイバの一方端を光結合してなる態様とする。
（７）（５）において、前記光線路特性は、前記被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかの態様とする。
【００１４】
（８）（５）において、前記周波数変調手段は、シングルサイドバンド変調器または低雑音位相変調器と任意波形信号発生器の変調電気信号によって実現する態様とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、ブリルアン利得スペクトル分布を任意の周波数分解能にて一回の試行で測定可能であり、光線路長手方向の光ファイバひずみ変化量などの測定時間を短縮することのできる光線路の特性解析装置およびその特性解析方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態において、ポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル(BGS)とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得の変化を示す概念図である。
【図３】第１の実施形態における特性解析処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第２の実施形態における特性解析処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。  
まず、本発明を概略説明するに、本発明に係る光線路の特性解析装置は、以下の態様で構成される。
【００１８】
（被測定光線路の条件）  
本発明を適用する被測定光線路は、一心の光ファイバの遠端に試験光反射フィルタを具備し、または一心の光ファイバを光スプリッタにより第１から第Ｎの光ファイバに分岐した各分岐下部光ファイバの遠端に試験光反射フィルタを具備し、かつ光スプリッタによる分岐点から光フィルタまでのＮ本の分岐下部光ファイバについての長さの最小の差が本発明装置の光ファイバ識別分解能以上を有する光分岐線路である。
【００１９】
（装置構成の概要）  
本発明の試験光は、ブリルアン相互作用を生じる周波数差を持つ第一試験光（プローブ光）と第二試験光（ポンプ光）のペアを生成するために、プローブ光およびポンプ光は周波数変調電気信号を受けて動作する周波数変調器によりX個（Xは自然数）の異なる周波数に変調される。
【００２０】
ここで、第一試験光に内包されるi番目の周波数をf1i、第二試験光に内包されるi番目の周波数f2iとすると（iは自然数）、第一試験光と第二試験光は被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の初期値fBに対し、以下の4つの式を満たすように周波数変調する。
【００２１】
ペアを成す第一試験光と第二試験光の周波数差：f2i-f1i=fB+iΔf  
ペアを成さない第一試験光と第二試験光の周波数差：f2i-f1j=fB+(i-j）Δf+kΔfB 
第一試験光に内包されるプローブ光の周波数差：|f1i-f1j|≧Δf+kΔfB 
第二試験光に内包されるポンプ光の周波数差：|f2i-f2j|≧Δf+kΔfB
ただし、0＜iΔf≦ΔfB, ΔfBはブリルアンスペクトル幅、nは自然数、Δfは測定するブリルアン利得スペクトルの周波数軸上のプロット間隔（周波数分解能）、iとjはX以下の自然数、i≠j、kは1以上の定数であり、kΔfBは被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する）となるようにプローブ光またはポンプ光の変調周波数を制御する。Δfは任意に設定可能であり、必要とする空間分解能には制限を受けない。
【００２２】
また、前記周波数変調電気信号は、任意波形発生器に予めプログラムされた周波数変調電気信号である。また、前記任意波形発生器は、パルス・パターン・ジェネレータ（ＰＰＧ）またはファンクション・ジェネレータ（ＦＧ）からのトリガー信号によって時間的に制御されて動作する。
【００２３】
また、周波数変調器はシングルサイドバンド変調器やＬＮ位相変調器を使用可能である。前記ＰＰＧまたはＦＧのトリガー信号は、受信信号収録のトリガー信号と共用することで、変調周波数の送信側と受信側の同期をとることができる。
周波数の異なるX個のプローブ光およびX個のポンプ光は、周波数変調器と共用するＰＰＧまたはＦＧのトリガー信号に基づき同期したパルス化装置によって相対的に任意の時間差を持ってパルス化され、それぞれプローブ光パルス列、ポンプ光パルス列となる。
【００２４】
ここで、パルス化装置は音響光学変調器やＬＮ強度変調器、光スイッチが使用可能である。  
上記試験光パルス列は、それ以前に送信された試験光パルス列が被測定光線路から排出された後に送信される。
以上の構成により、被測定光線路に入射する第一試験光および第二試験光は、所定の時間間隔ごとに所定の周波数間隔で変化し、f2i-f1i=fB+iΔfに一致する周波数差を持って対を成し、かつX個のプローブ光およびX個のポンプ光の周波数はいずれも一致しない試験光パルス列となる。
【００２５】
また、周波数変調電気信号、パルス化装置、受信信号収録の動作開始は一つのトリガー信号を共用するため、受信側の特性解析装置では、任意時間における送信側出力状態（周波数、出力の有無）を把握することができる。
プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列は合波素子で合波され、被測定光線路に順次入射する。被測定光線路遠端の試験光反射フィルタで反射されたX個のプローブ光は、各々f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差で対をなすポンプ光のみと被測定光線路中でブリルアン相互作用を生じ、ブリルアン利得を受ける。一方、ペアリングされていないプローブ光とポンプ光パルス間では周波数差がf2i-f1j=fB+(i-j）Δf+kΔfBとなり、fB+ΔfBと比較して十分大きく（または十分小さく）なるため、ブリルアン相互作用を生じることはなく、同一プローブ光が被測定光線路中で多重にブリルアン利得を受けることはない。
【００２６】
戻ってきた試験光は光サーキュレータで抽出され、さらにX個のプローブ光の周波数成分のみが光フィルタで抽出される。  
光フィルタで抽出されたプローブ光はフォトディテクタなどで受光して電流に変換し、電流に変換されたプローブ光をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換され、デジタル信号を復号化し、被測定光線路が分岐線路である場合には試験光生成時の制御情報と受光タイミングからいずれの分岐下部光ファイバに入射されたプローブ光のデジタル信号であるのかを特定し、特定されたデジタル信号はフーリエ変換などの演算処理にてX個の周波数成分ごとに分離し、各周波数成分のブリルアン利得を解析し、プローブ光とポンプ光の衝突地点までの線路特性情報を出力する。
【００２７】
さらに、プローブ光およびポンプ光の入射時間差を変化させることでプローブ光とポンプ光の衝突地点を変化させながら上記測定を繰り返し行い、繰り返し測定した測定結果から光スプリッタの下部分岐ファイバそれぞれのブリルアン利得特性分布を出力する。
【００２８】
（測定する特性項目）  
光線路特性は、被測定光線路の距離に対する光減衰量、曲げ障害の位置、曲げの程度、断線障害の位置、距離に対する温度変化量、光線路長手方向の光ファイバ歪み変化量の少なくともいずれかである。
（演算処理）  
演算処理手段は、予めポンプ光パルス列を入射しない条件下でプローブ光パルス列を入射し、一心の被測定光線路からのプローブパルス列の先頭の戻り時間t1、またはN本の分岐下部光ファイバを有する被測定光線路からのプローブパルス列の先頭の戻り時間t1〜tNを各々測定し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間と前記周波数変調手段による周波数変調時間の情報から、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間を特定し、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間から周波数変調時間にかけて受信すべき変調周波数を特定し、プローブ光パルス列に内包されるX個の各プローブ光周波数の戻り時間から周波数変調時間内において受信信号強度の時間変化をフーリエ変換して周波数分離を行い、当該時間に受信すべきプローブ光周波数成分を抽出し、当該周波数信号成分の参照プローブ光パワーとする。
【００２９】
続いて、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列を所定の時間差で入射し、参照プローブ光パワーの測定と同様にして、ポンプ光によるブリルアン利得を受けたプローブ光シグナルパワーを測定する。そして、プローブ信号パワーと参照プローブ光パワーの当該周波数成分の強度の比率から当該プローブ光周波数成分が得たブリルアン利得をそれぞれ独立に解析する態様とする。
【００３０】
このとき、対を成すプローブ光とポンプ光の周波数差はペアによって異なるため、プローブ光が得られるブリルアン利得量も各々異なる。本手法で使用する帯域（100GHz以下）のポンプ光がなすブリルアン周波数シフト量νBは、不変とみなすことができるため、同一プローブ光パルス列に内包される各プローブ光のブリルアン利得について、プローブ光とポンプ光の周波数差f2i-f1i=fB+iΔfを横軸にとってプロットすることで、当該衝突地点におけるブリルアン利得スペクトルを一度の測定で取得することができる。この最大値をとる周波数差がブリルアン周波数シフトの測定値νBである。プローブ光パルス列とポンプ光パルス列の入射時間差を順次変化させることで被測定光線路長手方向のブリルアン利得スペクトル分布を形成することができる。これらブリルアン利得スペクトル分布からブリルアン周波数シフトνBの分布を得ることでひずみ分布や温度分布の測定が可能である。あるいは、ブリルアン利得スペクトルの最大値または面積を求めることで損失分布の測定が可能である。
【００３１】
以上の光線路特性データ取得のサンプリングレートは、1回の試行（1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定）で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。特に１回で信号対雑音比が1以上になる測定条件において、本手法はダイナミックにひずみが変動する被測定光線路について、１地点のひずみ変動情報を光サンプリングレートにて計測可能である。
