(57)【要約】【課題】光ファイバを非破壊のままで、任意の伝搬モードのときの光ファイバの長手方向の任意の位置における伝搬定数を測定できるようにする。【解決手段】ブリルアン時間領域反射測定法（BOTDR）を用い、被測定光ファイバ中を後方に伝搬したブリルアン散乱光Ａ３の時間波形に対し、被測定光ファイバ１６の任意の異なる位置の時間領域についてそれぞれ周波数解析することでブリルアン周波数シフト（BFS）を求め、得られたBFSをもとに伝搬定数を得る処理を、モード変換・選択スイッチ１５によりポンプパルス光の伝搬モードを変更しながら繰り返し行う。【選択図】図３
2015169525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をもとに測定光を生成する測定光生成部と、
前記生成された測定光の伝搬モードを基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射すると共に、当該測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光の伝搬モードを基本モードに変換して出力する伝搬モード変換部と、
前記伝搬モード変換部から出力された後方ブリルアン散乱光と前記レーザ光とを合波し、この合波された光を出力する合波部と、
前記合波部から出力された光を受光してその受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部により抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める周波数解析部と、
前記周波数解析部により求められた各ブリルアン周波数シフトをもとに、それぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める伝搬定数解析部と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定装置。
【請求項２】
レーザ光をもとに第１の測定光を生成する第１の測定光生成部と、
前記生成された第１の測定光の伝搬モードを基本モードから第１の伝搬モードに変換したのち、被測定光ファイバに入射する第１の伝搬モード変換部と、
前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で変換した第２の測定光を生成する第２の測定光生成部と、
前記生成された第２の測定光の伝搬モードを基本モードから前記第１の伝搬モードに変換し、当該変換された第２の測定光を前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する第２の伝搬モード変換部と、
前記被測定光ファイバ内において前記第１の測定光との衝突により増幅され、かつ前記第１の伝搬モード変換部により基本モードに変換された前記第２の測定光を受光し、その受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する信号抽出部と、
前記時間領域毎に、前記信号抽出部により抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める利得解析部と、
前記周波数解析部により求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとに、それぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める伝搬定数解析部と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定装置。
【請求項３】
前記伝搬定数解析部は、νBXを伝搬モードＬＰXにおけるブリルアン周波数シフト、ｖAを音速、πを定数とするとき、伝搬定数βXを
【数１】
2015169525.tif 000009
によって算出することを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバの伝搬定数測定装置。
【請求項４】
レーザ光をもとに測定光生成部により測定光を生成する過程と、
前記生成された測定光の伝搬モードを、伝搬モード変換部により基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射する過程と、
前記測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光の伝搬モードを、前記伝搬モード変換部により基本モードに変換して出力する過程と、
前記伝搬モード変換部から出力された後方ブリルアン散乱光と前記レーザ光とを合波部により合波して、合波された光を出力する過程と、
前記合波部から出力された光を受光部により受光して、その受光信号を出力する過程と、
信号抽出部により、前記受光部から出力された受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する過程と、
周波数解析部により、前記信号抽出部により抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める過程と、
伝搬定数解析部により、前記周波数解析部により求められた各ブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める過程と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定方法。
【請求項５】
レーザ光をもとに第１の測定光生成部により第１の測定光を生成する過程と、
前記生成された第１の測定光の伝搬モードを、第１の伝搬モード変換部により基本モードから第１の伝搬モードに変換して、被測定光ファイバに入射する過程と、
第２の測定光生成部により、前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で変換した第２の測定光を生成する過程と、
