(57)【要約】【課題】光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる干渉型光ファイバセンサを提供する。【解決手段】光源部１２と、入力したパルスと、入力したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を、複数組有する検出部１３と、検出部１３からの複数のパルスを光電変換する光電変換部１７０と、光電変換部１７０から供給される電気信号を処理して測定信号を復調する処理部１７と、を備え、検出部１３は、複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延して光電変換部１７０に出力する遅延回路を備え、光電変換部１７０は、検出部１３からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタ１７２を備えた。【選択図】図８
2015108580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパルスを周期的に発生するパルス光源と、
２つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、
２つの光路を備え、前記重畳したパルスと、該重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部と、
前記検出部からの複数のパルスを光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部から供給される電気信号を処理して前記測定信号を復調する処理部と、を備え、
前記光電変換部は、
前記検出部からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタを備えた
ことを特徴とする干渉型光ファイバセンサ。
【請求項２】
前記検出部は、
複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延して前記光電変換部に出力する遅延回路を備え、
前記遅延回路は、
少なくとも１つの遅延ファイバを備え、
前記遅延ファイバは、
前記出力パルスの連続する間隔を、前記出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させる
ことを特徴とする請求項１に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項３】
前記出力部は、
前記光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路の中で光の周波数を変える
ことを特徴とする請求項２に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【請求項４】
前記光電変換部は、
前記検出部からの複数のパルスを光電変換する受光素子と、
前記電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力する直流成分抑制用電源と、
前記フィルタの出力と、前記直流成分抑制用電源の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプと、をさらに備え、
前記差動アンプは、
前記直流成分を抑制し、復調成分を前記処理部に出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の干渉型光ファイバセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、干渉型光ファイバセンサに関し、特に、ＰＭＤＩ（Ｐａｓｓ  Ｍａｔｃｈｅｄ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の構成が含まれる干渉型光ファイバセンサにおいて、パルス光源から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させることで多重化すると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させる干渉型光ファイバセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２は、従来技術における干渉型光ファイバセンサ１の概略構成の一例を示す図である。図１２に示すように、従来技術における干渉型光ファイバセンサ１は、例えば、光源部１１、検出部１３、Ｏ／Ｅ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換器１５、及び処理部１７を備え、特に、光源部１１に光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６を含んでいる。干渉型光ファイバセンサ１は、重畳する信号の相関関係を利用することにより、相対的に雑音を低減させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、従来技術における干渉型光ファイバセンサ２の概略構成の一例を示す図である。図１３に示すように、従来技術における干渉型光ファイバセンサ２は、例えば、光源部１２、検出部１３、Ｏ／Ｅ変換器１５、フィルタ１６、及び処理部１７を備え、特に、光源部１２に第１帰還回路３１及び第２帰還回路３２を含んでいる。第１帰還回路３１は、光パルスゲート３５、光周波数シフタ２５、及び変調信号発生器２３等を含んでいる。第２帰還回路３２は、光パルスゲート３９、光周波数シフタ２６、及び変調信号発生器２４等を含んでいる。干渉型光ファイバセンサ２は、検出部１３で検出する信号の周波数が速い場合であっても追従できるように、光パルスゲート３５で光周波数シフタ２５の出力波形のタイミングを調整し、光パルスゲート３９で光周波数シフタ２６の出力波形のタイミングを調整している（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１２−０４４５４９号
【特許文献２】特願２０１２−２４７５５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来技術においては、光電変換後に捨てられる信号が多かった。そのため、光電変換後に利用される信号は限定されていた。また、処理部１７に入力される信号には、復調成分の他に、非復調成分及びＤＣ成分が含まれていた。そのため、処理部１７で処理される信号には雑音成分が多く含まれていた。
【０００６】
換言すれば、従来技術は、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができなかった。そのため、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる干渉型光ファイバセンサが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の干渉型光ファイバセンサは、複数のパルスを周期的に発生するパルス光源と、２つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、２つの光路を備え、前記重畳したパルスと、該重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部と、前記検出部からの複数のパルスを光電変換する光電変換部と、前記光電変換部から供給される電気信号を処理して前記測定信号を復調する処理部と、を備え、前記光電変換部は、前記検出部からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタを備えたものである。
【０００８】