【００３２】
以上のように、ブリルアン利得解析を用いる光線路の特性解析技術において、一心または分岐線路を有する被測定光線路にブリルアン周波数シフト量が長手方向に変化する場合に、周波数差の異なる試験光パルス対による一括並列測定によって１地点のブリルアン利得スペクトルを一回の測定で取得することが可能であるため、高サンプリングレートでブリルアン周波数シフト量変化を計測可能であり、かつ、繰り返し試行を重ねることで被測定光線路長手方向のブリルアン利得スペクトル分布を測定可能であり、かつ、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能や特性分布分解能、ブリルアン利得スペクトル分解能を劣化させずに以上の測定結果を取得可能な光線路と分岐光線路の特性解析装置を提供することができる。
【００３３】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る光分岐線路の特性解析装置の構成を示すブロック図である。図１に示す装置（点線で囲まれた被測定光ファイバを除く、他の全構成部分）は、周波数の異なるX個のプローブ光がそれぞれペアを成す周波数の異なるX個のポンプ光との対向伝搬により被測定ファイバ２３中で受けたブリルアン利得の特性分布を求めることができるものである。
【００３４】
図１に示す第１の実施形態において、レーザ光源１１から出力された連続光は、分岐素子１２によって２系統に分岐される。  
分岐素子１２で分岐された光の一方を第１試験光（プローブ光）、他方を第２試験光（ポンプ光）とする。第１試験光は、光周波数シフタ１３により周波数がブリルアン周波数シフト量νBだけシフトされる。具体的には、光周波数シフタ１３は、正弦波発生器（図示せず）からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器（ＬＮ位相変調器）、振幅強度変調器やＳＳＢ変調器が使用可能である。
【００３５】
光周波数シフタ１３で周波数シフトされた第１試験光は分岐素子１４で２系統に分岐され、一方はプローブ光、他方はローカル光となる。プローブ光は光周波数変調装置１５に入射され、時間的に制御されたX段階に周波数が変調された光となる。さらに、プローブ光は光パルス化装置１６によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたプローブ光パルス列となる。
【００３６】
一方、分岐素子１２によって分岐された第２試験光も同様にして、光周波数変調装置１７にて周波数変調され、さらに光パルス化装置１８によるパルス化変調によってＸ波の周波数の異なる時間的に配列されたポンプ光パルス列となる。X個のプローブ光とポンプ光の内、１波目のプローブ光とポンプ光、２波目のプローブ光とポンプ光、…X波目のプローブ光とポンプ光は互いにνBの周波数差を持ち、プローブ−ポンプ対をなす。プローブ−ポンプ対でのみブリルアン相互作用を生じる条件を満たし、いずれのプローブ光およびポンプ光も互いに異なる周波数を持つ。
【００３７】
ここで、f0をレーザ光源１１の無変調の光周波数、νBをブリルアン後方散乱による光周波数シフト量、ΔνBをブリルアン利得帯域の半値幅、Aを定数とすると、レーザ光源（周波数f0）１１が与える誘導ブリルアン散乱の利得係数gBは以下の式で表される。  
【００３８】
【数１】
2015021748.tif 000003
（1）式によれば、本実施形態の手法においてポンプ光パルス列に内包されるi番目のポンプ光の光周波数f2i = f0 -iΔf -ikΔfBとし、プローブ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iはプローブ−ポンプ対において互いにνBの周波数差を持つようなf1i = f0 -iΔf -ikΔfB -νB に一致する場合、プローブ光はポンプ光から最大の利得を得る。
【００３９】
本手法の目的である、一回の測定である地点のブリルアン利得スペクトルを取得するため、一心の被測定光線路に想定されるνBに対して、プローブ光とポンプ光の周波数差の初期値をfBとし、ポンプ光パルス列に内包されるi番目のポンプ光の光周波数f2i = f0 -iΔf-ikΔfB、プローブ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1i= f0 -iΔf -ikΔfB -fBに設定する。ただし、fB =νB -ΔfB/2程度に設定することが効率的な測定のために望ましいが、fB ＜νB-ΔfB/2であり、なおかつ、ペアを成す試験光の組数をXとすると、XΔf＞ΔfBとなるようにXおよびΔfを設定する。これにより、ブリルアン利得スペクトルを測定することが可能となる。
【００４０】
また、プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包される各周波数成分については、周波数空間で隣接する成分同士を、被測定光線路に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きく離して配置する。これにより、ペア間以外でのブリルアン相互作用の発生を回避することができる。