前記生成された第２の測定光の伝搬モードを、第２の伝搬モード変換部により基本モードから前記第１の伝搬モードに変換し、当該変換された第２の測定光を前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する過程と、
前記被測定光ファイバ内において前記第１の測定光との衝突により増幅された前記第２の測定光の伝搬モードを、前記第１の伝搬モード変換部により基本モードに変換する過程と、
前記伝搬モードが基本モードに変換された第２の測定光を受光部で受光して、その受光信号を出力する過程と、
信号抽出部により、前記受光部から出力された受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する過程と、
利得解析部により、前記時間領域毎に、前記信号抽出部により抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める過程と、
伝搬定数解析部により、前記周波数解析部により求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める過程と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定方法。
【請求項６】
前記伝搬定数を求める過程は、νBXを伝搬モードＬＰXにおけるブリルアン周波数シフト、ｖAを音速、πを定数とするとき、伝搬定数βXを
【数２】
2015169525.tif 000010
によって算出することを特徴とする請求項４又は５記載の光ファイバの伝搬定数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバ中を伝搬する光信号の各伝搬モードの伝搬定数を測定する光ファイバの伝搬定数測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各伝搬モードについて伝搬定数を求める手法としては、プリズムカプラ法と呼ばれる手法が報告されている（例えば非特許文献１を参照）。この手法では、光ファイバの測定する箇所の表面をクラッドが数μｍ程度残るまで削り、光を漏えいさせる。削り出した表面にプリズムを押し当て、漏えいした光をプリズムによって屈折させ、スクリーンに投射して観測する。プリズムからの光の出射角をφとすると、伝搬定数βは、
【数１】
2015169525.tif 000003
により求められる。ここでｎp はプリズムの屈折率、λは光の波長である。
【０００３】
スクリーン上で観測されたパタンから各伝搬モードのφを測定し、各モードの伝搬定数を求める。ただし、この手法で測定対象となるファイバの範囲はクラッドを削り出した箇所のみとなる。
【０００４】
その他、伝搬モード間の伝搬定数差に起因するビート長をファブリ・ペロー共振器を用いて測定することで、伝搬定数差を求める手法もある（例えば非特許文献２を参照）。この手法では、測定するファイバの両端にミラーを取り付け、ファイバ全体をファブリ・ペロー共振器とする。ファイバの途中にはピエゾ素子を取り付け、共振器長（ファイバ長）を調節可能とする。共振器長に対する透過光強度変化を測定することで、ビート長を求めることができる。このときのビート長ＬBは、モード間の伝搬定数差Δβを用いて、
【数２】
2015169525.tif 000004
で与えられる。
【０００５】
式(2)より、ビート長の測定から伝搬定数差を求めることが可能となる。ただし、このとき求められる伝搬定数差は被測定ファイバ全体における値であり、ファイバ中の各位置における値を知ることは不可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】W. V. Sorin, B. Y. Kim, and H. J. Shaw, “Phase-velocity measurements using prism output coupling for single- and few-mode optical fibers,” OPTICS LETTERS, Vol. 11, No. 2, pp. 106 −108, 1986.
【非特許文献２】M. Vaziri and C. Chen, “Intermodal beat length measurement with Fabry-Perot optical fiber cavities,” APPLIED OPTICS, Vol. 36, No. 15, pp. 3439−3443, 1997.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、非特許文献１の手法では、光ファイバコアに閉じ込められた光を漏えいさせるために、光ファイバを数μｍ単位の精度で削る必要がある。測定箇所を変更することで、ファイバの長手方向に対する伝搬定数を測定できるが、作業に多大な手間と時間を要し容易には行えない。一方、非特許文献２の手法では、光ファイバの両端での測定となるため、光ファイバの長手方向における伝搬定数の分布を測定することはできない。
【０００８】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバを非破壊のままで、任意の伝搬モードについて光ファイバの長手方向の任意の位置における伝搬定数を測定できるようにした光ファイバの伝搬定数測定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】
【０００９】
上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、先ずレーザ光をもとに測定光を生成し、この生成された測定光の伝搬モードを基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射する。次に、前記測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光を、その伝搬モードを基本モードに変換したのち前記レーザ光と合波し、この合波された光を受光部で受光する。そして、この受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出し、この抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める。そして、当該求められた各ブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求めるようにしたものである。
