(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリルアン散乱によって温度および／または歪を空間分解測定するための装置であって、
レーザビームを発生させることが可能である少なくとも１つの第１レーザ光源（１）と、
計測のために利用される第１光ファイバ（５）であって、レーザビームが結合されることが可能であり、ブリルアン散乱に基づいて生じたブリルアン信号が分離されることが可能である第１光ファイバ（５）と、
一定の温度を有する第２光ファイバを含む基準コイル（３９）であって、レーザビームが結合されることが可能であり、ブリルアン散乱に基づいて生じた不変なブリルアン信号が分離されることが可能である基準コイル（３９）と、
分離されたブリルアン信号を互いに異なる偏光を有する２つの成分（１２，１３）に分割する、少なくとも１つの光偏光ビームスプリッタ（１０，１１）と、
２つの成分（１２，１３）の各々とレーザビームとを非対称な結合比で混合する、少なくとも１つの光結合器（１６，１７）と、
混合されたブリルアン信号の２つの成分を検出するとともに、基準コイル（３９）から分離された不変のブリルアン信号を用いて、装置の感度を較正することが可能であるセンサ手段と、
検出されたブリルアン信号の２つの成分から、温度および／または歪が、少なくとも、第１光ファイバ（５）断片によって、空間分解測定されて決定可能である評価手段と、を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
センサ手段は、混合された２つの成分を互いに別々に検出可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも１つの光偏光ビームスプリッタ（１０，１１）によって分割された２つの、ブリルアン信号の成分（１２，１３）のそれぞれにレーザビームを混合することが可能である２つの光結合器（１６，１７）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
ブリルアン散乱を励起するために用いられる第１レーザ光源（１）のレーザビームから、測定のために用いられる第１光ファイバ内に結合する前に、ある成分（４）を分岐させることが可能であるビームスプリッタ（２）を備え、レーザビームのこの部分（４）を、ブリルアン信号に混合することが可能であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
ブリルアン信号に混合することが可能であるレーザビームを発生させることが可能である第２レーザ光源（２７）を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
第２レーザ光源（２７）は、第１レーザ光源（１）とは異なる周波数を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
第２レーザ光源（２７）は、第１レーザ光源（１）とは１０ＧＨｚ程度相違する周波数を有することを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
第１レーザ光源（１）と第２レーザ光源（２７）との間の差周波数を安定化するＯ−ＰＬＬ（２８）を含むことを特徴とする、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
レイリー散乱を測定するための構成要素を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
レイリー散乱を測定するための構成要素は、さらなるレーザ光源（３４）を有し、該レーザ光源は、第１レーザ光源（１）とは異なることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
レイリー散乱を測定するための構成要素は、さらなるレーザ光源（３４）を有し、該レーザ光源は、第１レーザ光源（１）および第２レーザ光源（２７）とは異なることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか１項を引用する請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
ブリルアン散乱によって温度および／または歪を空間分解測定するための方法であって、
少なくとも１つのレーザ光源（１）からレーザビームが発生され、
温度および歪を測定するために、レーザビームが第１光ファイバ（５）内および一定の温度を有する第２光ファイバを含む基準コイル（３９）内に結合され、