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記検出部は、複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延して前記光電変換部に出力する遅延回路を備え、前記遅延回路は、少なくとも１つの遅延ファイバを備え、前記遅延ファイバは、前記出力パルスの連続する間隔を、前記出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させるものである。
【０００９】
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記出力部は、前記光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路の中で光の周波数を変えるものである。
【００１０】
本発明の干渉型光ファイバセンサにおいて、前記光電変換部は、前記検出部からの複数のパルスを光電変換する受光素子と、前記電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力する直流成分抑制用電源と、前記フィルタの出力と、前記直流成分抑制用電源の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプと、をさらに備え、前記差動アンプは、前記直流成分を抑制し、復調成分を前記処理部に出力するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、パルス光源から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるパルス光源２１の出力波形並びに光周波数シフタ２５の出力光周波数及び光周波数シフタ２６の出力光周波数の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるパルス光源２１の出力波形及びＯ／Ｅ変換器１５の入出力波形の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるＡ／Ｄ変換器１１１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２に含まれるパルス光源２１の出力波形、光パルスゲート３５の出力波形、光周波数シフタ２５の出力波形、及びＯ／Ｅ変換器１５の入出力波形の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２に含まれるＡ／Ｄ変換器１１１の出力パワースペクトルを説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３の構成の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３に含まれるＯ／Ｅ変換部１７０内部の各構成の入出力信号の詳細を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３の動作例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３に含まれる各経路を通過するときの波形の一例を示す図である。
【図１２】従来技術における干渉型光ファイバセンサ１の概略構成の一例を示す図である。
【図１３】従来技術における干渉型光ファイバセンサ２の概略構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態１について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
＜概要＞
後述するように、干渉型光ファイバセンサ３は、パルス光源２１から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させるものである。
【００１５】
＜構成の説明＞
まず、図１〜７を用いることで、図８〜図１１を用いて後述する干渉型光ファイバセンサ１の構成の前提となる技術について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１の構成の一例を示す図である。干渉型光ファイバセンサ１は、検出する信号を、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、及び第３センシングファイバ９１のそれぞれの歪みに変える。このような動作を利用することにより、干渉型光ファイバセンサ１は、第１センシングファイバ７１をアームとする第１センシング干渉計４１、第２センシングファイバ８１をアームとする第２センシング干渉計４２、及び第３センシングファイバ９１をアームとする第３センシング干渉計４３を構成し、信号を検出する。
【００１６】
このような干渉型光ファイバセンサ１の多くでは、時分割多重伝送系を構成させるために、パルス光を用いる。パルス光を用いる干渉型光ファイバセンサ１では、通常、パルス光をサンプリングして復調する過程で、エイリアシングによる雑音の増加が生じる。そこで、干渉型光ファイバセンサ１では、周波数が異なる複数のビートを発生させ、サンプリングの数を増やすことにより、折り返し雑音を低減させている。
【００１７】
干渉型光ファイバセンサ１は、例えば、光源部１１、検出部１３、及び処理部１７を備えている。光源部１１は、パルス光源２１から出力されるパルス光を光カプラ２２で２つに分岐し、分岐したそれぞれのパルス光のうち、一方を光周波数シフタ２５で周波数変調し、他方を光周波数シフタ２６で周波数変調する。このうち、光周波数シフタ２６から出力されるパルス光が送出されるファイバは、遅延補償ファイバ２７で遅らせてから光カプラ２８で１本のファイバに結合され、光アンプ２９で増幅後、検出部１３に送出される。なお、光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれは、音響光学効果を利用することにより、光の周波数をシフトするものである。
【００１８】
検出部１３は、光源部１１から送出されたパルス光が光カプラ５１及び光カプラ５３のそれぞれで分岐され、第１センシング干渉計４１、第２センシング干渉計４２、及び第３センシング干渉計４３のそれぞれに送出される。第１センシング干渉計４１に入力されたパルス光は、光カプラ７３で分岐され、一方のパルス光は、すぐにミラー７７で反射し、もう一方のパルス光は、第１センシングファイバ７１を往復する。次に、それぞれのパルス光は、光カプラ７３で１本のファイバに結合される。第２センシング干渉計４２及び第３センシング干渉計４３のそれぞれも第１センシング干渉計４１と同様に動作する。次に、第１センシング干渉計４１、第２センシング干渉計４２、及び第３センシング干渉計４３のそれぞれから出力されたパルス光は、遅延ファイバ６１又は遅延ファイバ６２で遅延を掛けられてから、光カプラ５２及び光カプラ５４で１本のファイバに結合され、パルス列となってＯ／Ｅ変換器（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）１５に送られる。
【００１９】
Ｏ／Ｅ変換器１５は、検出部１３から出力されたパルス列を電気信号に変換し、処理部１７に送る。処理部１７は、Ｏ／Ｅ変換器１５から出力されるパルス列をＡ／Ｄ変換器１１１でデジタル信号に変換し、第１センシング干渉計４１、第２センシング干渉計４２、及び第３センシング干渉計４３のそれぞれの出力に対応するタイミングと、周波数とに合わせた参照信号を発生させる参照信号発生器１２１〜参照信号発生器１２６、乗算器１３１〜乗算器１３６、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１４１〜ＬＰＦ１４６、逆正接演算器１５１〜逆正接演算器１５３、及び不連続点補償演算器１５５〜不連続点補償演算器１５７により、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、及び第３センシングファイバ９１のそれぞれで検出した信号をそれぞれ復調する。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるパルス光源２１の出力波形並びに光周波数シフタ２５の出力光周波数及び光周波数シフタ２６の出力光周波数の一例を示す図である。パルス光源２１の出力波形等の光の波形は、Ｏ／Ｅ変換器１５を介して観測することができる光パワーの波形である。パルス光源２１の出力波形に付記されている数字は、パルス光源２１から出力されたパルス光の順番を表す番号である。干渉型光ファイバセンサ１は、周波数が異なるパルス光を干渉させ、Ｏ／Ｅ変換することにより、干渉させられたパルス光のそれぞれの光周波数の差の周波数のビートを発生させる。