【００１０】
この発明の第２の観点は、先ずレーザ光をもとに第１の測定光を生成し、この生成された第１の測定光の伝搬モードを基本モードから第１の伝搬モードに変換したのち、被測定光ファイバに入射する。またそれと同時に、前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で可変した第２の測定光を生成し、この生成された第２の測定光を、その伝搬モードを基本モードから前記第１の伝搬モードに変換した後、前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する。次に、前記被測定光ファイバ内において前記第１及び第２の測定光の衝突により増幅された第２の測定光を、その伝搬モードを基本モードに変換したのち受光部で受光し、その受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する。そして、前記時間領域毎に、上記抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める。そして、この求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求めるようにしたものである。
【００１１】
上記第１及び第２の観点において、前記伝搬定数を求める際に、νBXを伝搬モードＬＰXにおけるブリルアン周波数シフト、ｖAを音速、πを定数とするとき、伝搬定数βXを
【数３】
2015169525.tif 000005
によって算出する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の第１及び第２の観点によれば、被測定光ファイバを削って光漏洩部を設ける必要がなく非破壊で伝搬定数を測定することが可能となる。また、被測定光ファイバ中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバの長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバの長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。
【００１３】
すなわちこの発明によれば、光ファイバを非破壊のままで、任意の伝搬モードのときの光ファイバの長手方向の任意の位置における伝搬定数を測定できるようにした光ファイバの伝搬定数測定装置及び方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の概要を説明するためのブリルアン散乱光のベクトル図。
【図２】この発明の概要を説明するための伝搬モード別のブリルアン散乱光のスペクトル特性を示す図。
【図３】この発明の第１の実施形態に係る伝搬定数測定装置の機能構成を示すブロック図。
【図４】図３に示した伝搬定数測定装置の動作説明に用いるもので、（ａ）はローカル光と散乱光のスペクトルを示す図、（ｂ）はローカル光と散乱光の合波により得られるビート信号を示す図、（ｃ）はビート信号を周波数解析して得られるスペクトルを示す図。
【図５】この発明の第２の実施形態に係る伝搬定数測定装置の機能構成を示すブロック。
【図６】図５に示した装置の動作説明に使用するもので、（ａ）は受信されたストークス光強度信号の波形の一例を示す図、（ｂ）はストークス光強度信号の利得解析結果からBFSを求める動作を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。  
［概要］
この発明では、光ファイバ中におけるブリルアン散乱を利用して伝搬定数を求める。周波数ν、波数ベクトルkの光（ν，ｋ）が、音響波（νA，ｋA）によって散乱されるとき、散乱光（ν′，ｋ′）について、エネルギー保存則及び運動量保存則より、
ν−ν′＝νA                   …(3)
ｋ−ｋ′＝ｋA                   …(4)
の関係が成り立つ。
【００１６】
式(3)より、散乱光は入射光に対してνB ＝νAだけ周波数シフトすることがわかる。この周波数シフトνB をブリルアン周波数シフト（BFS）と呼ぶ。波数に関して、｜ｋ｜≒｜ｋ′｜とみなせるから、｜ｋA｜は散乱角θを用いて、
｜ｋA｜＝２｜ｋ｜sinθ／２            …(5)
のように記述できる。
【００１７】
また、音響波の分散関係νA ＝｜ｋA｜ｖA／２π（νAは音速）より、周波数シフトνBは、
【数４】
2015169525.tif 000006
のように表される。
【００１８】
光ファイバ中における光の伝搬方向とその逆方向のみを考慮すると、｜ｋ｜は伝搬定数βに置き換えられ、θはθ＝０，πとなる。θ＝０のときνB＝０となることから、本発明では入射方向に対して後方に散乱する光（θ＝π）についてBFSを測定する。後方散乱光について、BFSと伝搬定数の関係は、
【数５】
2015169525.tif 000007
のように表される。
【００１９】
伝搬定数βは伝搬モードによって異なる値を持つため、BFSも光ファイバに入射する光の伝搬モードに応じて異なる値をとる（図２）。光ファイバ中の伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXの伝搬定数をそれぞれβ01、β11、・・・、βXとすると、βXは各モードのBFSνBXから、
【数６】
2015169525.tif 000008
によって求められる。
【００２０】
光ファイバ中においてνA≒５０００m/s、πは定数であるから、各伝搬モードに関してBFSを測定し、それぞれのBFSの値を用いて式(8)により計算することで、各モードの伝搬定数が求められる。
