(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ光を生成する光源部と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力するコヒーレント検波部と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定装置。
【請求項２】
プローブ光を生成する光源部と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた、ビート周波数の周波数シフトを与える光周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を第１電気信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する電気信号生成部と、
前記第１電気信号と前記第２電気信号とをホモダイン検波して、差周波を位相差信号として出力するミキサー部と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定装置。
【請求項３】
プローブ光を生成する光源部と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路に設けられた、第１周波数の周波数シフトを与える第１光周波数シフタ部と、
前記第２光路に設けられた、第２周波数の周波数シフトを与える第２光周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられた遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する合波部と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を第１電気信号として出力するコヒーレント検波部と、
前記第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する電気信号生成部と、
前記第１電気信号と前記第２電気信号とをホモダイン検波して、差周波を位相差信号として出力するミキサー部と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定装置。
【請求項４】
プローブ光を生成する過程と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定方法。
【請求項５】
プローブ光を生成する過程と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方を伝播する光に、ビート周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を第１電気信号として出力する過程と、
前記第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する過程と、
前記第１電気信号と前記第２電気信号とをホモダイン検波して、差周波を位相差信号として出力する過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定方法。
【請求項６】
プローブ光を生成する過程と、
前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する過程と、
前記第１光路を伝播する光に、第１周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第２光路を伝播する光に、第２周波数の周波数シフトを与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に遅延を与える過程と、
前記第１光路及び前記第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する過程と、
前記合波光をヘテロダイン検波して差周波を第１電気信号として出力する過程と、
前記第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する過程と、
前記第１電気信号と前記第２電気信号とをホモダイン検波して、差周波を位相差信号として出力する過程と
を備えることを特徴とする光ファイバ歪み測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブリルアン散乱光を用いた、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とする分布型光ファイバセンシングが盛んに研究されている。分布型光ファイバセンシングでは、光ファイバの片端から光パルスを入射し、光ファイバ中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が代表的である。光ファイバ中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。