【００２１】
パルス光源２１からパルス光が出力されるタイミング、光周波数シフタ２５のシフト周波数及びタイミング、並びに光周波数シフタ２６のシフト周波数及びタイミングは、干渉し、Ｏ／Ｅ変換したときに発生するビートの周波数がｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、ｆｆ３−ｆｂ３を順次繰り返すように設定される。ここで、シフト周波数“ｆｆ１”、“ｆｂ１”、“ｆｆ２”、“ｆｂ２”、“ｆｆ３”、及び“ｆｂ３”は、干渉したときに発生するビートの周波数“ｆｆ１−ｆｂ１”、“ｆｆ２−ｆｂ２”、“ｆｆ３−ｆｂ３”の比率が２ｎ−１（ｎ＝１、２、３、・・・つまり、ｎは自然数）となるようにする。パルス繰り返し周期の設定では、光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれの応答時間がパルスを通過していない時間内に収まることも考慮される必要がある。
【００２２】
図３は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるパルス光源２１の出力波形及びＯ／Ｅ変換器１５の入出力波形の一例を示す図である。図３に示すように、Ｏ／Ｅ変換器１５の出力波形のうち、電圧が変動する部分には変動範囲を示す。入力光の経路は、図１に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＧの記号を用い、通過した順にこれらの記号を並べた。
【００２３】
出力波形のＩＡ、ＩＢ、及びＩＣはＡ／Ｄ変換器１１１でサンプリングされるパルスである。ＩＡのｆｆ１−ｆｂ１、ＩＢのｆｆ２−ｆｂ２、ＩＣのｆｆ３−ｆｂ３には第１センシングファイバ７１で検出した第１信号だけが含まれ、これらのＡ／Ｄ変換器１１１の出力から第１信号が復調される。ただし、厳密には、第１信号以外に遅延補償ファイバ２７から入力される雑音等が含まれているが、第２センシングファイバ８１及び第３センシングファイバ９１といったような第１センシングファイバ７１以外で検出される信号は含まないという意味で、以下の説明においても、第１信号だけが含まれるとして説明する。
【００２４】
同様に、ＩＡのｆｆ３−ｆｂ３、ＩＢのｆｆ１−ｆｂ１、ＩＣのｆｆ２−ｆｂ２には第２信号だけが含まれいる。また、同様に、ＩＡのｆｆ２−ｆｂ２、ＩＢのｆｆ３−ｆｂ３、ＩＣのｆｆ１−ｆｂ１には第３信号だけが含まれている。これらの第１信号、第２信号、及び第３信号のそれぞれは、処理部１７で復調される。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ１に含まれるＡ／Ｄ変換器１１１の出力パワースペクトルを説明する図である。図４では、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力パワースペクトルを、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣの３つに分けて示した。ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３の３つの周波数帯のそれぞれには、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、及び第３センシングファイバ９１の何れか１つで検出した信号だけが含まれるビートが発生する。
【００２６】
センシングが行われる別のファイバ等から入力される雑音を含むビート、センシングが行われる別のファイバ等から入力される雑音を含むビートの側波帯、折り返しで発生したビート、及び折り返しで発生したビートの側波帯は、ｆｆ１−ｆｂ１、ｆｆ２−ｆｂ２、及びｆｆ３−ｆｂ３で復調処理される３つの周波数帯よりも高い周波数帯に発生する。これにより、干渉型光ファイバセンサ１は、復調成分と、非復調成分とを周波数で識別できるため、第１信号、第２信号、及び第３信号を復調することができる。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２の構成の一例を示す図である。パルス光源２１から出力されたパルス光は、光カプラ２２で分岐し、一方のパルス光は、光カプラ３６を介して光周波数シフタ２５に入力し、もう一方のパルス光は、光カプラ４０を介して光周波数シフタ２６に入力する。
【００２８】
光周波数シフタ２５の出力が光カプラ３３で分岐する。光源部１２には、光カプラ３３の一方の出力が、遅延調整ファイバ３４、光パルスゲート３５、及び光カプラ３６を回り、光周波数シフタ２５に帰還する第１帰還回路３１が構成される。光源部１２には、光カプラ３３のもう一方の出力が、光カプラ２８に入力されるように構成される。
【００２９】
光周波数シフタ２６の出力が光カプラ３７で分岐する。光源部１２には、光カプラ３７の一方の出力が、遅延調整ファイバ３８、光パルスゲート３９、及び光カプラ４０を回り、光周波数シフタ２６に帰還する第２帰還回路３２が構成される。光源部１２には、光カプラ３７のもう一方の出力が、遅延補償ファイバ２７を介して光カプラ２８に入力されるように構成される。
【００３０】
光周波数シフタ２５には、変調信号発生器２３が接続されている。変調信号発生器２３は、周波数がｆｆで一定であり、振幅も一定である信号を光周波数シフタ２５に送る。光周波数シフタ２６には、変調信号発生器２４が接続されている。変調信号発生器２４は、周波数がｆｂで一定であり、振幅も一定である信号を光周波数シフタ２６に送る。光カプラ２８の出力は、光アンプ２９で増幅され、検出部１３に送られる。検出部１３は、上記で説明したように、パルス列を出力し、Ｏ／Ｅ変換器１５に送る。Ｏ／Ｅ変換器１５は、パルス列を電圧に変換し、フィルタ１６で帯域制限させてから処理部１７に送る。
【００３１】
図６は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２に含まれるパルス光源２１の出力波形、光パルスゲート３５の出力波形、光周波数シフタ２５の出力波形、及びＯ／Ｅ変換器１５の入出力波形の一例を示す図である。図６を用いて、パルスのタイミングの設定について説明する。
【００３２】
本実施の形態１においては、第１帰還回路３１及び第２帰還回路３２のそれぞれをパルス光が１周する時間を３τ、パルス光源２１から出力するパルスの繰り返し周期を９τに設定すると想定する。ここで、τは、第１センシングファイバ７１を往復する時間となる。また、τは、第２センシングファイバ８１を往復する時間となる。τは、第３センシングファイバ９１を往復する時間となる。
【００３３】
光パルスゲート３５は、第１帰還回路３１を回り、光周波数シフタ２５を３回通過するまでパルス光を通過させ、４回通過するパルス光を遮断させるように設定される。光パルスゲート３９は、第２帰還回路３２を回り、光周波数シフタ２６を３回通過するまでパルス光を通過させ、４回通過するパルス光を遮断させるように設定される。
【００３４】
以上の設定により、光周波数シフタ２５の出力は、繰り返し周期３τのパルス列となり、パルスの光周波数はν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、及びν＋３ｆｆの繰り返しとなる。光周波数シフタ２６の出力は、繰り返し周期３τのパルス列となり、パルスの光周波数はν＋ｆｆ、ν＋２ｆｆ、及びν＋３ｆｆの繰り返しとなる。なお、光周波数シフタ２５をパルス光に通過させる回数及びパルス光源２１から出力されるパルス光の繰り返し周期３τ等を変えることにより、復調に用いられるビート周波数の数は変更される。また、光周波数シフタ２６をパルス光に通過させる回数及びパルス光源２１から出力されるパルス光の繰り返し周期３τ等を変えることにより、復調に用いられるビート周波数の数は変更される。