【００２１】
［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態は、ブリルアン時間領域反射測定法（BOTDR）を用いて被測定光ファイバの長手方向における伝搬モード毎の伝搬定数を求めるものである。この測定法では、被測定光ファイバ中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバの長手方向の距離に対応することに着目し、被測定光ファイバ中を後方に伝搬したブリルアン散乱光の時間波形に対し、任意の複数の位置の時間領域についてそれぞれ周波数解析することでブリルアン周波数シフト（BFS）を求め、得られたBFSをもとに伝搬定数を計算する。
【００２２】
（構成）
図３は、この発明の第１の実施形態に係る伝搬定数測定装置の構成を示すブロック図である。  
同図において、レーザ光源１１は連続光を出射し、出射された連続光は分岐素子１２によって二分岐される。二分岐された連続光のうち、一方はパルス生成器１３によってパルス光に変調されてポンプパルス光Ａ１となり、他方は検出の際にブリルアン散乱光Ａ３と干渉させるためのローカル光Ａ２となる。
【００２３】
パルス生成器１３によってパルス変調されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４によってモード変換・選択スイッチ１５に送られる。モード変換・選択スイッチ１５は、入射されたポンプパルス光Ａ１の伝搬モードを、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたポンプパルス光Ａ１は被測定光ファイバ１６に入射され、当該被測定光ファイバ１６上でブリルアン散乱を生じさせる。ここで被測定光ファイバ１６は、入射するポンプパルス光Ａ１の中心波長において複数の伝搬モードの光信号を伝搬可能なものである。
【００２４】
被測定光ファイバ１６で生じたブリルアン散乱光Ａ３は、ポンプパルス光Ａ１の入射方向に対して後方に伝搬する。ブリルアン散乱光Ａ３はモード変換・選択スイッチ１５によって基本モードに変換され、光サーキュレータ１４によって合分岐素子１７に送られる。合分岐素子１７は、ブリルアン散乱光Ａ３とローカル光Ａ２とを合波し、二分岐させる。合分岐素子１７で二分岐された光信号は、光受信器１８で電気信号に変換される。
【００２５】
Ａ／Ｄ変換器１９は上記観測されたビート信号を標本化し、デジタルデータとする。データ抽出部２０は、上記デジタルデータ化されたビート信号から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域を切り出す。
【００２６】
周波数解析部２１は、上記切り出されたビート信号の時間領域データに対し周波数解析を行い、上記任意の位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）を求める。伝搬定数解析部２２は、上記周波数解析部２１により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数βを計算する。
【００２７】
（動作）
次に、以上のように構成された伝搬定数測定装置を用いた伝搬定数測定方法を説明する。  
図示しない測定開始スイッチが操作されると、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し先ず伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXのうちの１つＬＰ01が設定される。この状態で、パルス生成器１３から出力されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４を介してモード変換・選択スイッチ１５に送られる。基本伝搬モードＬＰ01について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ポンプパルス光を基本モードのまま透過させる。その後、上記ポンプパルス光は被測定光ファイバ１６に入射される。
【００２８】
被測定光ファイバ１６に上記ポンプパルス光Ａ１が入射されると、被測定光ファイバ１６中ではその長さ方向の各部位においてブリルアン散乱が発生する。そして、当該ブリルアン散乱がブリルアン散乱光Ａ３として被測定光ファイバ１６の後方へ伝搬され、モード変換・選択スイッチ１５により伝搬モードが基本モードに変換された後、光サーキュレータ１４を介して合分岐素子１７に導かれる。合分岐素子１７では、上記ブリルアン散乱光Ａ３がローカル光Ａ２と合波されたのち二分岐され、光受信器１８で受光される。このとき、ブリルアン散乱光Ａ３とローカル光Ａ２とは、中心周波数が図４（ａ）に示すようにνBだけ異なる。このため、光受信器１８では上記周波数差νBを中心周波数とするビート信号が観測される。
【００２９】
上記光受信器１８により得られたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器１９によりデジタルデータに変換されたのちデータ抽出部２０に入力される。データ抽出部２０では、上記デジタル化ビート信号から、被測定光ファイバ１６の長手方向の任意の位置に対応する時間領域が抽出される。例えば、図４（ｂ）に示す時間領域（１）が抽出される。この抽出された時間領域（１）のデジタル化ビート信号は周波数解析部２１により周波数が解析されて、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が求められる。そして伝搬定数解析部２２において、上記求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて伝搬定数βが計算される。
【００３０】
かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（１）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ01 の伝搬定数β01が求められる。この計算された伝搬定数β01は、上記伝搬モードＬＰ01 を表す情報と、上記位置を表す情報と関連付けられて、図示しない記憶部に記憶される。