この中で自然ブリルアン散乱を測定するものはＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  ＯＴＤＲ）と呼ばれる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ブリルアン散乱は、光ファイバに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度周波数シフトした場所に観測され、そのスペクトルはブリルアン利得スペクトルと呼ばれる。ブリルアン利得スペクトルの周波数シフト量及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアンシフト及びブリルアン線幅と呼ばれ、光ファイバの材質及び光ファイバに入射される光パルスの波長によって異なる。例えば、石英系のシングルモード光ファイバに波長１．５５μｍの光パルスを入射した場合、ブリルアンシフトが約１１ＧＨｚとなり、ブリルアン線幅が約３０ＭＨｚとなることが報告されている。
【０００４】
ブリルアンシフトは、光ファイバの歪みに対して５００ＭＨｚ／％程度の割合で線形に変化することが知られている。これを引っ張り歪み及び温度に換算すると、それぞれ、０．０５８ＭＨｚ／με、１．１８ＭＨｚ／℃に対応する。
【０００５】
このように、ＢＯＴＤＲでは、光ファイバの長手方向に対する歪みや温度分布を測定することが可能である。このため、ＢＯＴＤＲは、橋梁やトンネルなど大型建造物のモニタリング技術として注目されている。
【０００６】
ＢＯＴＤＲは、光ファイバ中で発生する自然ブリルアン散乱光のスペクトル波形を測定するため、別途用意した参照光とのヘテロダイン検波を行うのが一般的である。自然ブリルアン散乱光の強度はレイリー散乱光の強度に比べて２〜３桁小さい。このため、ヘテロダイン検波は最小受光感度を向上させる上でも有用となる。
【０００７】
図６を参照して、従来のＢＯＴＤＲについて説明する（例えば、特許文献１参照）。図６は、従来の光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【０００８】
光源１１２から出射された連続光は、光カプラ１４２によって、２分岐される。２分岐された一方は、参照光として用いられ、他方は、光周波数シフタ１４３によってブリルアン周波数に相当する周波数シフトを受けた後、光パルス発生器１１４により、パルス状のプローブ光となる。
【０００９】
このプローブ光は、光カプラ１２０を経て測定対象となる光ファイバ（被測定ファイバ）１００に入射される。被測定ファイバ１００からの後方ブリルアン散乱光は、光カプラ１５０において参照光と合波された後、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）１６２及びＦＥＴ増幅器１６４からなるレシーバ１６０によってヘテロダイン検波される。
【００１０】
ここで、プローブ光は、光周波数シフタ１４３によってブリルアン周波数程度の周波数シフトが施されているため、ヘテロダイン検波されて生成されるビート信号の周波数は低くなる。ビート信号をミキサー１７０、電気フィルタ１７８により周波数をダウンシフトさせた後、検波回路１７２により２乗検波もしくは包絡線検波することにより得られるＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｃｙ）信号のパワーや振幅を測定する。この結果は、信号処理装置１７４に送られる。
【００１１】
ここで、ＢＯＴＤＲは、光ファイバの長手方向に対する周波数スペクトル分布の情報を扱うため、時間、振幅及び周波数の３次元の情報を取得する必要がある。図７を参照してＢＯＴＤＲにおいて、時間、振幅及び周波数の３次元の情報の取得方法について説明する。図７は、従来の光ファイバ歪み測定装置における時間、振幅及び周波数の３次元の情報の取得方法を説明するための模式図である。上述の特許文献１に開示の技術では、ブリルアン周波数スペクトル全体を測定するには、時間ｔ及び振幅Ｉの２次元情報を、局発電気信号源１８３の周波数ｆを掃引して取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１６５８０８号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ  ｅｔ  ａｌ．，”Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ−ｆｉｂｅｒ  ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ“，ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｃｏｍｍｕｎ．，  ｖｏｌ．Ｅ７６−Ｂ，  ｎｏ．４，  ｐｐ．３８２−３９０  （１９９３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここで、自然ブリルアン散乱光は非常に微弱なため、ヘテロダイン検波を適用しても十分な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保できない。その結果、Ｓ／Ｎ改善のための平均化処理が必要となる。この平均化処理と上述の３次元情報の取得のため、従来の光歪み測定装置では、測定時間の短縮が難しい。