第１光ファイバ（５）内のレーザビームから生じるブリルアン信号を第１光ファイバ（５）から分離させ、基準コイル（３９）内のレーザビームから生じる不変なブリルアン信号を基準コイル（３９）から分離させ、
分離されたブリルアン信号が、互いに異なる偏光を有する２つの成分（１２，１３）に分割され、
レーザビームが、２つの成分（１２，１３）の各々に非対称な結合比で混合され、
混合されたブリルアン信号の２つの成分が検出され、
基準コイル（３９）から分離された不変なブリルアン信号を用いて、測定の感度が較正され、
評価手段が、少なくとも第１光ファイバ（５）断片によって、温度および／または歪を、検出されたブリルアン信号の２つの成分から空間分解測定して決定することを有することを特徴とする方法。
【請求項１３】
混合されたブリルアン信号の２つの成分は、互いに別々に検出されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ブリルアン信号の検出された２つの成分から、２つの出力信号（２５，２６）が生成され、温度および／または歪を決定するための、偏光に依存しない出力信号を得るために、これらの出力信号は、デジタル化の前または後で、適切な方法で合成されることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
ブリルアン散乱によって温度および／または歪を空間分解測定するための装置であって、
レーザビームを発生させることが可能である少なくとも１つの第１レーザ光源（１）と、
計測のために利用される第１光ファイバ（５）であって、レーザビームが結合されることが可能であり、ブリルアン散乱に基づいて生じたブリルアン信号が分離されることが可能である第１光ファイバ（５）と、
一定の温度を有する第２光ファイバを含む基準コイル（３９）であって、レーザビームが結合されることが可能であり、ブリルアン散乱に基づいて生じた不変なブリルアン信号が分離されることが可能である基準コイル（３９）と、
分離されたブリルアン信号を検出するとともに、基準コイル（３９）から分離された不変のブリルアン信号を用いて、装置の感度を較正することが可能であるセンサ手段と、
検出されたブリルアン信号から、温度および／または歪が、少なくとも、第１光ファイバ（５）断片によって、空間分解測定されて決定可能である評価手段と、
分離されたブリルアン信号を、互いに異なる偏光を有する２つの成分（１２，１３）に分割可能である、少なくとも１つの光偏光ビームスプリッタ（１０，１１）と、
ブリルアン信号にレーザビームを混合することが可能である、少なくとも１つの光結合器（１６，１７）と、
ブリルアン信号に混合することが可能であるレーザビームを発生させることが可能である第２レーザ光源（２７）と、を有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリルアン散乱によって温度および／または歪を空間分解測定するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブリルアン散乱の周波数と振幅は、温度および歪の測定値の関数であるので、光ファイバにおけるブリルアン散乱を、光ファイバに沿って、温度および歪を分布測定または空間分解測定するために利用することが可能である（非特許文献１参照）。
【０００３】
多くの場合、たとえば、石英ガラスにおいて約１ＭＨｚ／℃または０．０５ＭＨｚ／μεであるなど、非常に敏感に測定値に依存し、非常に精密に決定することが可能であるブリルアン周波数のみが測定される。いずれにせよ、両測定値の影響を分離するという課題がある。
【０００４】
両測定値の分離は、いくつかの場合、たとえば、固定されていないファイバのファイバ束または固定されたファイバのファイバ束などの、異なって組込まれた光ファイバにおける測定値を比較することによって可能である（非特許文献２参照）。代わりに、周波数の、温度と歪との依存度が異なる、複数のブリルアンピークを有するファイバにおけるブリルアン周波数の測定（非特許文献３参照）、またはわずかの異なる空間モードを有するオリゴモードファイバにおけるブリルアン周波数の測定（非特許文献４参照）も、測定値の分離のために利用可能である。
【０００５】
しかしながら、これらの方法の適用はいずれも、一般的ではない。その理由は、このために適用できる適切な光ファイバが常に入手できるわけではないからである。加えて、複数の光ファイバまたは特定の光ファイバを敷設して測定することは、多くの費用が関わってくることである。
【０００６】