【００３５】
図６において、各経路を示す記号は、図５に示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＧにそれぞれ対応するものである。なお、説明に不要な経路は省略した。
【００３６】
ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光が最も早くＯ／Ｅ変換器１５に入力される。それからτの遅れで、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光と、ＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光と、がＯ／Ｅ変換器１５に入力されるように、第１センシングファイバ７１と、遅延補償ファイバ２７とのそれぞれの長さが設定されている。
【００３７】
ＡＣＤＦ１Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルス光から２τの遅れで、Ｏ／Ｅ変換器１５に入力される。ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ１Ｇを経由したパルス光は、ＩＡに周波数“ｆｆ−ｆｂ”のビート、ＩＢに周波数“２（ｆｆ−ｆｂ）”のビート、ＩＣに周波数“３（ｆｆ−ｆｂ）”のビートをそれぞれ発生させる。これらのパルス光のビートには、第１センシングファイバ７１で検出した第１信号だけが含まれている。処理部１７では、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングして第１信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第１信号が復調される。
【００３８】
ＡＢＤＦ２Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ２Ｇを経由したパルス光は、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光から３τの遅れでＯ／Ｅ変換器１５に入力されるように第２センシングファイバ８１と遅延ファイバ６１とのそれぞれの長さが設定されている。これにより、Ｏ／Ｅ変換器１５の出力のＩＡに周波数“３（ｆｆ−ｆｂ）”のビート、ＩＢに周波数“ｆｆ−ｆｂ”のビート、ＩＣに周波数“２（ｆｆ−ｆｂ）”のビートがそれぞれ発生する。
【００３９】
これらのパルス光のビートには、第２センシングファイバ８１で検出した第２信号だけが含まれている。処理部１７では、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングして第２信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第２信号が復調される。ＡＢＤＦ３Ｇを経由したパルス光及びＡＣＤＥ３Ｇを経由したパルス光がＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルス光から６τの遅れでＯ／Ｅ変換器１５に入力するように、第３センシングファイバ９１と遅延ファイバ６２のそれぞれの長さが設定されている。
【００４０】
これにより、Ｏ／Ｅ変換器１５の出力のＩＡに周波数“２（ｆｆ−ｆｂ）”のビート、ＩＢに周波数“３（ｆｆ−ｆｂ）”のビート、ＩＣに周波数“ｆｆ−ｆｂ”のビートをそれぞれ発生させる。これらのパルス光のビートには、第３センシングファイバ９１で検出した第３信号だけが含まれている。処理部１７では、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣをサンプリングして第３信号だけが含まれるそれぞれのパルス光のビートから第３信号が復調される。
【００４１】
図７は、本発明の実施の形態１の前提となる干渉型光ファイバセンサ２に含まれるＡ／Ｄ変換器１１１の出力パワースペクトルを説明する図である。ｆｆ−ｆｂを、ＩＡ、ＩＢ、及びＩＣのそれぞれのサンプリング周波数である１／９τの１／７に設定したと想定すると、復調するビートの側波帯の幅が、本実施の形態１での最大になる。復調に使用するビート周波数の数を変える場合には、復調に用いる周波数が最も高いビート及び側波帯が、折り返しで発生した周波数が最も低いビート及び側波帯と隣接するようにｆｆ−ｆｂが設定されることで、復調するビートの側波帯の幅が最大になる。
【００４２】
変調信号発生器２３の出力周波数“ｆｆ”及び変調信号発生器２４の出力周波数“ｆｂ”は、変調信号発生器２３又は変調信号発生器２４を通過した回数が異なるパルス光が干渉して発生するビート及び側波帯が、復調に用いるビート及び側波帯の周波数帯に重ならない周波数になるように設定される。
【００４３】
例えば、単純に、ｆｆ及びｆｂをフィルタ１６の高域遮断周波数より高くしておくことで、変調信号発生器２３又は変調信号発生器２４を通過した回数が異なるパルス光が干渉して発生するビートは減衰し、復調に用いるビート及び側波帯に重ならなくなる。また、ｆｆ及びｆｂをＯ／Ｅ変換器１５の通過帯域より高い周波数にすると、変調信号発生器２３又は変調信号発生器２４を通過した回数が異なるパルスでは、ビートが発生しなくなる。
【００４４】
干渉型光ファイバセンサ２では、光のシフト周波数の変化幅が光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれのシフト周波数可変幅の範囲内に限られる。よって、センシングが行われたファイバで検出された信号以外も含むビートは、光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれのシフト周波数より低くなる。干渉型光ファイバセンサ１でセンシングが行われたファイバで検出した信号以外も含むビートは、第１帰還回路３１及び第２帰還回路３２のそれぞれを回った回数が異なる光との干渉で起きる。
【００４５】
ここで、センシングが行われるファイバで検出した信号以外も含むビートが発生する場合の周波数は、光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれのシフト周波数以上の高い周波数となる。光周波数シフタ２５及び光周波数シフタ２６のそれぞれのシフト周波数はサンプリング周波数１／９τより高くできるので、処理部１７でサンプリングする前に、フィルタ１６で減衰させられるようになり、第１帰還回路３１及び第２帰還回路３２のそれぞれを回った回数の差が大きくなり、Ｏ／Ｅ変換器１５が動作する周波数帯の上限より高くなると、ビートが発生しなくなる。したがって、干渉型光ファイバセンサ２は、干渉型光ファイバセンサ１の復調処理には不要な帯域を確保することで、復調処理に必要な帯域が狭くなる問題が解消される。
【００４６】
図８は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３の構成の一例を示す図である。干渉型光ファイバセンサ３は、ＰＭＤＩ（Ｐａｓｓ  Ｍａｔｃｈｅｄ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）の構成が含まれる。ＰＭＤＩは、光路が分かるときが２回ずつあり、光路差を合わせる、つまり、光路差を補償する構成である。干渉型光ファイバセンサ３では、時分割多重する信号の数、復調に使用するビート周波数の数を必要に応じて設定させることができる。本実施の形態１では、一例として時分割多重する信号の数を３、復調に用いるビート周波数の数を３に設定された例を示す。
【００４７】