【００４１】
図２に、本手法のポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ）とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得の概念図を示す。図２（ａ）に示すように、ポンプ光パワーP21、P22、P23、P24により、ブリルアン周波数シフト量νBだけ低周波側にブリルアン利得スペクトルBGS1，BGS2，BGS3，BGS4をそれぞれ形成する。プローブ光パルス列に内包されるプローブ光（周波数f11、f12、f13、f14）は各BGS中の丸点で示すブリルアン利得を得る。
【００４２】
ここで、図２（ｂ）に示すように、ポンプ光の周波数帯域（ここではf24-f21）においてブリルアン周波数シフト量νBは不変とみなせる上に、周波数f11、f12、f13、f14は初期設定ブリルアン周波数シフト量に対してΔf、2Δf、3Δf、4Δfの周波数差を持つため、各プローブ光成分は異なるブリルアン利得を得ることになる。ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、各プローブ光が得たブリルアン利得をプロットすることで、ブリルアン利得スペクトルを得ることができる。
【００４３】
上記光パルス化装置１６、光パルス化装置１８は、具体的には、任意波形駆動したLiNbO3を用いた振幅変調器や音響光学変調器が利用可能である。ここで、光パルス化とは、連続光のプローブ光およびポンプ光を強度変調し、m波目（mは自然数）の試験光と(m-1)波目の試験光を時間的に分離することである。また、光周波数変調装置１５,１７による光周波数変調および光パルス化装置１６,１８による光パルス化変調の順序は任意である。
【００４４】
ただし、光周波数変調装置１５,１７の変調周波数を制御する変調周波数制御器１９と光パルス化装置１６,１８を制御する光パルス化制御器２０、信号処理装置（ＰＣ）２８に接続されたアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２７は、パルス・パターン・ジェネレータ（ＰＰＧ）またはファンクション・ジェネレータ（ＦＧ）のトリガー信号によって同期動作する。
【００４５】
X個の周波数（波長）の異なるプローブ光によるプローブ光パルス列とX個の周波数（波長）の異なるポンプ光によるポンプ光パルス列は、合波素子２１によって合波され、サーキュレータ２２を通過して被測定光線路（光ファイバ）２３に順次入射される。被測定光線路２３は、光ファイバ２３ａと光ファイバ終端に設置された試験光反射フィルタ２３ｂで構成される。
【００４６】
被測定光線路２３に入射したプローブ光パルス列とポンプ光パルス列は、被測定光線路２３の伝搬中にプローブ−ポンプ対のみでブリルアン相互作用を生じ、プローブ光は被測定光線路２３を伝搬往復中に一度だけブリルアン増幅を受ける。このブリルアン増幅を受けたプローブ光パルス列に内包される各プローブ光は光サーキュレータ２２に到達し、この光サーキュレータ２２によって光フィルタ２４に導かれる。ポンプ光パルス列も同様にして、光フィルタ２４に導かれるが、この光フィルタ２４はプローブ光パルス列のみを透過するもので、ここで透過したプローブ光パルス列は、光受信器２６で受信される。なお、合波素子２５にて分岐素子１４で分岐された無変調のローカル光と合波してヘテロダイン検波をしてもよい。
【００４７】
光受信器２６からの出力電流は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換されてから、信号処理装置（ＰＣ）２８に入力される。信号処理装置２８では入力された電流値に対して、後に説明する演算処理を行う。
以上の光線路特性データのサンプリングレートは、1回の試行（1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定）で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路２３の光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。
【００４８】
例えば、1回の試行で信号対雑音比が上回る場合（理論的には、必要な空間分解能を10mとすると、片道の線路損失が18dB程度以下の場合）、片道1kmの被測定光線路２３を100kHzのサンプリングレートで測定可能であり、自然の風で揺れることによってひずみが数十〜数百Hzで変化する（非特許文献４）架空ケーブルのひずみ量時間変化なども測定可能な高サンプリングレートを実現できる。
【００４９】
次に上述した本実施形態の光線路特性解析装置の動作について説明する。光周波数変調装置１５，１７、光パルス化装置１６，１８、光受信器２６、被測定光線路２３は、次の条件を満足する必要がある。
(条件１)  プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iおよびi番目のポンプ光の周波数f2iは、被測定光線路２３に想定されるブリルアン周波数シフトの初期値fBに対し、f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差のプローブ-ポンプ対をなすように光周波数変調装置１５，１７が動作し、かつ対をなすプローブ光とポンプ光が任意の時間差にて被測定光線路に入射するように光パルス化装置１６，１８が動作すること。