両測定値を分離するためのさらなる方法として、１または複数のブリルアンピークの周波数および振幅の測定がある（非特許文献５および非特許文献６参照）。この方法によって、２つの独立した測定値が得られ、それらの測定値から、基本的には、２つの求める物理パラメータを決定することが可能である。いずれにせよ、振幅の、温度および歪への依存性は弱く、たとえば０．３％／℃程度である。それゆえ、振幅は、約１℃の実際に関連する温度分解能および温度精度を達成するためには、振幅を精密に測定することが必要である。
【０００７】
精度を向上させるための知られた方法として、ブリルアン振幅を、同じファイバのレイリー散乱の振幅と比較する方法がある（非特許文献７参照）ランダウ‐プラチェク比と呼ばれる、ブリルアン振幅のレイリー振幅に対する比を計算することによって、ファイバ減衰の影響を取り除くことが可能である。
【０００８】
通常、ブリルアン信号の簡単な測定は、光学フィルタとフォトダイオードとを用いては行われない。その理由は、このために必要となる、非常に狭帯域の光学フィルタは製造が困難で、温度に関して特に安定性がないからである。それに加えて、代替方法である、光学スーパーヘテロダイン受信機によるブリルアン散乱の測定は、低い信号強度を測定することが可能である（非特許文献６参照）。その場合、ブリルアン散乱信号は、ブリルアン散乱を励起するレーザと同じ周波数、または数ＧＨｚだけシフトした周波数（局部発振器；ＬＯ）のレーザ光と重畳される。光検出器は、ブリルアン周波数とレーザ周波数またはＬＯ周波数との差に対応する周波数における重畳信号を検出する。励起するレーザと混合されたなら、差周波数は、石英ガラスの場合、およそ１０ＧＨｚである。通常、このＧＨｚ信号は、より良好に測定可能な１ＧＨｚより低い差周波数を得るために、このＧＨｚ信号は、電子局部発振器によって混合される（非特許文献８参照）。
【０００９】
もっとも、ファイバ減衰に加えて、測定信号の偏光依存性の問題がある。この問題は、両値の測定、すなわち周波数と振幅の測定の精度を低下させる。ブリルアン信号の局部発振器による重畳では、局部発振器の偏光と一致する、信号の一部のみが差周波数に混合される。それによって、信号は、測定のための他の偏光と共に減損する。加えて、光ファイバにおいて重畳される場合のブリルアン信号の偏光は、光ファイバにおける電圧誘起複屈折に基づいて変化する。すなわち、ブリルアン信号の測定された偏光成分の振幅は、距離に依存して大きく変動する。この偏光依存性によって、精確な振幅決定がかなり困難とされ、周波数決定の精度も損なわれている。これまで、この影響を、励起するレーザまたは局部発振器からの異なる偏光を用いた測定値の平均化によって調整することが試みられてきた（非特許文献９および非特許文献１０参照）。いずれにせよ、いくらかの精確な測定のために非常に多くの平均化が必要であり、これによって信号減損の問題は解決されない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Galindez-Jamioy & L2012, Brillouin Distributed Fiber Sensors: An Overview and Applications. 2012, 17
【非特許文献２】Inaudi & Glisic, 2006, Reliability and field testing of distributed strain and temperature sensors, 6167, 61671D-61671D-8
【非特許文献３】Liu & Bao, 2012, Brillouin Spectrum in LEAF and Simultaneous Temperature and Strain Measurement. J. Lightwave Technol., 30(8), 1053-1059
【非特許文献４】Weng, Ip, Pan, & Wang, 2015, Single-end simultaneous temperature and strain sensing techniques based on Brillouin optical time domain reflectometry in few-mode fibers, Opt. Express, 23(7), 9024-9039
【非特許文献５】Parker, Farhadiroushan, Handerek, & Rogers, 1997, Temperature and strain dependence of the power level and frequency of spontaneous Brillouin scattering in optical fibers, Opt. Lett., 22(11), 787-789