図８に本実施の形態１の干渉型光ファイバセンサ３の構成を示す。図１に示した干渉型光ファイバセンサ１及び図５に示した干渉型光ファイバセンサ２と同じ働きをする構成品には同じ記号を付与した。干渉型光ファイバセンサ３における他と異なる構成品は、Ｏ／Ｅ変換部１７０であり、Ｏ／Ｅ変換部１７０は、受光素子１７１、フィルタ１７２、ＤＣ成分抑制用電源１７３、及び差動アンプ１７４を備えている。
【００４８】
パルス光源２１から出力されたパルス光が光カプラ２２で分岐し、一方は光カプラ３６を介して光周波数シフタ２５に入力され、もう一方は光カプラ４０を介して光周波数シフタ２６に入力するように構成される。
【００４９】
光周波数シフタ２５の出力が光カプラ３３で分岐し、光カプラ３３の一方の出力が、遅延調整ファイバ３４、光パルスゲート３５、及び光カプラ３６を回り、光周波数シフタ２５に帰還する第１帰還回路３１が構成され、光カプラ３３のもう一方の出力は、光カプラ２８に入力するように構成される。光周波数シフタ２５には変調信号発生器２３が接続され、周波数がｆｆで一定であって、振幅も一定の信号が光周波数シフタ２５に送られる。
【００５０】
光周波数シフタ２６の出力は、光カプラ３７で分岐し、光カプラ３７の一方の出力が、遅延調整ファイバ３８、光パルスゲート３９、及び光カプラ４０を回り、光周波数シフタ２６に帰還する第２帰還回路３２が構成され、光カプラ３７のもう一方の出力は、遅延補償ファイバ２７を介して光カプラ２８に入力するように構成される。光周波数シフタ２６には変調信号発生器２４が接続され、周波数がｆｂで一定であって、振幅も一定の信号を光周波数シフタ２６に送られる。
【００５１】
遅延補償ファイバ２７は、第１帰還回路３１から検出部１３に出力されるパルス列と、第２帰還回路３２から検出部１３に出力されるパルス列と、の異なる光路差を補償するものである。
【００５２】
詳細については図１１を用いて後述するが、例えば、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＢＤＦ１Ｇの経路を通る場合、第１センシングファイバ７１を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＣＤＥ１Ｇの経路を通る場合、ＡＣＤＥ１Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＢＤＦ１Ｇの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ２７で補償されることにより、ＡＢＤＦ１Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＣＤＥ１Ｇの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ２７は、第１センシングファイバ７１の遅延を補償する。
【００５３】
同様に、例えば、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＢＤＦ２Ｇの経路を通る場合、第２センシングファイバ８１を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＣＤＥ２Ｇの経路を通る場合、ＡＣＤＥ２Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＢＤＦ２Ｇの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ２７で補償されることにより、ＡＢＤＦ２Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＣＤＥ２Ｇの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ２７は、第２センシングファイバ８１の遅延を補償する。
【００５４】
同様に、例えば、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＢＤＦ３Ｇの経路を通る場合、第３センシングファイバ９１を通過する分だけ遅延する。一方、パルス光源２１から出力されるパルス光が、ＡＣＤＥ３Ｇの経路を通る場合、ＡＣＤＥ３Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＢＤＦ３Ｇの経路を通るパルス光との位相差が、遅延補償ファイバ２７で補償されることにより、ＡＢＤＦ３Ｇの経路を通るパルス光と、ＡＣＤＥ３Ｇの経路を通るパルス光とが同じ位相となり、ビートが発生する。つまり、遅延補償ファイバ２７は、第３センシングファイバ９１の遅延を補償する。
【００５５】
光カプラ２８の出力を光アンプ２９で増幅して検出部１３に送り、検出部１３から出力されるパルス列を受光素子１７１で電流に変換し、フィルタ１７２で帯域制限されてから差動アンプ１７４に入力されるように構成する。差動アンプ１７４のもう一つの入力にはＤＣ成分抑制用電源１７３を接続し、差動アンプ１７４から出力される干渉したパルス光の直流成分がキャンセルされるように構成する。検出部１３及び処理部１７は、図１及び図５に示した検出部１３及び処理部１７と同様に構成する。
【００５６】
なお、検出部１３に含まれる遅延ファイバ６１及び遅延ファイバ６２は、本発明における遅延回路に相当する。また、Ｏ／Ｅ変換部１７０は、本発明における光電変換部に相当する。
【００５７】
図９は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３に含まれるＯ／Ｅ変換部１７０内部の各構成の入出力信号の詳細を説明する図である。図９に示すように、Ｏ／Ｅ変換部１７０は、受光素子１７１の出力がフィルタ１７２に供給され、フィルタ１７２の出力と、ＤＣ成分抑制用電源１７３の出力と、が差動アンプ１７４に供給される。
【００５８】
具体的には、受光素子１７１は、パルス列が入力されるとパルスの強度をフィルタ１７２に出力する。パルスの強度は、ＤＣ成分、復調成分、及び非復調成分を含んでいる。フィルタ１７２は、受光素子１７１から供給されるパルスの強度のうち、非復調成分を抑制し、差動アンプ１７４に出力する。一方、ＤＣ成分抑制用電源１７３は、ＤＣ成分抑制信号を差動アンプ１７４に出力する。差動アンプ１７４は、フィルタ１７２の出力と、ＤＣ成分抑制用電源１７３の出力との差分を求め、その結果を出力する。この結果、差動アンプ１７４は、パルスの強度として、復調成分を出力する。
【００５９】
なお、ＤＣ成分抑制用電源１７３は、本発明における直流成分抑制用電源に相当する。
【００６０】
より具体的には、受光素子１７１から出力される干渉したパルスの強度は、最初の２つのパルスを除き、次に示す（１）〜（３）式の何れかで表される。
【００６１】
【数１】
2015108580.tif 000003
【００６２】
【数２】
2015108580.tif 000004
【００６３】
【数３】
2015108580.tif 000005
【００６４】
ここで、Ｉの１番目の添え字のａ、ｂ、及びｃは、パルスの組合わせの種類である。また、２番目の添え字“ｉ”（ｉ＝１、２、３）は、第１センシング干渉計４１、第２センシング干渉計４２、及び第３センシング干渉計４３のそれぞれに対応した番号である。Ｅは、光の電界振幅である。また、φは、光の位相である。φの１番目の添え字“ｆ”は、通過した光周波数シフタ２５の記号である。φの１番目の添え字“ｂ”は、通過した光周波数シフタ２６の記号である。φの２番目の添え字の数は、光周波数シフタ２５又は光周波数シフタ２６を通過した回数である。
【００６５】
φの３番目の添え字“ｉ”（ｉ＝１、２、３）と、“ｊ”（ｊ＝１、２、３）とは、センシング干渉計の識別番号であり、ｉ≠ｊである。例えば、“ｉ”＝１又は“ｊ”＝１の場合、第１センシング干渉計４１が該当し、“ｉ”＝２又は“ｊ”＝２の場合、第２センシング干渉計４２が該当し、“ｉ”＝３又は“ｊ”＝３の場合、第３センシング干渉計４３が該当する。
【００６６】
