(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、
該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、
分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、
該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設け、
該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とするブリルアン散乱測定装置。
【請求項２】
レーザ光を出射する光源と、
該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、
該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、
分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、
該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、
双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、
該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とするブリルアン散乱測定装置。
【請求項３】
レーザ光を出射する２つの光源と、
該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、
該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、
該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、
該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、
該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、
連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、
双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、
該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とするブリルアン散乱測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、ＳＳＢ光変調器を用いることを特徴とするブリルアン散乱測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であることを特徴とするブリルアン散乱測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリルアン散乱測定装置に関するものであり、特に、被測定用光ファイバに波長の異なる２つのレーザ光を異なる方向から入射させ、その際に生じるブリルアン散乱を測定するためのブリルアン散乱測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを利用し、該光ファイバが設置された環境の温度や歪みなどの物理量分布を測定することが行われている。このような光ファイバを用いた物理量の測定方法は、光通信路の保守管理、ダム・堤防等の大規模構造物の保守管理、欠陥・故障についての自己診断機能を有する材料・構造物（スマートマテリアル・ストラクチャ）に利用されている。
【０００３】
光ファイバが設置されている環境における空間歪みや温度などの分布を測定する方法としては、光ファイバ中のブリルアン散乱現象を用いるものが知られている。ブリルアン散乱現象とは、光ファイバ中で周波数の異なる２つの光波がすれ違うと、高周波数の光から低周波数の光へと、光ファイバ中の音響波を介して光のパワーが移動する現象を意味する。
【０００４】
しかも、移動するパワーが最大となる周波数差は、光ファイバ中の屈折率や音響波の速度に依存し、これらは光ファイバ周辺の温度や光ファイバに付加された歪みに依存することから、ブリルアン散乱による移動パワーが最大となる周波数差や移動が発生している場所を特定することにより、光ファイバが敷設された空間における温度や歪み分布を測定することが可能となる。
【０００５】
特許文献１においては、ブリルアン散乱を用いた測定方法として、所定の変調周波数で周波数変調された第１の連続発振光と前記所定の変調周波数と等しい変調周波数で周波数変調された第２の連続発振光とを用いるものが述べられている。特に、前記第１の連続発振光を被測定光ファイバの一端面から入射させ、前記第２の連続発振光の中心周波数を周波数シフトし、該周波数シフトにより中心周波数のシフトした前記第２の連続発振光を被測定光ファイバの他端面から入射させ、前記第２の連続発振光の中心周波数の周波数シフト量を変化させて、被測定光ファイバの前記一端面または前記他端面から出射された光のパワーを測定することで、被測定光ファイバにおいて、前記第１および第２の連続発振光の周波数変調の位相が同期し相関値が高まる位置におけるブリルアンゲインスペクトルを測定することを特徴としている。
【特許文献１】特許第３６６７１３２号公報
【０００６】
具体的には、図１に示すように、信号発生回路２で駆動される半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、光分岐器３により２つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器４で駆動される光強度変調器５により、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光Ｌ１として、被測定光ファイバ６の一端から入射される。なお、プローブ光は、光強度変調器５により生成される低周波側の側波帯が用いられる。