【００５０】
(条件２)  プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列からなる試験光パルス列を順次被測定光線路２３に入射する際、第一群の試験光パルス列が被測定光線路２３から排出された後に第二群の試験光パルス列を被測定光線路２３に入射し、かつ各試験光パルス列に内包される試験光パルスはいずれも互いにkΔfBだけ異なる周波数を持つこと。ただし、kΔfBは被測定光線路２３に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する。
【００５１】
ここで、条件１、２は次のような意味を持っている。  
条件１は、プローブ光がポンプ光によりブリルアン増幅を受けるための条件である。  
条件２は、任意の位置ｚのみのブリルアン利得情報を取得するための条件である。  
条件１、２を満たした場合、本実施形態により一心の被測定光線路について、1点で変動するブリルアン利得スペクトルを被測定光線路長のみで決まるサンプリングレートにて測定可能であり、かつ試行を繰り返すことで被測定光線路全体のブリルアン利得スペクトル分布を測定可能である。このため、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能やブリルアン利得スペクトル分布の空間解能と周波数分解能を劣化させることなく、測定時間を短縮することができる。
【００５２】
上記演算処理装置２８では、上記の測定を踏まえ、図３に示すフローチャートに従って演算処理を行う。この演算処理は全てコンピュータで制御可能である。
被測定光線路２３からのプローブ光パルス列のみを入射し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間tdを記録する（ステップＳ１１）。ブリルアン利得を受けない（ポンプ光を入射しない）条件下でのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光振幅強度を参照プローブ光強度として収録記録した先頭の戻り時間tdとプローブ光パルス幅から、いずれのプローブ光の参照プローブ光強度かを紐づけておく（ステップＳ１２）。また、ブリルアン利得を受ける（ポンプ光を入射する）条件下でのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光振幅強度を信号プローブ光強度として収録記録した先頭の戻り時間tdとプローブ光パルス幅から、いずれのプローブ光の参照プローブ光強度かを紐づけておく（ステップＳ１３）。続いて、参照プローブ光強度と信号プローブ光強度を比較し、ブルリアン利得情報を得る（ステップＳ１４）。最後に、ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、ブリルアン利得をプロットして当該地点におけるブリルアン利得スペクトルを得て（ステップＳ１５）、一連の処理を終了する。
【００５３】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態は、特に分岐を有する光線路を被測定光線路とする。
図４は、第２の実施形態に係る光線路特性解析装置の構成を示すブロック図である。図４に示す装置（点線で囲まれた被測定光線路を除く、他の全構成部分）は、周波数の異なるX個のプローブ光がそれぞれペアを成す周波数の異なるX個のポンプ光との対向伝搬により被測定光線路中で受けたブリルアン利得の特性分布を求めることができるものである。
【００５４】
図４に示す第２の実施形態において、レーザ光源１１から出力された連続光は、分岐素子１２によって２系統に分岐される。
分岐素子１２で分岐された光の一方を第一試験光、他方を第二試験光とする。第一試験光は、光周波数シフタ１３により周波数が被測定光線路２３に想定されるブリルアン周波数シフト量の初期設定値fBだけシフトされる。具体的には、光周波数シフタ１３は、正弦波発生器（図示せず）からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器（ＬＮ位相変調器）、ＳＳＢ変調器が使用可能である。
【００５５】
光周波数シフタ１３で周波数シフトされた第一試験光は分岐素子２で２系統に分岐され、一方はプローブ光、他方はローカル光となる。プローブ光は光周波数変調装置１５に入射され、時間的に制御されたX段階に周波数が変調された光となる。
さらに、プローブ光は光パルス化装置１６によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたプローブ光パルス列となる。
【００５６】
一方、分岐素子１２によって分岐された第二試験光も同様にして、光周波数変調装置１７にて周波数変調され、さらに光パルス化装置１８によるパルス化変調によってX波の周波数の異なる時間的に配列されたポンプ光パルス列となる。X個のプローブ光とポンプ光の内、1波目のプローブ光とポンプ光、2波目のプローブ光とポンプ光、…X波目のプローブ光とポンプ光は互いにf2i-f1i=fB+iΔfの周波数差を持ち、プローブ−ポンプ対をなす。プローブ−ポンプ対でのみブリルアン相互作用を生じる条件を満たし、いずれのプローブ光およびポンプ光は互いに異なる周波数を持つ。