【非特許文献６】Maughan, Kee, & Newson, 2001, Simultaneous distributed fibre temperature and strain sensor using microwave coherent detection of spontaneous Brillouin backscatter, Measurement Science and Technology, 12(7), 834
【非特許文献７】Wait & Newson, 1996, Landau Placzek ratio applied to distributed fibre sensing, Optics Communications, 122, 141-146
【非特許文献８】Shimizu, Horiguchi, Koyamada, & Kurashima, 1994, Coherent self-heterodyne Brillouin OTDR for measurement of Brillouin frequency shift distribution in optical fibers, Lightwave Technology, Journal of, 12(5), 730-736
【非特許文献９】Fan, Huang, & Li, 2009, Brillouin-based distributed temperature and strain sensor using the Landau-Placzek Ratio, 7381, 738105-738105-9
【非特許文献１０】Song, Zhao, & Zhang, 2005, Optical coherent detection Brillouin distributed optical fiber sensor based on orthogonal polarization diversity reception, Chin. Opt. Lett., 3(5), 271-274
【発明の概要】
【００１１】
本発明の基礎にある問題は、温度および歪を容易に、および／または詳細に決定することが可能である、冒頭で述べたタイプの装置を作製することであり、かかるタイプの方法を提供することである。
【００１２】
これは、発明に従えば、請求項１の特徴を有する装置によって、および請求項１１の特徴を有する方法によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関する。
【００１３】
請求項１に従えば、前記装置は、
レーザビームを発生させることが可能である少なくとも１つのレーザ光源と、
計測のために利用される光ファイバであって、レーザビームが結合されることが可能であり、ブリルアン散乱に基づいて生じたブリルアン信号から分離されることが可能である光ファイバと、
分離されたブリルアン信号を検出可能であるセンサ手段と、
検出されたブリルアン信号から、温度および／または歪が、少なくとも、光ファイバ断片によって、空間分解測定されて決定可能である評価手段と、
分離されたブリルアン信号を、互いに異なる偏光を有する２つの成分に分割可能である、少なくとも１つの光偏光ビームスプリッタと、
ブリルアン信号にレーザビームを混合することが可能である、少なくとも１つの光結合器（１６，１７）と、を有する。
【００１４】
この場合、センサ手段は、別々の２つの成分を互いから分離されて検出可能であるように構成されてなる。特に、発明に従った装置において、ブリルアン信号は、２つの偏光成分に分離され、かかる２つの偏光成分は、適切な偏光の信号に重畳され、２つの光学検出器上で検出される。そのようにして、全信号が常に測定され、異なる偏光による測定の平均化が不要である。レーザビームをブリルアン信号に混合することによって、この装置の感度が改善される。なぜなら、混合によって評価されるべき信号を明確に増幅することが可能であるからである。
【００１５】
この装置は、少なくとも１つの光偏光ビームスプリッタによって分割された２つの、ブリルアン信号の成分のそれぞれにレーザビームを混合することが可能である２つの光結合器を有することが可能である。
【００１６】
この装置は、ブリルアン散乱を励起するために用いられるレーザ光源のレーザビームから、測定のために用いられる光ファイバ内に結合する前に、ある成分を分岐させることが可能であるビームスプリッタを備え、レーザビームのこの部分を、ブリルアン信号に混合することが可能であるように構成されてなることが可能である。