【０００７】
また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として、被測定光ファイバ６の他端から入射される。なお必要に応じて、レーザ光Ｌ２の被測定光ファイバ６に入射するタイミングを調整するため、光遅延器７が介在されている。
【０００８】
被測定光ファイバ６から出射するプローブ光を、サーキュレータなどの光分岐器８で光検出器側に導出し、光波長フィルタ９によりプローブ光Ｌ１の周波数（上述した低周波側の側波帯に対応した周波数）の光波を分離透過させ、光検出器１０で該光波の光強度を検出するものである。
【０００９】
また、特許文献２においては、次のような光ファイバ特性測定装置が開示されている。レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光の一部を被測定光ファイバの一端から連続光のプローブ光として入射させる入射手段と、前記光源から出射されたレーザ光の一部の残りをパルス化して前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射させるパルス変調器と、前記被測定光ファイバの他端から出射される光のうち、前記被測定光ファイバに設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出して、前記被測定光ファイバの特性を測定する検出器とを備えることを特徴とする光ファイバ特性測定装置である。
【特許文献２】特許第３６０７９３０号公報
【００１０】
具体的には、図２に示すように、信号発生回路２で駆動される半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、光分岐器３により２つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器４で駆動される光強度変調器５により、図１と同様に、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光Ｌ１として、被測定光ファイバ６の一端から入射される。
【００１１】
また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として、被測定光ファイバ６の他端から入射される。なお、レーザ光Ｌ２は、パルス変調器１１によりパルス化されている。
【００１２】
被測定光ファイバ６から出射するプローブ光は、光分岐器８で光検出器側に導出され、被測定光ファイバ６に設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器１２に入射される。タイミング調整器１２を通過した光波は、光波長フィルタ９によりプローブ光Ｌ１の周波数の光波が選択され、該光波長フィルタ９を通過した光波の光強度が、光検出器１０により検出される。
【００１３】
しかしながら、特許文献１の測定方法では、第１及び第２の連続光が周期的に周波数変調されているため、約１０〜５０ｍの周期的ポイントで相関ピークを示す。このため、ブリルアン散乱を測定しても、これらの複数の周期的ポイントを同時に測定することとなる。この問題を解決するためには、測定距離を相関ピークの周期、つまり１０−５０ｍ以下に制限する必要が生じる。
【００１４】
特許文献２の測定方法では、パルス変調器とタイミング調整器とにより、上記の制限を解除することができる。しかし、この方法では、測定サンプルが替わるたびにタイミング調整することが必要となり、測定作業が煩雑化する上、自動調整も困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、広範な領域に渡って測定可能でありながら１ｍ以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設け、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明では、レーザ光を出射する２つの光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、ＳＳＢ光変調器を用いることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設け、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することにより、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。しかも、従来のようなタイミング調整器を用いる必要も無いため、被測定用光ファイバが替わっても、パルス変調器とタイミング調整器との間の調整が不要となり、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。
【００２２】
請求項２に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項１に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。
【００２３】
請求項３に係る発明により、レーザ光を出射する２つの光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項１又は２に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。
【００２４】
請求項４に係る発明により、請求項１乃至３のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、ＳＳＢ光変調器を用いるため、プローブ光又はポンプ光のいずれか一方の周波数を容易にシフトすることが可能となる。