また、４番目の添え字のＥとＦとは、第１センシング干渉計４１に含まれるミラー７５及びミラー７７のそれぞれに付与されている通過点の記号である。また、４番目の添え字のＥとＦとは、第２センシング干渉計４２に含まれるミラー８５及びミラー８７のそれぞれに付与されている通過点の記号である。また、４番目の添え字のＥとＦとは、第３センシング干渉計４３に含まれるミラー９５及びミラー９７のそれぞれに付与されている通過点の記号である。“＜”及び“＞”は受光素子１７１を通過できない光周波数に対する時間平均である。
【００６７】
フィルタ１７２では受光素子１７１から出力される復調しない高い周波数のビートが減衰するように構成する。これにより、フィルタ１７２から出力されるパルスは、最初の２つのパルスを除き、次に示す（４）〜（６）式の何れかで表される。
【００６８】
【数４】
2015108580.tif 000006
【００６９】
【数５】
2015108580.tif 000007
【００７０】
式（５）を式（４）に代入すると、次に示す式（６）が導出される。
【００７１】
【数６】
2015108580.tif 000008
【００７２】
差動アンプ１７４ではフィルタ１７２の出力から直流成分を除去して復調に用いるビートを増幅する。これにより、差動アンプ１７４から出力されるパルスは、最初の２つのパルスを除き、次に示す（７）〜（９）式の何れかで表される。
【００７３】
【数７】
2015108580.tif 000009
【００７４】
【数８】
2015108580.tif 000010
【００７５】
【数９】
2015108580.tif 000011
【００７６】
ここで、Ｇは、差動アンプ１７４の利得である。（７）〜（９）式で分かるように、差動アンプ１７４から出力されるパルスには、復調に用いるビートだけとなり、復調には用いないビートと直流成分は抑えられている。
【００７７】
＜動作の説明＞
図１０は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３の動作例を示す図である。なお、ステップＳ１１及びステップＳ１２の処理は、光源部１２の工程に対応する。また、ステップＳ１３の処理は、検出部１３の工程に対応する。また、ステップＳ１４〜ステップＳ１６の処理は、Ｏ／Ｅ変換部１７０の工程に対応する。また、ステップＳ１７〜ステップＳ２２の処理は、処理部１７の工程に対応する。
【００７８】
（光源部１２の工程）
（ステップＳ１１）
干渉型光ファイバセンサ３は、光周波数シフタ２５と光パルスゲート３５とを含む回路と、光周波数シフタ２６と光パルスゲート３９とを含む回路と、をパルスが１周する時間τの間隔で連なる複数のパルスを生成する。連なる複数のパルスは、例えば、図１１で後述するように、３連パルスである。
【００７９】
（ステップＳ１２）
干渉型光ファイバセンサ３は、遅延補償ファイバ２７で光路差を合わせつつパルス光源２１から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを出力する。なお、ここでいう光路差を合わせるとは、光路差を補償するという意味であると想定する。
【００８０】
（検出部１３の工程）
（ステップＳ１３）
干渉型光ファイバセンサ３は、遅延ファイバ６１又は遅延ファイバ６２を用いて連なる複数のパルスを多重化する。
【００８１】
（Ｏ／Ｅ変換部１７０の工程）
（ステップＳ１４）
干渉型光ファイバセンサ３は、光電変換する。
【００８２】
（ステップＳ１５）
干渉型光ファイバセンサ３は、非復調成分を抑制する。
【００８３】
（ステップＳ１６）
干渉型光ファイバセンサ３は、ＤＣ成分を抑制する。
【００８４】
（処理部１７の工程）
（ステップＳ１７）
干渉型光ファイバセンサ３は、復調成分を符号化する。
【００８５】
（ステップＳ１８）
干渉型光ファイバセンサ３は、参照信号を発生する。
【００８６】
（ステップＳ１９）
干渉型光ファイバセンサ３は、符号化した復調成分と参照信号とを乗算する。
【００８７】
（ステップＳ２０）
干渉型光ファイバセンサ３は、ノイズ成分を抑制する。
【００８８】
（ステップＳ２１）
干渉型光ファイバセンサ３は、位相を求める。
【００８９】
（ステップＳ２２）
干渉型光ファイバセンサ３は、不連続点を補償し、処理を終了する。
【００９０】
＜動作結果の説明＞
図１１は、本発明の実施の形態１における干渉型光ファイバセンサ３に含まれる各経路を通過するときの波形の一例を示す図である。図８のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｇを通過する光パルスの波形と受光素子１７１の出力波形とを図１１に示す。それぞれの光パルスには、１桁目に光周波数シフタ２５又は光周波数シフタ２６の通過回数を付記し、２桁目にはパルス光源２１から出力されたパルスの順番を意味する番号を付記した。
【００９１】
図１１を用い、本実施の形態１の要部であるパルスのタイミングの設定について説明する。本実施の形態１の場合、光周波数シフタ２５と光パルスゲート３５とを含む第１帰還回路３１又は光周波数シフタ２６と光パルスゲート３９とを含む第２帰還回路３２をパルスが１周する時間をτに設定すると想定する。また、パルス光源２１から出力されるパルスの繰返し周期を９τに設定すると想定する。ここで、τは、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、及び第３センシングファイバ９１に共通の往復伝搬時間である。
【００９２】
光パルスゲート３５は、光周波数シフタ２５を含む回路を回り、光周波数シフタ２５を３回通過するパルスまでを通過させ、４回通過するパルスは遮断するように設定すると想定する。光パルスゲート３９も光パルスゲート３５と同様に、光周波数シフタ２６を３回通過するパルスまでを通過させ、４回通過するパルスは遮断するように設定すると想定する。
【００９３】
以上の設定により、光周波数シフタ２５の出力は、光周波数ν＋ｆｆのパルス、光周波数ν＋２ｆｆのパルス、及び光周波数ν＋３ｆｆのパルスが、時間差τで連なった３連パルスとなり、この３連パルスが多重化数に対応した繰返し周期で繰り返されるパルス列となる。また、同様に、光周波数シフタ２６の出力は、光周波数ν＋ｆｂのパルス、光周波数ν＋２ｆｂのパルス、及び光周波数ν＋３ｆｂのパルスが、時間差τで連なった３連パルスとなり、この３連パルスが多重化数に対応した繰返し周期で繰り返されるパルス列となる。なお、パルス光源２１から出力されるパルスの繰返し周期などを変えることで、多重化する信号の数を変えることができる。
【００９４】
図１１のＧ点は、パルス光源２１の出力から受光素子１７１に入力するパルスの波形を経路毎に示したものである。経路の記号は、図８に示したＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、及びＧを用いた。ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルスが、最も早く受光素子１７１に入力される。
【００９５】
次に、時間差τの遅れで、ＡＢＤＦ１Ｇを経由したパルスと、ＡＣＤＥ１Ｇとを経由したパルスが、受光素子１７１に入力するように、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、第３センシングファイバ９１、及び遅延補償ファイバ２７の長さが設定されると想定する。
【００９６】
ＡＣＤＦ１Ｇを経由したパルスは、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルスから時間差２τの遅れで受光素子１７１に入力する。ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルスが、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルスから時間差３τの遅れで受光素子１７１に入力するように、遅延ファイバ６１の長さが設定され、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルスが、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルスから時間差６τの遅れで受光素子１７１に入力するように、遅延ファイバ６２の長さが設定される。