【００１７】
または、この装置は、ブリルアン信号に混合することが可能であるレーザビームを発生させることが可能である第２レーザ光源を備えてなるものとすることが可能である。
【００１８】
特に、その場合、第２レーザ光源は、第１レーザ光源とは異なる周波数、特に、およそ１０ＧＨｚ程度相違する周波数を有することが可能である。この装置は、ブリルアン散乱を励起するために用いられるレーザ光源のレーザビームから、測定のために用いられる光ファイバ内に結合する前に、ある成分を分岐させることが可能であるビームスプリッタを備えてなることが可能であり、この成分は第２レーザ光源の調整のために用いることが可能である。特に、この装置は、第１レーザ光源と第２レーザ光源との間の差周波数を安定化するＯ−ＰＬＬを含むことが可能である。前述のように差周波数を選択することによって、光検出器として、１ＧＨｚより低い境界周波数を有する受信器を組み込むことが可能であり、これらの受信器はより低い検出限界を有している。
【００１９】
代わりに、第２レーザ光源として、ＵＳ７，２８３，２１６  Ｂ１において記載されているように、ブリルアンレーザが利用される構成とすることも可能である。その場合も、この装置は、ブリルアン散乱を励起するために用いられるレーザ光源のレーザビームから、測定のために用いられる光ファイバ内に結合する前に、ある成分を分岐することが可能であるビームスプリッタを有することが可能であり、その成分は、ブリルアンレーザの光ポンピングのために利用され、その光学ポンプのブリルアン周波数は、測定されるブリルアン信号の周波数とは異なる。この周波数の差のために、ブリルアンレーザは光局部発振器（ＯＬＯ）として働くことが可能である。
【００２０】
この装置は、レイリー散乱を測定するための構成要素を有することが可能である。それによって、測定装置の精度を改善することが可能である。
【００２１】
特に、レイリー散乱を測定するための構成要素は、さらなるレーザ光源を有することが可能であり、該レーザ光源は、第１レーザ光源とは異なり、好ましくは、さらなるレーザ光源は、場合によっては、ブリルアン信号に混合されるべきレーザビームを発生させるためのすでに存在している第２レーザ光源とも異なる。さらなるレーザ光源は、レイリー散乱を励起することを目的に利用することが可能である。
【００２２】
装置は、基準として働く光ファイバ、または、たとえば基準コイルなどとして形成される、基準として働く、測定のために利用される光ファイバ断片を含み、少なくとも一定長さに亘って、不変のブリルアン信号を発生させ、したがって、このブリルアン信号が、センサ手段によって検出され、この信号を感度の較正のために利用することが可能である。２つの受信経路の光学素子が、なんらかの理由から常に異なる感度を有している場合でも、このような方法で、信頼できる測定結果を得ることが可能である。
【００２３】
請求項１１に従った方法は、
レーザビームが発生され、
温度および歪を測定するために、レーザビームが光ファイバ内に結合され、
光ファイバ内のレーザビームから生じるブリルアン信号を光ファイバから分離させ、
分離されたブリルアン信号が、互いに異なる偏光を有する２つの成分に分割され、
分離されたブリルアン信号の２つの成分が検出され、
評価手段が、少なくとも光ファイバ断片によって、温度および／または歪を、検出されたブリルアン信号の成分から空間分解測定して決定することを有する。
【００２４】
分離されたブリルアン信号の２つの成分は、互いに別々に検出可能である。
【００２５】
特に、ブリルアン信号の検出された２つの成分から、２つの出力信号が生成され、温度および／または歪を決定するための、偏光に依存しない出力信号を得るために、これらの出力信号は、特に、デジタル化の前または後で、適切な方法で合成される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に従った装置の第１実施形態の概略図である。
【図２】本発明に従った装置の第２実施形態の概略図である。
【図３】本発明に従った装置の第３実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の好適な実施形態についての説明によって明らかになるであろう。
【００２８】
図において、同一または機能的に同一の部分には、同一の参照番号が付与されている。破線は、光学信号を表し、特に、光案内部材に案内される光学信号を表す。実線は、電気的接続信号線を表している。
【００２９】
図１に示す装置においては、ブリルアン散乱を励起するために用いられるレーザビームとの光学的重畳が利用される。
【００３０】