【００１５】
この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する、自然ブリルアン散乱光を用いた、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバ歪み測定装置は、光源部と、分岐部と、遅延部と、合波部と、コヒーレント検波部とを備えて構成される。
【００１７】
光源部は、プローブ光を生成する。プローブ光は、測定対象となる光ファイバ（被測定光ファイバ）に入射される。分岐部は、プローブ光により被測定光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。遅延部は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられており、第１光路及び第２光路を伝播する光の間に遅延時間差を与える。合波部は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。コヒーレント検波部は、合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する。この位相差信号は、いわゆるビート信号である。
【００１８】
上述した光ファイバ歪み測定装置の好適実施形態によれば、光ファイバ歪み測定装置は、光源部と、分岐部と、光周波数シフタ部と、遅延部と、合波部と、コヒーレント検波部と、電気信号生成部と、ミキサー部とを備えて構成される。
【００１９】
光源部は、プローブ光を生成する。プローブ光は、被測定光ファイバに入射される。分岐部は、プローブ光により被測定光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。光周波数シフタ部は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられていて、ビート周波数の周波数シフトを与える。遅延部は、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられており、第１光路及び第２光路を伝播する光の間に遅延時間差を与える。合波部は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。コヒーレント検波部は、合波光をヘテロダイン検波して差周波数を第１電気信号として出力する。電気信号生成部は、第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する。ミキサー部は、第１電気信号と第２電気信号を、ホモダイン検波して、差周波を位相差信号として出力する。この第１電気信号は、いわゆるビート信号である。
【００２０】
また、光ファイバ歪み測定装置の他の好適実施形態によれば、光周波数シフタ部に換えて、第１光周波数シフタ部と、第２光周波数シフタ部を備えて構成される。
【００２１】
第１光周波数シフタ部は、第１光路に設けられた、第１周波数の周波数シフトを与える。第２光周波数シフタ部は、第２光路に設けられた、第２周波数の周波数シフトを与える。この場合、第２電気信号は、第１周波数と第２周波数の差周波として生成されるので、いわゆるビート信号となる。
【００２２】
また、この発明の光ファイバ歪み測定方法は、以下の過程を備えて構成される。先ず、プローブ光を生成する。プローブ光は、被測定光ファイバに入射される。次に、プローブ光により被測定光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光の間に遅延時間差を与える。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をホモダイン検波して差周波を位相差信号として出力する。
【００２３】
上述した光ファイバ歪み測定方法の他の好適実施形態によれば、以下の過程を備えて構成される。
【００２４】
先ず、プローブ光を生成する。プローブ光は、被測定光ファイバに入射される。次に、プローブ光により被測定光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光を、第１光路及び第２光路に２分岐する。第１光路及び第２光路のいずれか一方を伝播する光に対して、ビート周波数の周波数シフトを与える。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光の間に遅延時間差を与える。次に、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。次に、合波光をヘテロダイン検波して第１電気信号を生成する。次に、第１電気信号と同じ周波数を持つ第２電気信号を生成する。次に、第１電気信号と第２電気信号を、ホモダイン検波して、差周波数を位相差信号として出力する。
【００２５】