【００３１】
またデータ抽出部２０では、続いて被測定光ファイバ１６の長手方向の他の位置に対応する時間領域、例えば図４（ｂ）に示す時間領域（２）が抽出される。そして、この抽出された時間領域（２）のデジタル化ビート信号から、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が算出され、この算出されたBFSをもとに伝搬定数βが計算される。
【００３２】
かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（２）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ01 の伝搬定数β01が求められる。この計算された伝搬定数β01は、上記伝搬モードＬＰ01 を表す情報と、上記位置を表す情報と関連付けられて、図示しない記憶部に記憶される。
【００３３】
同様に、被測定光ファイバ１６の長手方向の別の位置に対応する時間領域、例えば図４（ｂ）に示す時間領域（３）が抽出される。そして、この抽出された時間領域（３）のデジタル化ビート信号から、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が求められ、この求められたBFSをもとに伝搬定数β01が計算される。
【００３４】
かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（３）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ01 の伝搬定数β01が求められる。この計算された伝搬定数β01は、上記伝搬モードＬＰ01を表す情報と上記位置を表す情報に関連付けられて図示しない記憶部に記憶される。
【００３５】
図４（ｃ）は、以上述べた各時間領域（１）、（２）及び（３）において得られたデジタル化ビート信号の周波数・時間特性を示すものである。
【００３６】
そうして伝搬モードＬＰ01 における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定が終了すると、次に測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXのうちの他の１つＬＰ11が設定される。そしてこの状態で、先に述べた伝搬モードＬＰ01における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定動作と同じ手順により、被測定ファイバ１６の長手方向の異なる複数の位置における伝搬定数がそれぞれ計算される。かくして、伝搬モードＬＰ11における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定がなされる。
【００３７】
以後同様に、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し未測定の伝搬モードが順次設定され、この未測定の伝搬モードが１つ設定される毎に、被測定ファイバ１６の長手方向の異なる複数の位置における伝搬定数がそれぞれ計算される。かくして、測定対象の全ての伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXにおける、被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数β01、β11、・・・、βXの分布の測定が行われる。以上の伝搬定数分布の測定結果は図示しない記憶部に保存された後、読み出されて例えば保守用端末へ送信される。
【００３８】
（効果）
以上詳述したように第１の実施形態では、ブリルアン時間領域反射測定法（BOTDR）を用い、被測定光ファイバ中を後方に伝搬したブリルアン散乱光Ａ３の時間波形に対し、被測定光ファイバ１６の任意の異なる位置の時間領域についてそれぞれ周波数解析することでブリルアン周波数シフト（BFS）を求め、得られたBFSをもとに伝搬定数を得る処理を、モード変換・選択スイッチ１５によりポンプパルス光の伝搬モードを変更しながら繰り返し行うようにしている。
【００３９】
したがって、第１の実施形態によれば、被測定光ファイバ１６を削って光漏洩部を設ける必要がなくなるので非破壊で伝搬定数を測定することができる。また、被測定光ファイバ１６中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバ１６の長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバ１６の長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。
【００４０】
［第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態は、ブリルアン時間領域利得解析法（BOTDA）を用いて被測定光ファイバの長手方向における伝搬モード毎の伝搬定数を求めるものである。この測定法は、被測定光ファイバの両端からポンプパルス光とストークス光を入射し、ポンプパルス光の周波数νpとストークス光の周波数νsとの周波数差νp−νsがブリルアン周波数シフト（BFS）と一致する場合に、透過するストークス光強度（利得）が最大となる現象を利用してBFSを測定する手法である。
そのため、BOTDAではストークス光の周波数νsを変化させて様々なνsの場合についてストークス光強度を測定する。測定されるストークス光強度の時間軸は、被測定ファイバの長手方向の距離に対応するため、ストークス光強度から被測定光ファイバの任意の位置に対応する時間領域を抽出し、この抽出された時間領域のストークス光強度の利得を解析して利得が最大となるときの周波数νsを特定し、このときの周波数差νp−νsから上記任意の位置におけるBFSを求めて、このBFSをもとに伝搬定数を計算する。
【００４１】