図１に示された発明に従った装置は、レーザ光源１を有し、該レーザ光源は、狭帯域レーザビーム、たとえば１ＭＨｚの線幅のレーザビームを出射する。さらにまた、レーザ光源１のレーザビームは、たとえば数十ｍＷの一定の出力を有する。好ましくは、レーザ光源１としては、出射波長が赤外線領域付近、たとえば、１５５０ｎｍあたりにある、たとえば、ＤＦＢレーザ（分布帰還型レーザ）または他の狭帯域レーザなどの、周波数が安定化されたダイオードレーザが用いられる。
【００３１】
図１に示す装置は、さらに、ファイバ光学部として構成されるビームスプリッタ２を有し、該ビームスプリッタ２は、レーザ光源１のレーザビームを２つの部分３，４に分割可能である。第１部分３は、測定のために用いられる光ファイバ５内に結合され、該光ファイバ５内で、ブリルアン散乱の励起を介して、温度および／または歪が、空間分解測定されることになる。第２部分４は、以下に詳細に説明されるように、光ファイバ５から分離され、ブリルアン散乱を介して発生されるブリルアン信号との重畳のために利用される。
【００３２】
装置は、さらにまた、光変調器６を有し、該光変調器６は、レーザビームの第１部分３を、適用される、分散信号の位置的分配のための方法に合わせて、変調することが可能である。たとえば、第１部分３から、ＯＴＤＲ法（光時間領域反射測定法）を適用した場合には、パルスまたはパルス列が、そしてＯＦＤＲ法（光周波数領域反射測定法）を適用した場合には振幅変調された信号が形成される。光増幅器（図示せず）は、この装置によって包括される、光サーキュレータ７、特にファイバ型サーキュレータを介して、測定のために用いられる光ファイバ５内に案内される前に、測定のために用いられる、レーザビームの第１部分３を増幅することが可能である。
【００３３】
測定のために用いられる光ファイバ５においては、ブリルアン散乱信号が生じ、該ブリルアン散乱信号が、光サーキュレータ７まで、距離に対応する、およそ１０μｓ／ｋｍの伝播遅延時間で戻ってきて、光サーキュレータから、装置の受信経路８に案内される。任意であるが、たとえば、ファイバブラッグ回折格子（ＦＧＢ）などの光学フィルタ（図示せず）を、弱いブリルアン信号の測定妨害を回避するために用いることも可能である。さらにまた、受信経路８において、任意であるが、光増幅器９を介して光増幅を行うことも可能である。
【００３４】
ブリルアン信号も、またレーザビームの第２部分４も、光偏光ビームスプリッタ、特にファイバ偏光ビームスプリッタ１０，１１を介して、直線偏光成分１２，１３，１４，１５に分割される。好ましくは、レーザビームの第２部分４は、特に、４５°より小さい角の偏光方向に関して、偏光ビームスプリッタ１１内に結合され、２つの、できる限り同じ強度の、直交して互いに偏光させられた成分１４，１５が生じる。
【００３５】
レーザビームの第２部分の分配のために設けられた偏光ビームスプリッタ１１の代わりに、５０：５０の比でレーザビームを分割する、偏光受信分割部（図示せず）を設けることも可能である。
【００３６】
測定のために用いられる光ファイバ５からのブリルアン信号は、ファイバの歪に依存して、したがって、距離に依存して、まったく異なる偏光状態を有する。それゆえ、これら２つの成分１２，１３の比は、一定ではなく、距離に大きく依存している。
【００３７】
偏光ビームスプリッタ１０，１１の後段には、２つの、光結合器、特に光ファイバ結合器１６，１７が配設され、該結合器は、それぞれ、ブリルアン信号の成分１２、１３を、レーザビームの第２部分４の成分１４，１５と結合する。レーザビームの第２部分４の異なる偏光のこれら２つの成分１４，１５と、ブリルアン信号の異なる偏光のこれら２つの成分１２，１３とは、光ファイバ結合器１６，１７内に偏光に合わせて共に案内される。
【００３８】
バランスを欠いた検出の場合には、好ましくは、非対称結合器が用いられ、その場合には、ブリルアン信号の大部分と、レーザビームの第２部分４の小さい部分とが、組み合され、以下にもっと詳細に説明した光検出器１８，１９に導かれる。それによって、ブリルアン信号の不要な減衰が防止される。かかる非対称結合器は、たとえば、９５：５の結合比を有することが可能であり、特に、９０：１０〜９９：１の結合比を有することが可能である。非対称結合比によって、不要な信号損失を防止することが可能であり、この場合、このブリルアン信号はかなり強いものであるので、ブリルアン信号に加えられるレーザ出力の高度の損失があっても、それは臨界的なものではない。
【００３９】
バランスがとれたオプティカルダイオードの検出方式の場合は、好ましくは、対称な結合比が用いられる。
【００４０】