【００９７】
具体的には、ＡＢＤＥ１Ｇを経由したパルスと、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルスとにおいて、ＡＢＤＥ１Ｇを経由した光周波数“ν＋３ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ２Ｇを経由した光周波数“ν＋ｆｆ”のパルスと、の間には、時間差τの遅れが挿入されている。時間差τは、例えば、ＡＢＤＥ１Ｇを経由した光周波数“ν＋ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ１Ｇを経由した光周波数“ν＋２ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ１Ｇを経由した光周波数“ν＋３ｆｆ”のパルスと、の間にそれぞれ時間差τの遅れと同じである。
【００９８】
つまり、第１センシング干渉計４１の出力パルスと、第２センシング干渉計４２の出力パルスとが、時間差τで連続するように遅延する。これにより、少なくとも、第１センシング干渉計４１により発生したビートから生成される信号と、第２センシング干渉計４２により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
【００９９】
同様に、ＡＢＤＥ２Ｇを経由したパルスと、ＡＢＤＥ３Ｇを経由したパルスとにおいて、ＡＢＤＥ２Ｇを経由した光周波数“ν＋３ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ３Ｇを経由した光周波数“ν＋ｆｆ”のパルスと、の間には、時間差τの遅れが挿入されている。時間差τは、例えば、ＡＢＤＥ２Ｇを経由した光周波数“ν＋ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ３２を経由した光周波数“ν＋２ｆｆ”のパルスと、ＡＢＤＥ２Ｇを経由した光周波数“ν＋３ｆｆ”のパルスと、の間にそれぞれ時間差τの遅れと同じである。
【０１００】
つまり、第２センシング干渉計４２の出力パルスと、第３センシング干渉計４３の出力パルスとが、時間差τで連続するように遅延する。これにより、少なくとも、第２センシング干渉計４２により発生したビートから生成される信号と、第３センシング干渉計４３により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
【０１０１】
よって、第１センシング干渉計４１により発生したビートから生成される信号と、第２センシング干渉計４２により発生したビートから生成される信号と、第３センシング干渉計４３により発生したビートから生成される信号と、の間では、信号が無駄に捨てられることがないため、光電変換後に利用される信号を増やすことができる。
【０１０２】
例えば、パルス光源２１の出力の周期が９τであり、第１帰還回路３１の出力と、第２帰還回路３２の出力とが、連なる複数のパルス、例えば、時間差τの間隔の３連パルスであって、光パルスゲート３５の出力タイミングと、光パルスゲート３９の出力タイミングと、遅延ファイバ６１の遅延量と、遅延ファイバ６２の遅延量と、を同一にすることにより、受光素子１７１の出力波形の出力タイミングが時間差τとなり、光電変換後に利用される信号の数を増やすことができる。
【０１０３】
つまり、第１帰還回路３１の出力パルスを時間差τで３連続させ、第２帰還回路３２の出力パルスを時間差τで３連続させた上で、光パルスゲート３５及び光パルスゲート３９のそれぞれの出力タイミングと、遅延ファイバ６１及び遅延ファイバ６２のそれぞれの遅延量と、を同じ時間差τとすることにより、信号の多重化に無駄な空き時間を設けることなく、信号のビートを発生させることができる。これにより、光電変換後に利用される信号の数を増やすことができる。
【０１０４】
なお、上記で説明した３連続の出力パルスは一例であって、特にこれに限定されるものではなく、時間差τで各種パルスに遅延量が挿入されることにより、光電変換後に利用される信号の数が増えるパルス構成であればよい。
【０１０５】
処理部１７のＡ／Ｄ変換器１１１では、差動アンプ１７４から出力される全てのパルスをサンプリングする。参照信号発生器１２１〜参照信号発生器１２６は、復調するセンシング干渉計“ｉ”で検出した信号を含むＩａｉ’’、Ｉｂｉ’’、Ｉｃｉ’’（ｉ＝１、２、３）に対応した参照信号を出力し、乗算器１３１〜乗算器１３６、ＬＰＦ１４１〜ＬＰＦ１４６、逆正接演算器１５１〜逆正接演算器１５３、及び不連続点補償演算器１５５〜不連続点補償演算器１５７は干渉型光ファイバセンサ１及び干渉型光ファイバセンサ２と同様に動作して、センシング干渉計“ｉ”で検出した信号を復調する。
【０１０６】
＜効果の説明＞
以上の説明により、干渉型光ファイバセンサ３は、パルス光源２１から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させることで多重化すると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる。
【０１０７】
また、干渉型光ファイバセンサ３は、上記で説明した図１１及び式（１）〜式（９）から明らかなように、復調成分に対応する３つのビートと、復調成分に対応する３つのビートのそれぞれの側波帯と、から信号を復調することができる。
【０１０８】
従来技術では、複数の周波数のビートを用いて、第１センシング干渉計４１、第２センシング干渉計４２、及び第３センシング干渉計４３で検出した信号を復調することで光アンプ２９等で発生する雑音を抑える効果があるものの、Ｏ／Ｅ変換器１５のダイナミックレンジが狭い場合、Ｏ／Ｅ変換器１５に入力する光のレベルを抑えることになるので、ビート信号のＳ／Ｎ比が小さくなり、復調出力の雑音が増加した。本実施の形態１では、受光素子１７１から差動アンプ１７４までのＯ／Ｅ変換の過程において、復調に用いない高周波のビートと、直流成分と、を減衰させることで、差動アンプ１７４以降の構成品のダイナミックレンジを有効に使い、低雑音で信号を復調することができる。雑音が低くなれば、その分、低いレベルの信号も検出できるようになる。
【０１０９】
換言すれば、従来技術では使用していなかったパルスも復調に用いることで従来技術より多くのパルスをサンプリングして復調できるようになる。これにより、復調した信号のサンプル数も多くなり、ランダムな雑音を低減する効果が得られ、その分、低いレベルの信号を検出できるようになる。
【０１１０】
以上のように、本実施の形態１では、複数のパルスを周期的に発生するパルス光源２１と、２つの光路を備え、各光路において光の周波数が異なる複数のパルスを重畳して、出力する出力部と、２つの光路を備え、重畳したパルスと、重畳したパルスを測定信号に応じて遅延させたパルスとを重畳させて出力するセンシング干渉計を有する検出部１３と、検出部１３からの複数のパルスを光電変換するＯ／Ｅ変換部１７０と、Ｏ／Ｅ変換部１７０から供給される電気信号を処理して測定信号を復調する処理部１７と、を備え、Ｏ／Ｅ変換部１７０は、検出部１３からのパルスから非復調成分を抑制するフィルタ１７２を備えた干渉型光ファイバセンサ３が構成される。
【０１１１】
これにより、干渉型光ファイバセンサ３は、パルス光源２１から出力するパルスの繰り返し周期に応じて連なる複数のパルスを連続するように遅延させると共に、復調成分以外を抑制することにより、光電変換後に利用される信号を増やしつつ、相対的に雑音を低減させることができる。
【０１１２】