【００５７】
プローブ光とポンプ光の周波数差の条件や、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列にそれぞれ内包されるプローブ光とポンプ光の周波数間隔の条件は第１の実施形態と同様である。また、第１の実施形態にて図２を用いて説明したポンプ光パルス列が成すブリルアン利得スペクトル(BGS)とプローブ光パルス列に内包するプローブ光が得るブリルアン利得は、第２の実施形態についても同様に生じる事象であり、ペアをなすプローブ光とポンプ光の周波数間隔はペア間で異なり、そのため各プローブ光成分は異なる大きさのブリルアン利得を得ることになる。よって、第１の実施形態と同様にして、ペアを成すプローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、各プローブ光が得たブリルアン利得をプロットすることで、ブリルアン利得スペクトルを得ることができる。
【００５８】
光パルス化装置１６、光パルス化装置１８は、具体的には、任意波形駆動したLiNbO3を用いた振幅変調器や音響光学変調器が利用可能である。ここで、光パルス化とは、連続光のプローブ光およびポンプ光を強度変調し、m波目（mは自然数）の試験光と(m-1)波目の試験光を時間的に分離することである。  
また、光周波数変調装置１５，１７による光周波数変調および光パルス化装置１６，１８による光パルス化変調の順序は任意である。
【００５９】
ただし、光周波数変調装置１５，１７の変調周波数を制御する変調周波数制御器１９と光パルス化装置１６，１８を制御する光パルス化制御器２０、信号処理装置（PC）２８に接続されたアナログ／デジタル（A/D）変換器２７は、パルス・パターン・ジェネレータ（PPG）またはファンクション・ジェネレータ（FG）のトリガー信号によって同期動作し、光周波数変調装置１５，１７と光パルス化装置１６，１８を通過したパルス化試験光の時間的な周波数配列は、信号処理装置（PC）２８が把握している状態にある。
【００６０】
X個の周波数（波長）の異なるプローブ光によるプローブ光パルス列とX個の周波数（波長）の異なるポンプ光によるポンプ光パルス列は合波素子２１によって合波され、光サーキュレータ２２を通過して被測定光線路２３に順次入射される。被測定光線路２３は、光スプリッタ２３１と分岐下部光ファイバ２３２ｉ（ｉは1〜N）と分岐下部光ファイバ終端に設置された試験光反射フィルタ２３３ｉで構成される。光スプリッタ２３１でＮ分岐されたプローブ光パルス列とポンプ光パルス列は、被測定光線路２３の伝搬中にプローブ−ポンプ対のみでブリルアン相互作用を生じ、プローブ光は被測定光線路２３を伝搬往復中に一度だけブリルアン増幅を受ける。このブリルアン増幅を受けたプローブ光パルス列に内包される各プローブ光は光サーキュレータ２２に到達し、この光サーキュレータ２２によって光フィルタ２４に導かれる。ポンプ光パルス列も同様にして、光フィルタ２４に導かれるが、この光フィルタ２４はプローブ光パルス列のみを透過するもので、ここで透過したプローブ光パルス列は分岐素子１４によって分岐された無変調のローカル光と合波素子２５によってヘテロダイン検波され、光受信器２６で受信される。
【００６１】
光受信器２６からの出力電流は、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換されてから、信号処理装置２８に入力される。信号処理装置２８では、入力された電流値に対して、後に説明する演算処理を行う。
以上の光線路特性データのサンプリングレートは、第１の実施形態と同様であり、1回の試行（1組のプローブ光パルス列とポンプ光パルス列による測定）で信号対雑音比が1以上になる場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数のみで決定される。1回の試行で信号対雑音比が1に満たない場合には、被測定光線路長に対する試験光の往復時間の逆数を信号対雑音比が1以上となるまでの平均回数で除した値が、本手法のサンプリングレートとなる。
【００６２】
次に上述した第２の実施形態の光線路の特性解析装置の動作について説明する。光周波数変調装置１５,１７、光パルス化装置１６，１８、光受信器２６、被測定光線路２３は、次の条件を満足する必要がある。
(条件１)  プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列に内包されるi番目のプローブ光の周波数f1iおよびi番目のポンプ光の周波数f2iは被測定光線路２３に想定されるブリルアン周波数シフトの初期値fBに対し、f2i-f1i=fB+iΔfの周波数差のプローブ−ポンプ対をなすように光周波数変調装置１５と１７が動作し、かつ対をなすプローブ光とポンプ光が任意の時間差にて被測定光線路２３に入射するように光パルス化装置１６および１８が動作すること。
【００６３】