（構成）
図５は、この発明の第２の実施形態に係る伝搬定数測定装置の構成を示すブロック図である。なお、同図において前記図３と同一部分には同一符号を付して説明を行う。
【００４２】
図５において、レーザ光源１１は周波数νpの連続光を出射し、出射された連続光は分岐素子１２によって二分岐される。二分岐された連続光のうち、一方はパルス生成器１３によってパルス光に変調されてポンプパルス光Ａ１となり、他方は被測定光ファイバ１６中においてブリルアン散乱光を増幅させるためのストークス光Ａ４となる。
【００４３】
パルス生成器１３によってパルス変調されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４によってモード変換・選択スイッチ１５に送られる。モード変換・選択スイッチ１５は、入射されたポンプパルス光Ａ１の伝搬モードを、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたポンプパルス光Ａ１は被測定光ファイバ１６に対しその一端から入射される。
【００４４】
一方、ストークス光Ａ４は、周波数変換器３１により周波数νsに変換された後、モード変換・選択スイッチ３２に入射される。周波数変換器３１は、図示しない主制御部からの制御信号に応じて、ストークス光Ａ４の周波数νsを離散的に様々な値に変換する。モード変換・選択スイッチ３２は、上記モード変換・選択スイッチ１５と同期して、上記ストークス光Ａ４を、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたストークス光Ａ４は、被測定光ファイバ１６に対しその他端から上記ポンプパルス光Ａ１とは逆方向に入射される。
【００４５】
被測定光ファイバ１６中では、上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突によるブリルアン増幅過程を通じてストークス光が増幅され、その利得は周波数の差νp−νsが散乱点におけるブリルアン周波数シフト（BFS）と一致する場合において最大となる。ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突により増幅されたストークス光Ａ５は、モード変換・選択スイッチ１５により基本モードに変換されたのち、光サーキュレータ１４を介して光受信器３３で受光される。
【００４６】
光受信器３３は、上記増幅されたストークス光Ａ５の強度を電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３４は上記ブリルアン散乱光を標本化してデジタルデータに変換する。
【００４７】
データ抽出部３５は、上記デジタルデータ化された、増幅されたストークス光Ａ５の強度から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域を抽出し、図示しない記憶部に保存しておく。上記の測定を、周波数変換器３１によりストークス光Ａ４の周波数νsを変化させ、様々なνsの値の場合について行う。それぞれのνsの場合の増幅されたストークス光Ａ５の強度について、上記データ抽出部で上記被測定光ファイバ中の長手方向の同じ位置に対応する時間領域を抽出し、上記記憶部に保存しておく。
【００４８】
利得解析部３６は、上記記憶部に保存しておいた、上記抽出された時間領域のストークス光強度に対し利得解析を行う。そして、ストークス光Ａ４の周波数νsを様々な値に変化させることでそれぞれ得られる増幅されたストークス光Ａ５の強度について、利得が最大となるときの周波数差νp−νsの値を特定し、その値を上記任意の位置におけるBFSとする。伝搬定数解析部３７は、上記利得解析部３６により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数βを計算する。
【００４９】
（動作）
次に、以上のように構成された伝搬定数測定装置を用いた伝搬定数測定方法を説明する。  
図示しない測定開始スイッチが操作されると、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５，３２に対し先ず伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXのうちの１つＬＰ01が設定される。この状態で、パルス生成器１３から出力されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４を介してモード変換・選択スイッチ１５に入射される。基本伝搬モードＬＰ01について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ポンプパルス光を基本モードのまま透過する。その後、上記ポンプパルス光は被測定光ファイバ１６に入射される。
【００５０】
一方、ストークス光Ａ４は、周波数変換器３１により周波数νsが離散的に様々な値に変換された後、モード変換・選択スイッチ３２に入射される。基本伝搬モードＬＰ01について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ストークス光を基本モードのまま透過する。その後、上記ストークス光は被測定光ファイバ１６に対しその他端から上記ポンプパルス光Ａ１とは逆方向に入射される。
【００５１】
被測定光ファイバ１６中では、上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突によりストークス光強度が増幅される。そして、この増幅されたストークス光Ａ５は、モード変換・選択スイッチ１５により基本モードに変換されたのち、光サーキュレータ１４を介して光受信器３３で受光され、Ａ／Ｄ変換器３４によりデジタルデータに変換される。
【００５２】