また、本実施の形態１において、検出部１３は、複数組のセンシング干渉計の出力パルスが連続するように遅延してＯ／Ｅ変換部１７０に出力する遅延回路を備え、遅延回路は、少なくとも１つの遅延ファイバ６１を備え、遅延ファイバ６１は、出力パルスの連続する間隔を、出力部からの重畳された複数のパルス同士の間隔と同じ間隔で遅延させるものである。
【０１１３】
これにより、干渉型光ファイバセンサ３は、低周波成分を含むビートから高周波成分を含むビートまでのように、広範囲の周波数にわたって、複数のビートを生成することができる。
【０１１４】
また、本実施の形態１において、出力部は、光路から分岐した一方のパルスを複数回帰還させ、帰還回路（第１帰還回路又は第２帰還回路３２）の中で光の周波数を変えるものである。
【０１１５】
これにより、干渉型光ファイバセンサ３は、周波数の異なる複数のビートを生成する。よって、干渉型光ファイバセンサ３は、直流成分と、復調成分と、を含む信号を生成することができる。
【０１１６】
また、本実施の形態１において、Ｏ／Ｅ変換部１７０は、検出部１３からの複数のパルスを光電変換する受光素子１７１と、電気信号のうち、直流成分を抑制する抑制信号を出力するＤＣ成分抑制用電源１７３と、フィルタ１７２の出力と、ＤＣ成分抑制用電源１７３の出力と、の差分に応じた出力をする差動アンプ１７４と、をさらに備え、差動アンプ１７４は、直流成分を抑制し、復調成分を処理部１７に出力するものである。
【０１１７】
これにより、干渉型光ファイバセンサ３は、バイアス分に相当する直流成分を抑制する。よって、干渉型光ファイバセンサ３は、相対的に雑音を低減させることができる。
【０１１８】
なお、本実施の形態１の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、本実施の形態１の図面において、同一の符号を付記したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に記載されている構成要素の形態は、あくまでも一例であって、これらの記載に限定されるものではない。
【０１１９】
また、本実施の形態１の動作を行うプログラムを記述するステップは、記載された順序に沿って時系列に行われる処理であるが、必ずしも時系列に処理されなくても、並列的又は個別に実行される処理をも含んでもよい。
【０１２０】
＜利用形態の説明＞
なお、本実施の形態１において、光カプラ２２から光カプラ２８までの構成を検出部１３より前段に設ける例を説明したが、検出部１３とＯ／Ｅ変換部１７０との間に設けてもよい。この場合、パルス光源２１を出力したパルスがＯ／Ｅ変換部１７０に入力するまでの工程の順序が入れ替わるが、Ｏ／Ｅ変換部１７０の入力以降は本実施の形態１と同様に動作し、同じ効果が得られる。
また、本実施の形態１において、干渉型光ファイバセンサ３が、第１センシングファイバ７１、第２センシングファイバ８１、及び第３センシングファイバ９１といったように、３つのセンシングファイバのそれぞれで検出した信号を時分割多重し、３つのビートと、３つのビートのそれぞれの側波帯と、から信号を復調する一例を説明したが、時分割多重する信号の数は特に限定されるものではなく、時分割多重する信号の数を変更することができる。
【０１２１】
また、本実施の形態１では、光周波数シフタ２５と、光パルスゲート３５と、を含む第１帰還回路３１と、光周波数シフタ２６と、光パルスゲート３９と、を含む第２帰還回路３２と、のそれぞれの内部に、光アンプ２９に相当する機能を有する部品が設けられない一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、第１帰還回路３１と、第２帰還回路３２と、のそれぞれにおけるパルスの減衰量次第では、第１帰還回路３１と、第２帰還回路３２と、のそれぞれの内部に、光アンプ２９に相当する機能を有する部品が設けられていてもよい。
【０１２２】
また、本実施の形態１において、受光素子１７１の後にフィルタ１７２が設けられている一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、光周波数シフタ２５と、光周波数シフタ２６と、のそれぞれにおいて、周波数“ｆｆ”及び周波数“ｆｂ”といったようなシフト周波数が差動アンプ１７４の通過帯域より高い場合、高周波成分が差動アンプ１７４を通過することがないため、干渉型光ファイバセンサ３にフィルタ１７２は設けられていなくてもよい。
【０１２３】
また、本実施の形態１では、ＤＣ成分抑制用電源１７３と、差動アンプ１７４と、により、直流成分が抑制される一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ３は、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）又はＢＰＦ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を用いることにより、直流成分を遮断してもよい。また、干渉型光ファイバセンサ３は、バイアスティー（Ｂｉａｓ  Ｔｅｅ）が設けられることにより、直流成分と、交流成分とを分岐させ、直流成分をキャンセルしてもよい。
【０１２４】
また、本実施の形態１では、干渉型光ファイバセンサ３が、第１センシングファイバ７１、光カプラ７３、ミラー７５、及びミラー７７を含む第１センシング干渉計４１といったようなマイケルソン干渉計を構成する一例について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ３は、マッハ・ツェンダ干渉計を干渉計として構成してもよい。また、干渉型光ファイバセンサ３は、ミラー７５等の代わりにＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ  Ｂｒａｇｇ  Ｇｒａｔｉｎｇ）を備えた干渉計を構成してもよい。
【０１２５】
また、本実施の形態１では、干渉型光ファイバセンサ３は、光カプラ２２等でパルスを分岐させる一例を示したが、特にこれに限定されない。例えば、干渉型光ファイバセンサ３は、部分反射ミラー又はＦＢＧ等でパルスを分岐させることができる。また、干渉型光ファイバセンサ３は、パルスの分岐のための光カプラ２２等の構成を変えた部品が設けられてもよく、波長分岐多重等の他の多重化方法を実現する構成と併用したものが設けられてもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１、２、３  干渉型光ファイバセンサ、１１、１２  光源部、１３  検出部、１５  Ｏ／Ｅ変換器、１６、１７２  フィルタ、１７  処理部、２１  パルス光源、２２、２８、３３、３６、３７、４０、５１、５２、５３、５４、７３、８３、９３  光カプラ、２３、２４  変調信号発生器、２５、２６  光周波数シフタ、２７  遅延補償ファイバ、２９  光アンプ、３１  第１帰還回路、３２  第２帰還回路、３５、３９  光パルスゲート、３４、３８  遅延調整ファイバ、４１  第１センシング干渉計、４２  第２センシング干渉計、４３  第３センシング干渉計、６１、６２  遅延ファイバ、７１  第１センシングファイバ、７５、７７、８５、８７、９５、９７  ミラー、８１  第２センシングファイバ、９１  第３センシングファイバ、１１１  Ａ／Ｄ変換器、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６  参照信号発生器、１３１、１３２、１３３、１３４、１３５、１３６  乗算器、１４１、１４２、１４３、１４４、１４５、１４６  ＬＰＦ、１５１、１５２、１５３  逆正接演算器、１５５、１５６、１５７  不連続点補償演算器、１７０  Ｏ／Ｅ変換部、１７１  受光素子、１７３  ＤＣ成分抑制用電源、１７４  差動アンプ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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