光検出器１８，１９では、偏光に合わせて共に導かれたブリルアン信号とレーザビーム部分との重畳が行われる。特に、ブリルアン信号とレーザビーム部分との間の、１０ＧＨｚ程度の範囲の差周波数を伴ううなり信号２０，２１が生じる。このうなり信号２０，２１は、周波数に関しては、測定のために用いられる光案内部材５の材料と、温度と歪とに依存している。
【００４１】
うなり信号２０，２１は、ブリルアン信号およびレーザビーム部分の出力の積の根に比例している。高いレーザ出力を用いることによって、ブリルアン信号を直接測定する場合よりも明らかに強い測定信号が生じ、したがって、装置の検出能力がかなり改善される。
【００４２】
うなり信号２０，２１のそれぞれは、電子ミキサ２３，２４内で、電子局部発振器２２によって、１ＧＨｚよりも小さい、良好に測定可能な周波数でダウンミックスされる。両偏光のためのこれらのミキサ２３，２４の出力信号２５，２６は、さらに増幅されてデジタル化される。
【００４３】
特に、この場合、うなり信号２０，２１の、またはブリルアン信号の、水平偏光の第１出力信号２５と、垂直偏光の第２出力信号２６とが該当する。位置依存ブリルアンパラメータと、最終的には、温度または歪の決定のための、偏光に依存しない出力信号を得るために、デジタル化の前または後に、これら２つの出力信号２５，２６は、適切な方法で組み合わされる。
【００４４】
所望の偏光成分を、適切に定義して、安定して重畳させるためには、光案内部材を、レーザ光源１から、偏光ビームスプリッタ１０，１１を経て、光ファイバ結合器１６，１７まで導くことが、または、場合によっては、光案内部材を偏光受信ファイバとしての光検出器１８，１９まで導くことが好ましい。有利なことに、その代わりに、シングルモードファイバを用いることも可能である。
【００４５】
図２に従った装置は、図１に従った装置との相違点として、第１レーザ光源１に加えてさらに、第２狭帯域レーザ光源２７を有し、第２狭帯域レーザ光源２７のレーザビームは、ブリルアン信号との重畳のために使用される。この第２狭帯域レーザ光源２７の周波数は、第１レーザ光源１の周波数に対向して変位するように調整され、ブリルアン散乱光と第２レーザ光源２７との間の差周波数は、１ＧＨｚより低くなる。たとえば、石英ガラス光案内部材が使用される場合、およそ１０ＧＨｚより高い、これら２つのレーザ光源１，２７の周波数変位が、互いに必要である。
【００４６】
１ＧＨｚより低い差周波数によって、１ＧＨｚより低い限界周波数を有する光検出器１８，１９であって、より低い検出限界を有する光検出器の利用が可能となる。加えて、この周波数帯域における信号の増幅およびフィルタリングは、より単純でかつ効率がよい。
【００４７】
第２レーザ光源２７を、第１レーザ光源１に対して所望の周波数ピッチで安定化するために、適切な入力信号を有する、以下においてＯ−ＰＬＬ（optical phase locked loop）２８と称される位相同期ループが組込まれる。これら２つのレーザ光源１，２７のレーザビームの一部は、光ファイバ分割器として具体化されるビームスプリッタ２，２９を介して分割され、光ファイバ結合器３０によって偏光に合わせて共に案内され、そして光検出器上で重畳される。測定された信号は、１０ＧＨｚ程度の領域にあるべき、２つのレーザ光源の差周波数の場合の成分を含む。その信号の周波数は、以下においてＰＬＬ回路３２と称される位相同期ループにおいて、所望の差周波数に調整された電子局部発振器３３の周波数と比較される。これら２つのレーザ光源１，２７の一方の周波数は、比較信号に基づいて、レーザ光源１，２７の差周波数が局部発振器３３の周波数と一致するように調整される。ダイオードレーザが用いられる場合には、レーザ周波数の調整は、好ましくは、駆動電流を介して行われる。
【００４８】
図３に従った装置は、図２に従った装置とは、レイリー散乱を測定するための付加的な成分があるという点において異なっている。
【００４９】
レイリー散乱が、ブリルアン散乱と同じ狭帯域レーザで励起される場合、コヒーレントレイリーノイズ（ＣＲＮ）に基づいて振幅が強く変動する後方散乱信号が生じる。このような信号は、ランダウ−プラチェク比の計算のための基準値としては適していない。
【００５０】
異なる波長における、狭帯域のレーザ光源による複数の測定値を平均化することでＣＲＮを除外することができる。
【００５１】
図３においては、変形例が示されており、その変形例においては、さらに、レイリー散乱の励起のために第３レーザ光源３４が設けられている。この追加のレーザ光源３４は、たとえば、数ｎｍの半値幅の広帯域レーザとすることが可能である。さらなる追加のレーザ光源３４のレーザビームは、明らかに、第１レーザ光源１から出射されるレーザビームよりも広帯域のものである。