(条件２)  プローブ光パルス列およびポンプ光パルス列からなる試験光パルス列を順次被測定光線路２３に入射する際、第一群の試験光パルス列が被測定光線路２３から排出された後に第二群の試験光パルス列を被測定光線路２３に入射し、かつ各試験光パルス列に内包される試験光パルスはいずれも互いにkΔfBだけ異なる周波数を持つこと。ただし、kΔfBは被測定光線路２３に想定されるブリルアン周波数シフト量の変化量またはΔfBのうち大きい方より十分大きくなるようにkを設定する。
【００６４】
(条件３)  受信信号の信号処理装置（PC）２８は、任意時間に被測定光線路２３に入射するプローブ光パルス列およびポンプ光パルス列の周波数（周波数の時間的配列）、プローブ光に対するポンプ光の時間的な遅れを把握していること。
ここで、条件１〜３は次のような意味を持っている。  
条件１は、プローブ光がポンプ光によりブリルアン増幅を受けるための条件である。  
条件２は、任意の位置ｚのみのブリルアン利得情報を取得するための条件である。  
条件３は、光受信器２６で一括受信した信号を周波数の違いによって各分岐下部光ファイバ２３２ｉの特性情報を持った信号として分離・識別するために必要な条件である。
【００６５】
これら条件を満足する場合の第２の実施形態を用いた光線路の特性解析方法を示す。  
図３に、被測定光線路２３の各分岐下部光ファイバF1〜FNとプローブ光の光受信器に到達する時間の関係を示す。ここでは、分岐光ファイバが３心（３系統）の場合を示している。今、３心の分岐光ファイバの長さに、式(1)の関係がある場合を想定する。  
【００６６】
【数２】
2015021748.tif 000004
すると、プローブ光の光受信器２６に到達する時間は、式(2)の関係が成り立つ。  
【００６７】
【数３】
2015021748.tif 000005
周波数変調時間tとすると、
【００６８】
【数４】
2015021748.tif 000006
のとき、各分岐下部光ファイバ２３２ｉから戻ったプローブ光は光受信器２６への到達時間に差が生じるため、どの心線から戻ったプローブ光であるかを時間的に切り分けることができる。つまり、周波数の異なるX個のプローブパルス列を順次入射した場合にも、光受信器に同一周波数のプローブ光が到達することはない。
【００６９】
続いて、周波数の異なるX個のプローブ光パルス列を試験光に用い、被測定光線路２３に順次入射した場合の利得情報の分離方法について、まず、周波数空間での信号分離方法について以下に説明する。
パルス時間幅（＝周波数変調時間）τの周波数の異なるX個のプローブ光からなるプローブ光パルス列の時間幅はXτである。図４には、パルス時間幅τ、周波数ν1、ν2、ν3、ν4の４種のプローブ光からなる時間幅4τのプローブ光パルス列を、3分岐スプリッタ２３１を持つ被測定光線路２３に入射した場合に、プローブパルス列がtd1、td2、td3の時間に光受信器２６に到達する様子を示す。
ここで、プローブ光パルス列の光受信器到達時間td1、td2、td3は測定済みであり既知量とする。また、心線#1からのプローブ光パルス列に内包されるプローブ光を先頭から順に#1−1、#1−2、…#1−4と名付ける。同様に、心線#2からのプローブ光を#2−1、#2−2、…#2−4、心線#3からのプローブ光を#3−1、#3−2、…#3−4とする。
各プローブ光パルス列は、到達時間td1、td2、td3を基準に内包するプローブ光の数に応じて周波数変調時間tごとに時間的に分割された各グリッド（フーリエ窓）にてフーリエ変換し、抽出すべき周波数のプローブ光の受光パワーが検出される。
【００７０】
図４において、td1−td2＞4τであり、光受信器では心線#1からのプローブパルス列を受光する間に他の心線からのプローブ光を同時に受信することはない。一方、td2−td3＜4τであり、光受信器２６では心線#2からのプローブパルス列の一部と心線#3からのプローブパルス列の一部を同時に受光する。
【００７１】
この場合について、#2-3の受信方法を述べる。#2-3の周波数成分ν3を受信すべきグリッド内には#3-1の周波数成分ν1も存在する。演算処理装置２８は周波数変調装置１５，１７とパルス化装置１６，１８の同期をとるトリガー信号を受けているため、送信プローブ光パルス列に内包される周波数の時間的な配列（パルス幅、変調周波数）を把握している。よって、演算処理装置２８はプローブ光パルス列の光受信器到達時間td1、td2、td3を基準として各プローブ光のグリッドの開始時間、およびグリッドに内包される解析すべきプローブ光の周波数がわかっている。
【００７２】
（n番目のプローブ光のグリッドの開始時間）  
＝（プローブ光パルス列の光受信器到達時間）＋（n-1）×（周波数変調時間τ）  
例えば、心線#1からのプローブ光パルス列について、n番目のグリッドの開始時間はtd1＋(n-1)τで表される。
【００７３】
このグリッドをフーリエ窓としてフーリエ変換し、#2-3の周波数成分ν3と#3-1の周波数成分ν1重なったパワースペクトルから、解析すべき周波数成分（ここではν3）のプローブ光パワーを得る。これによって、他の分岐下部光ファイバからのプローブ光を同時に受光した場合にも、信号成分の分離が可能である。
【００７４】
以上の処理は、演算処理装置２８が任意の時間に送信される周波数とその時間配列を把握しており、かつプローブ光パルス列の到達時間を予め測定しておくことで可能となる。逆説的に言えば、演算処理装置２８が送信時の周波数の時間配列を把握していない場合、フーリエ窓の設定および、フーリエ変換によって抽出すべき周波数成分が決定できないため、受信側で適切な演算処理が不能となる。