データ抽出部３５では、上記デジタルデータ化されたストークス光強度から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域の強度が抽出され、図示しない記憶部に保存される。上記の測定を、周波数変換器３１によりストークス光Ａ４の周波数νsを変化させ、様々なνsの値の場合について行う。図６（ａ）はその様子をνs＝ν1、νs＝ν2、νs＝ν3の３つの各周波数について示したものである。それぞれのνsの場合のストークス光Ａ３の強度について、上記データ抽出部で上記被測定光ファイバ中の長手方向の同じ位置に対応する時間領域を抽出し、上記記憶部に保存しておく。
【００５３】
利得解析部３６では、上記記憶部に保存しておいた、上記抽出されたストークス光強度に対し利得解析が行われ、上記周波数差νp−νsに対する任意の位置のブストークス光強度の利得の変化（ブリルアンゲインスペクトル）が求められる。そして、この求められたブリルアンゲインスペクトルにおいて利得が最大となるときの周波数差νp−νsの値が抽出され、この抽出された周波数差νp−νsの値が上記任意の位置におけるBFSとなる。図６（ｂ）は、被測定光ファイバ１６中の長手方向の各位置（時間領域）におけるブリルアンゲインスペクトルが最大値をとるνp−νsの値から求められるBFSを示すものである。
【００５４】
伝搬定数解析部３７では、上記利得解析部３６により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数β01が計算される。この計算された伝搬定数β01は、上記伝搬モードＬＰ01を表す情報と上記位置を表す情報に関連付けられて図示しない記憶部に記憶される。
【００５５】
上記データ抽出部３５から伝搬定数解析部３７までの一連の処理は、被測定光ファイバ１６の測定対象となる複数の位置のそれぞれについて、当該各位置に対応する時間領域の散乱光信号に対し実行される。かくして、伝搬モードＬＰ01における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布が得られる。
【００５６】
さらに、以上述べた一連の測定処理は、測定対象の各伝搬モードＬＰ01、ＬＰ11、・・・、ＬＰXのうち未測定の各伝搬モードのそれぞれについて同様に実施され、各伝搬モードにおける被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布が測定される。この伝搬定数分布の測定結果は図示しない記憶部に保存された後、読み出されて例えば保守用端末へ送信される。
【００５７】
（効果）
以上詳述したように第２の実施形態では、周波数νpのポンプパルス光Ａ１と、周波数νsを離散的に可変したストークス光Ａ４を、被測定光ファイバ１６に対しその両端から互いに反対方向に入射することにより、被測定光ファイバ１６中において上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４とを衝突させて、前記ストークス光を増幅させる。そして、この増幅されたストークス光Ａ５の受光信号から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の複数の位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出し、この抽出された各ストークス光強度信号に対しそれぞれ利得解析を行って利得が最大となるときの周波数差νp−νsの値を抽出し、この抽出された周波数差νp−νsの値からブリルアン周波数シフト（BFS）を算出して、当該BFSをもとに伝搬定数分布を計算するようにしている。
【００５８】
したがって第２の実施形態においても、先に述べた第１の実施形態と同様に、被測定光ファイバ１６を削って光漏洩部を設ける必要がなく非破壊で伝搬定数を測定することができ、しかも被測定光ファイバ１６中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、ストークス光強度信号の時間軸が被測定光ファイバ１６の長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバ１６の長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。
【００５９】
［その他の実施形態］
第１の実施形態では、パルス生成器１３によりポンプパルス光Ａ１を生成し、このポンプパルス光Ａ１を被測定光ファイバ１６に入射するようにした。しかし、それに限定されるものではなく、ポンプ光として連続光をそのまま被測定光ファイバ１６に入射するようにしてもよい。この場合、測定されるブリルアンと周波数シフト（BFS）及び伝搬定数βは被測定ファイバ１６全体の平均値となる。
【００６０】
また、第２の実施形態においても、パルス生成器１３を用いずにポンプ光として連続光を使用した場合も測定が可能である。この場合も、測定されるBFS及び伝搬定数は被測定ファイバ全体の平均値となる。
【００６１】
その他、装置の構成やその測定動作の手順と内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。  
要するにこの発明は、上記各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、上記各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せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１１…レーザ光源、１２…分岐素子、１３…パルス生成器、１４…光サーキュレータ、１５，３２…モード変換・選択スイッチ、１６…被測定光ファイバ、１７…合分岐素子、１８，３３…光受信器、１９，３４…Ａ／Ｄ変換器、２０，３５…データ抽出部、２１…周波数解析部、２２，３７…伝搬定数解析部、３１…周波数変換器、３６…利得解析部、Ａ１…ポンプパルス光、Ａ２…ローカル光、Ａ３…ブリルアン散乱光、Ａ４…ストークス光、Ａ５…増幅されたストークス光。
【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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