【００５２】
光学スイッチ３５によって、ブリルアン散乱およびレイリー散乱の励起のための、第１レーザ光源１と追加のレーザ光源３４との間での選択が可能であり、または、必要に応じてレーザ光源１，３４を切り換えるために、レーザビームを光ファイバ結合器（図示せず）を介して集めることも可能である。
【００５３】
レイリー散乱の励起のために設けられたレーザ光源３４は、直接、パルス化され、または、パルス符号化され、または変調されることが可能である。代わりに、振幅を所望のように経時的に推移させることも可能である。
【００５４】
ブリルアン信号は、たとえば、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）などの光学フィルタ３６を介して、レイリー信号から分離され、レイリー信号は、追加の光検出器３７を介して受信され、フィルタにかけられ、増幅させることが可能である。このようにして得られた出力信号３８は、その後で２値化され、さらなるデジタル処理がなされる。
【００５５】
図３に従った実施形態の場合、２つの光サーキュレータ７には、それぞれ３つの端子が設けられている。また、２つの光サーキュレータの代わりに、１つだけの光サーキュレータに４つの端子を設けてもよい。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ１０の後段にある２つの受信経路内の、光学素子、光検出器、および増幅器が、異なる感度につながる場合、測定区間の一部を基準コイルとして実施することも可能である。これは、図３に例示的に示されている。また、図１および／または図２に従った実施形態の場合にも、このような基準コイル３９を設けてもよい。また、図３に従った実施形態の場合、基準コイル３９を省略してもよい。
【００５７】
基準コイル３９には、予め定められた長さの光ファイバ、たとえば１００ｍ長さの光ファイバが、全ファイバ長が、同じブリルアン信号を発生するように組み込まれる。特に、光ファイバは、一定の温度と一定の歪を有するべきであり、好ましくは、歪は有すべきではない。したがって、基準コイル３９のブリルアン信号は、２つの受信経路によって測定することが可能であり、これら受信経路の感度の較正のために利用することが可能である。
【００５８】
基準コイル３９から出た信号は、２つの偏光において同等の強さであることから、受信経路は、それらが、基準コイルに関して、全体として同じ強度の信号を測定するように較正される。このように調整して受信経路を同じ感度とすることは、２つの受信信号の最適な組合わせにとって有利である。
【００５９】
２つの成分１２，１３を分離して受信するための２つの光検出器１８，１９をそれぞれ有する、図１〜図３に示された実施形態に代わり、両成分１２，１３のための組合わされた光検出器（図示せず）が設けられてもよい。たとえば、それに加えて、２つのフォトダイオードを、１つのチップ上にもしくはハウジング内に設けてもよく、または２つの領域だけを１つのフォトダイオード上に設けてもよい。その場合、これら２つの成分は、それらの合計のみが増幅されて２値化されるように、たとえば、これらのフォトダイオードまたはこれらの分離された領域から発生され、光電流は並列に接続される。
【００６０】
このような構成の利点は、アナログ信号のより良いＳＮ比である。これらの変形例の場合、両信号を同じ強さで受信するように、光信号を較正することが可能である構成とすることが必要である。これは、たとえば、測定信号の特徴に基づいて制御される、受信経路の１つにおける可変光減衰器を介して行うことが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１，２７，３４  レーザ光源
２，２９  ビームスプリッタ
３  レーザビームの第１部分
４  レーザビームの第２部分
５  測定のために用いられる光ファイバ
６  光変調器
７  光サーキュレータ
８  受信経路
９  光入力増幅器
１０，１１  光偏光ビームスプリッタ
１２，１３，１４，１５  線形偏光成分
１６，１７，３０  光結合器
１８，１９，３１，３７  光検出器
２０，２１  うなり信号
２２，３３  電子局部発振器（ＬＯ）
２３，２４  電子ミキサ
２５，２６，３８  出力信号
２８  Ｏ−ＰＬＬ
３２  ＰＬＬ回路
３５  光学スイッチ
３６  光学フィルタ
３９  基準コイル
【図１】
0006567480.tif 000002
【図２】
0006567480.tif 000003
【図３】
0006567480.tif 000004