また、光ファイバ歪み測定方法の他の好適実施形態によれば、第１光路を伝播する光に対して、第１周波数の周波数シフトを与え、及び、第２光路を伝播する光に対して、第２周波数の周波数シフトを与える。
【発明の効果】
【００２６】
この発明の光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法によれば、光の周波数変化をコヒーレント検波により与えられるビート信号の位相差として測定することにより、時間及び位相の２次元の情報を取得する。このため、３次元の情報の取得が必要な従来技術に比べて、測定時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【図２】ブリルアンシフトとビート信号の位相変化を示す模式図である。
【図３】遅延時間と測定可能周波数の関係を示す模式図である。
【図４】第２光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【図５】第３光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【図６】従来の光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【図７】従来の光ファイバ歪み測定装置における時間、振幅及び周波数の３次元の情報の取得方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係については、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。また、各構成要素については、以下説明する機能を実現する任意好適な公知の素子等を用いることができる。
【００２９】
（第１実施形態）
図１を参照して、第１実施形態の光ファイバ歪み測定装置（以下、第１光ファイバ歪み測定装置とも称する。）について説明する。図１は、第１光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【００３０】
第１光ファイバ歪み測定装置は、光源部１０、サーキュレータ２０、光増幅器３０、光バンドパスフィルタ３２、自己遅延ヘテロダイン干渉計４０及びタイミング制御器９０を備えて構成される。
【００３１】
光源部１０は、プローブ光を生成する。光源部１０は、連続光を生成する光源１２と、連続光から光パルスを生成する光パルス発生器１４を備えて構成される。
【００３２】
ここで、第１光ファイバ歪み測定装置は、周波数変化に応じた位相差を測定する。このため、光源１２の周波数揺らぎは、ブリルアンシフトよりも十分に小さくなければならない。そこで、光源１２として周波数安定化レーザが用いられる。例えば、測定対象となる光ファイバ（以下、被測定光ファイバとも称する。）１００の歪みを０．００８％としたとき、ブリルアンシフトは４ＭＨｚに相当する。このため、０．００８％程度の歪みを測定するには、光源１２の周波数揺らぎは４ＭＨｚより十分に小さいことが望ましい。
【００３３】
光パルス発生器１４は、任意好適な従来周知の、音響光学（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器又は電気光学（ＥＯ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器を用いて構成される。光パルス発生器１４は、タイミング制御器９０で生成された電気パルスに応じて、連続光から光パルスを生成する。この光パルスの繰り返し周期は、被測定光ファイバ１００を光パルスが往復するのに要する時間よりも長く設定される。この光パルスが、プローブ光として、光源部１０から出力される。
【００３４】
この光源部１０から出力されたプローブ光は、サーキュレータ２０を経て、被測定光ファイバ１００に入射される。なお、サーキュレータ２０に換えて、光カプラを用いても良い。
【００３５】
被測定光ファイバ１００からの後方散乱光は、サーキュレータ２０を経て、光増幅器３０に送られる。光増幅器３０で増幅された後方散乱光は、光バンドパスフィルタ３２に送られる。光バンドパスフィルタ３２は、１０ＧＨｚ程度の透過帯域を有しており、自然ブリルアン散乱光のみを透過する。この自然ブリルアン散乱光は、自己遅延ヘテロダイン干渉計４０に送られる。この光バンドパスフィルタ３２から出射される自然ブリルアン散乱光の時刻ｔにおける信号Ｅ０（ｔ）は、以下の式（１）で表される。
【００３６】
Ｅ０（ｔ）＝Ａ０ｅｘｐ｛ｊ（２πｆｂｔ＋φ０）｝ （１）
ここで、Ａ０は振幅、ｆｂは自然ブリルアン散乱光の光周波数、φ０は初期位相を示している。
【００３７】
自己遅延ヘテロダイン干渉計４０は、分岐部４２と、第１光周波数シフタ部４４と、第２光周波数シフタ部４６と、遅延部４８と、合波部５０と、コヒーレント検波部６０と、ミキサー部７０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２と、電気信号生成部８０と、信号処理装置７４を備えて構成される。
【００３８】