【００７５】
上記周波数信号分離手順に従い、かつ条件１〜３を満たした場合、本実施形態によりＮ本の分岐下部光ファイバ２３２ｉにおける個別の損失分布測定について、周波数の異なる試験光パルス対によって並列測定を可能にし、従来技術と比較して分岐光ファイバ識別分解能や特性分布分解能を劣化させることなく、測定時間を短縮可能な高速測定ができる。
【００７６】
上記演算処理装置２８では、上記の測定を踏まえ、図５に示すフローチャートに従って演算処理を行う。この演算処理は全てコンピュータで制御可能である。
予め、演算処理装置２８にプローブ光パルス列の時間的な周波数配列（周波数、周波数変調時間）を記録する（ステップＳ２１）。これにより、演算処理装置２８は任意時間におけるプローブ光周波数がわかる状態にある。プローブ光パルス列のみを入射し、プローブ光パルス列の先頭の戻り時間td1、td2、td3、…、tdNを分岐心線毎に記録する（ステップＳ２２）。
【００７７】
次に、プローブパルス列の先頭の戻り時間tdと周波数変調時間τからプローブ光パルス列に内包する各プローブ光を抽出すべきフーリエ窓を決定し、n番目のフーリエ窓の開始時間をtd＋(n-1)τに決定し、n番目のフーリエ窓から抽出すべき周波数成分は周波数配列から決定する（ステップＳ２３）。
【００７８】
なお、i番目のフーリエ窓から抽出すべき周波数成分は、予め演算処理装置２８に記録されたプローブ光パルス列の時間的な周波数配列から決定することができる。
次に、ブリルアン利得を受けない（ポンプ光を入射しない）条件下で、プローブ光の各周波数成分の振幅強度を参照プローブ光強度として収録し（ステップＳ２４）、ブリルアン利得を受ける（ポンプ光を入射する）条件下でそれぞれプローブ光の各周波数成分の振幅強度を信号プローブ光強度として収録する（ステップＳ２５）。このように収録された参照プローブ光強度と信号プローブ光強度を比較することでブリルアン利得情報を得る（ステップＳ２６）。
【００７９】
最後に、プローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとり、ブリルアン利得をプロットして当該地点におけるブリルアン利得スペクトルを得て（ステップＳ２７）、一連の処理を終了する。
以上のように、第１及び第２の実施形態によれば、異なる周波数数差でペアリングした複数のプローブ−ポンプ光パルス対について、内包する試験光の周波数を変えて時間的に並べてそれぞれプローブ光パルス列、ポンプ光パルス列とし、これら試験光パルス列を任意の入射時間差を与えて被測定光線路（1心または分岐光線路）に入射し、先に入射したプローブパルス列の反射光と後に入射したポンプ光パルス列が対向伝搬することにより誘導ブリルアン（Brillouin）散乱光を発生する。そして、その散乱光を光受信器２６で受信し、光受信器２６の出力電流を予め試験光の戻り時間を測定しておくことで第１〜第Ｎのどの分岐光ファイバからの誘導ブリルアン散乱かを特定することが可能であり、パルス列の先頭を基準に設けたフーリエ窓内でフーリエ変換して所定周波数成分の振幅強度を取り出しブリルアン利得解析を行い、プローブ光とポンプ光の周波数差を横軸にとってブリルアン利得をプロットすることで当該入射時間差に対応する当該地点でのブリルアン利得スペクトルを得られ、そのサンプリングレートは被測定光線路長で決定できる。さらに、プローブ光パルス列とポンプ光パルス列の入射時間差を連続的に変化させて試行を繰り返すことで、一心全体あるいは分岐光ファイバ毎のブリルアン利得スペクトル分布が求められることから、ひずみ、温度、損失について特性分布を求められる。
【００８０】
したがって、上記の実施形態によれば、一回の測定で任意の周波数分解能にてブリルアン利得スペクトルを測定することが可能であり、かつ既存技術と比較して光ファイバ識別分解能や特性分布測定分解能を劣化されることなく、光線路の損失、ひずみ、温度特性を分岐線路個別に高速測定することを可能とする。
【００８１】
上記誘導ブリルアン散乱は、光媒質内の光減衰・温度・曲げなどによる歪みを測定することが可能であり、ここでの光線路特性とは距離に対する光減衰量、反射ピークの位置、曲げ障害の位置、曲げの程度、距離に対する温度変化量である。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１１…レーザ光源、１２…分岐素子、１３…光周波数シフタ、１４…分岐素子、１５，１７…光周波数変換装置、１６，１８…光パルス化装置、１９…変調周波数制御器、２０…ＰＰＧまたはＦＧ、２１…合波素子、２２…光サーキュレータ、２３…被測定光ファイバ、２３ａ…光ファイバ、２３ｂ…光反射フィルタ、２３０…基幹光ファイバ、２３１…Ｎ分岐光スプリッタ、２３２１〜２３２Ｎ…下部分岐ファイバ、２３３１〜２３３Ｎ…光反射フィルタ、２４…光フィルタ、２５…合波素子、２６…光受信器、２７…Ａ／Ｄ変換器、２８…演算処理装置。
【図１】
2015021748.tif 000007
【図２】
2015021748.tif 000008
【図３】
2015021748.tif 000009
【図４】
2015021748.tif 000010
【図５】
2015021748.tif 000011