電気信号生成部８０は第１局発電気信号源８２、第２局発電気信号源８４、ミキサー部８６及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）８８を備えて構成される。なお、第１局発電気信号源８２、第２局発電気信号源８４は電気信号生成部８０の外部に在っても良い。第１局発電気信号源８２は、第１周波数ｆ１の電気信号を生成する。第２局発電気信号源８４は、第２周波数ｆ２の電気信号を生成する。ミキサー部８６は、第１周波数ｆ１の電気信号と、第２周波数ｆ２の電気信号から、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２の和周波数成分と差周波数成分を生成する。ＬＰＦ８８はミキサー部８６で生成される信号から差周波数成分Δｆ（＝ｆ１−ｆ２）のビート信号を出力する。
【００３９】
分岐部４２は、プローブ光により被測定光ファイバ１００で発生する後方ブリルアン散乱光を、光バンドパスフィルタ３２を経て受け取り、第１光路及び第２光路に２分岐する。
【００４０】
第１光周波数シフタ部４４は、第１光路に設けられている。第１光周波数シフタ部４４は、第１局発電気信号源８２で生成された第１周波数ｆ１の電気信号を用いて、第１光路を伝播する光に対して、第１周波数ｆ１の周波数シフトを与える。
【００４１】
第２光周波数シフタ部４６は、第２光路に設けられている。第２光周波数シフタ部４６は、第２局発電気信号源８４で生成された第２周波数ｆ２の電気信号を用いて、第２光路を伝播する光に対して、第２周波数ｆ２の周波数シフトを与える。
【００４２】
従来の例えば特許文献１に開示されている測定装置では、ブリルアンシフトに対応する数十ＧＨｚ程度の周波数シフトを与える。これに対し、この第１光ファイバ歪み測定装置では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２は、数十ＭＨｚ程度である。このため、従来の測定装置に比べて周波数シフタとして小型でかつ安価なものを用いることができる。
【００４３】
また、この構成例では、第２光路に遅延部４８が設けられている。遅延部４８は、第２光路を伝播する光に時間τの遅延を与える。
【００４４】
合波部５０は、第１光路及び第２光路を伝播する光を合波して合波光を生成する。合波部５０に入射される、第１光路を伝播する光信号Ｅ１（ｔ）、第２光路を伝播する光信号Ｅ２（ｔ−τ）は、それぞれ、以下の（２）（３）式で表される。
【００４５】
Ｅ１（ｔ）＝Ａ１ｅｘｐ｛ｊ（２πｆｂｔ＋２πｆ１ｔ＋φ1）｝   （２）
Ｅ２（ｔ）＝Ａ２ｅｘｐ［ｊ｛２πｆｂ（ｔ―τ）＋２πｆ２ｔ＋φ2｝］（３）
ここで、Ａ１及びＡ２及びφ１、φ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ−τ）の振幅であり、φ１及びφ２は、それぞれＥ１（ｔ）及びＥ２（ｔ−τ）の初期位相である。
【００４６】
コヒーレント検波部６０は、合波光をヘテロダイン検波してビート信号を生成する。コヒーレント検波部６０は、例えば、バランス型フォトダイオード（ＰＤ）６２とＦＥＴ増幅器６４を備えて構成される。ヘテロダイン検波により与えられるビート信号Ｉは、以下の式（４）で表される。
【００４７】
Ｉ＝Ａ１２＋Ａ２２＋４Ａ１Ａ２ｃｏｓ｛２π（Δｆｔ＋ｆｂτ）＋φ1-φ2｝  （４）
コヒーレント検波部６０で生成されたビート信号は第１電気信号としてミキサー部７０に送られる。また、電気信号生成部８０で生成されたビート信号は第２電気信号としてミキサー部７０に送られる。
【００４８】
ミキサー部７０は、第１電気信号と、第２電気信号とをホモダイン検波して、ホモダイン信号を生成する。ここで、ビート信号である第１及び第２電気信号はいずれもビート周波数Δｆを有するビート信号であるので、これらをホモダイン検波することにより、２πｆｂτの変化が位相差として出力される。ブリルアン周波数ｆｂは、光源１２の発振周波数の揺らぎと被測定光ファイバ１００の歪みの２つの要因によって変化する。しかし、光源１２として周波数安定化レーザを用いることで、被測定光ファイバ１００の歪みによる影響が支配的となる。ここで、被測定光ファイバ１００中に局所的な歪みによるブリルアンシフトΔｆｂが生じていると仮定すると、上述の式（４）は、以下の式（５）のように書き直すことができる。
【００４９】
Ｉ＝Ａ１２＋Ａ２２＋４Ａ１Ａ２ｃｏｓ［２π｛Δｆｔ＋（ｆｂ＋Δｆｂ（ｔ））τ｝＋φ1-φ2］  （５）
ローパスフィルタ７２は、ホモダイン信号から和周波成分をカットして位相差に対応する電圧値を示す位相差信号を生成する。この位相差信号は信号処理装置７４に送られ、所定の処理が行われる。
【００５０】
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、ブリルアンシフトとビート信号の位相変化を示す模式図である。図２（Ａ）は、横軸に時間ｔを取って示し、縦軸に周波数を取って示している。また、図２（Ｂ）は、横軸に時間ｔを取って示し、縦軸に、電圧を取って示している。
【００５１】
この横軸の時間は、ブリルアン散乱が起こった場所を示している。すなわち、プローブ光が出射された時間に対して、時間ｔ経過後に後方ブリルアン散乱光が入射された場合、被測定光ファイバ内の光の伝播速度をｖとすると、被測定光ファイバの入射端からｖｔ／２の位置で後方ブリルアン散乱が生じたことになる。
【００５２】
図２（Ａ）では、時刻ｔ１からｔ２までの時間Ｔに対応する区間において、周波数シフトが生じた例を示している。このとき、自己遅延ヘテロダイン干渉計で遅延時間τが与えられているため、位相変化はｔ１からｔ１＋τまでの間に変化し、時刻ｔ２からｔ２＋τまでの間に元の状態に戻る。すなわち、第１光ファイバ歪み測定装置で位相差を測定するには、Ｔ≧τの関係を満たす必要があり、測定可能な時間分解能（すなわち、空間分解能）がτによって定まる。さらに測定可能な周波数変化もτの大きさで定まる。すなわち、τが大きくなると、測定可能な周波数範囲が小さくなるが、空間分解能は大きくなる。一方、τが小さくなると、空間分解能は小さくなるが、測定可能な周波数範囲が大きくなる。このように、遅延時間と測定可能な周波数の間にトレードオフの関係がある。図３に遅延時間と測定可能周波数の関係を示す。ここでは、位相変化の最小検出感度を２π／１０００〜２πとしている。遅延時間τを１ｎｓとすると、周波数測定範囲は１ＭＨｚ〜１ＧＨｚとなる。１ｎｓの遅延時間τは２０ｃｍの空間分解能に対応し、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数測定範囲は０．００２〜２％の光ファイバの歪みに相当する。これらの値は、光ファイバの歪み測定として、十分な空間分解能お及び測定精度を満足している。
【００５３】
（第２実施形態）
図４を参照して、第２実施形態の光ファイバ歪み測定装置（以下、第２光ファイバ歪み測定装置とも称する。）について説明する。図４は、第２光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【００５４】
第２光ファイバ歪み測定装置は、自己遅延ヘテロダイン干渉計４１の光周波数シフタ部４３が１つである点が第１光ファイバ歪み測定装置と異なっている。ここでは、光周波数シフタ部４３が第２光路に設けられる例を示しているが、第１光路に設けられていても良い。
【００５５】
光周波数シフタ部が１つであるため、電気信号生成部８１が備える局発電気信号源８３も１つである。また、局発電気信号源８３からの電気信号が第２電気信号としてミキサー部７０に入力される。その他の構成については、第１光ファイバ歪み測定装置と同様なので重複する説明を省略する。
【００５６】
第２光ファイバ歪み測定装置は、上記（１）〜（５）式において、ｆ２＝０、Δｆ＝ｆ１とした場合に対応する。第２光ファイバ歪み測定装置は、光周波数シフタ部や局発電気信号源が１つであるため、第１光ファイバ歪み測定装置に比べて、製造コストの面で有利である。一方、第１光ファイバ歪み測定装置は、合波部で合波される２つの光の周波数が近い値であるため、ホモダイン検波を行うという観点では、より高精度の測定を行うことができる。
【００５７】
（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態の光ファイバ歪み測定装置（以下、第３光ファイバ歪み測定装置とも称する。）について説明する。図５は、第３光ファイバ歪み測定装置の模式的なブロック図である。
【００５８】
第３光ファイバ歪み測定装置は、光周波数シフタ部を備えない点が第１光ファイバ歪み測定装置と異なっている。
【００５９】
この場合、コヒーレント検波部６０は、ホモダイン検波してビート信号を生成する。このビート信号がそのまま、位相差信号に対応するため、電気信号生成部、ミキサー部、ＬＰＦが不要となる。
【００６０】
第３光ファイバ歪み測定装置は、上記（１）〜（５）式において、ｆ１＝ｆ２＝０、Δｆ＝０とした場合に対応する。第３光ファイバ歪み測定装置は、光周波数シフタ部や局発電気信号源を備えないため、第１光ファイバ歪み測定装置や第２光ファイバ歪み測定装置に比べて、製造コストの面で有利である。
【符号の説明】
【００６１】
１０    光源部
２０    サーキュレータ
３０    光増幅器
３２    光バンドパスフィルタ
４０、４１    自己遅延ヘテロダイン干渉計
４２    分岐部
４３    光周波数シフタ部
４４    第１光周波数シフタ部
４６    第２光周波数シフタ部
４８    遅延部
５０    合波部
６０    コヒーレント検波部
６２    バランス型ＰＤ
６４    ＦＥＴ増幅器
７０、８６    ミキサー部
７２、８８    ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
７４    信号処理装置
８０、８１    電気信号生成部
８２    第１局発電気信号源
８３    局発電気信号源
８４    第２局発電気信号源
９０    タイミング制御器
【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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