【００２５】
請求項５に係る発明により、請求項１乃至４のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であるため、構造物の歪をより高精度に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明のブリルアン散乱測定装置の第１の実施例を示す図である。
レーザ光を出射する光源として、半導体レーザ２０を用いる。半導体レーザ２０には、レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段である信号発生器２１から、所定周波数ｆ１の信号が入力され、半導体レーザ２０からは所定周波数ｆ１で周波数変調されたレーザ光が出射される。
【００２７】
より具体的には、図６に示すように、半導体レーザ２０を直流駆動した場合の波長をλ０とすると、所定周波数ｆ１で駆動された場合には、半導体レーザ２０から出射するレーザ光ｂは、波長がλ０±Δλ１の範囲で変動し、変動周期が１／ｆ１となる。
【００２８】
レーザ光はパルス変換手段であるパルス変換器２２により、所定周期Ｔ１（通常、周期Ｔ１は、Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数となる。つまり、変調手段による変調周期の整数倍の周期となる。）のパルス光に変換される。パルス状に変換されたレーザ光は、分岐部を構成する光分岐器２３により２つのレーザ光に分岐される。
【００２９】
分岐した一方のレーザ光は、周波数を変換する周波数変換手段２４により、特定周波数ｆ２による変調を受け、レーザ光の中心周波数が所定量シフトする。具体的には、図６に示すようにレーザ光ｂがレーザ光ｃとなるように中心波長が所定の波長シフト量（±Δλ２，ただし、Δλ２＝Ｃ／ｆ２，Ｃは伝搬媒体中の光速。）だけシフトする。
【００３０】
周波数変換手段２４としては、ＳＳＢ光変調器を使用することができ、マイクロ波発生器により周波数ｆ２のマイクロ波をＳＳＢ光変調器に入力し、中心波長がλ０±Δλ２の側波帯を有する光波を発生させる。周波数変換手段を通過した光波をプローブ光として用いる場合には、λ０＋Δλ２の低周波側の側波帯が利用される。また、ポンプ光として用いる場合にはλ０−Δλ２の高周波側の側波帯が用いられる。以下では、周波数変換手段から出たレーザ光は低周波側の側波帯を用いる例を中心に説明するが、仮に高周波側の側波帯を用いる場合には、図３における光分岐器２３と光分岐器２６との間、図４における光分岐器３２と光分岐器３８との間、図５における半導体レーザ４６と光分岐器４９との間に、周波数変換手段は配置される。
【００３１】
周波数変換手段２４から出力された光波は、プローブ光Ｌ１として、被測定用光ファイバ２５の一端に入射する。また、前記分岐した他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として該被測定用光ファイバ２５の他端に入射するよう構成される。
【００３２】
プローブ光とポンプ光とが交差することにより、被測定用光ファイバが配置されている環境における空間歪みや温度などの情報を含んだブリルアン散乱が発生し、ポンプ光の光エネルギーがプローブ光へとパワー移動する。
【００３３】
本発明においては、パルス変換器２２を用いてプローブ光もポンプ光も共にパルス化しているため、広範な領域を有する被測定用光ファイバの内部であっても、１ｍ以下の分解能で、ブリルアン散乱を発生している場所を特定することが可能となる。
【００３４】
具体的には、パルス化しない前のプローブ光Ｌ１とポンプ光Ｌ２を被測定用光ファイバ（長さＬの領域）に入射させた際に、図７（ａ）に示すように、プローブ光とポンプ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れ、このいわば定在波の節に相当する部分でブリルアン散乱現象が発生する。図７（ａ）で縦軸は、ポンプ光とプローブ光の周波数差の変動振幅である。０は、分岐部３から分岐した２つの光波が互いに等しい光路長で再度合流する点（以下、中間点という）であり、中間点では常に定在波の節が発生している。そして、図７（ａ）に記載の数字１，２，・・・ｎ，ｎ＋１，・・・は、中間点から数えて何番目の節であるかを示したものである。ｎは自然数である。被測定用光ファイバは、範囲Ｌで示した領域であり、図７（ａ）では、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の４つの節（ｎ〜ｎ＋３）の位置でブリルアン散乱が測定されることとなる。
【００３５】
半導体レーザの中心波長λ０＝１５５０ｎｍとし、半導体レーザの駆動周波数ｆ１＝３ＭＨｚとする場合に、Δλ１は約０．０４ｎｍ程度である。次に、周波数変換器に変調周波数１０．５ＧＨｚを印加した場合の波長シフト量Δλ２は約０．０８ｎｍである。プローブ光もポンプ光も共に３ＭＨｚで周期的に変動しているため、定在波の節の間隔は、約３０ｍ（被測定用光ファイバなどの中心屈折率ｎ＝１．４５７と仮定した場合）となる。
【００３６】
次に、駆動周波数ｆ１を例えば１割程度（０．３ＭＨｚ，３ＭＨｚから２．７ＭＨｚに）変化させた場合には、各節の間隔は約１割程度（３ｍ）、逆に延びることとなる。この様子を示したものが図７（ｂ）であり、この駆動周波数ｆ１の調整により、第１番目の節はＸ１移動している。第ｎ番目の節に着目すると、Ｘｎ（＝Ｘ１×ｎ）移動している。つまり、Ｘ１＝３ｍで、ｎ＝１６の場合は、Ｘｎ＝４８ｍとなり、ｆ１を３ＭＨｚ〜２．７ＭＨｚの間で連続的に変化させるだけで、第ｎ番目の節は約５０ｍの範囲を連続的に移動することが可能である。
【００３７】
このため、駆動周波数ｆ１の変化量を小さくするだけで容易に１ｍ以下の分解能を実現することが可能となる。また、分解能を高くする他の方法としては、駆動周波数ｆ１を高くするに従い、定在波の節の間隔は狭く設定することができるため、分解能を高くすることも可能となる。例えば、駆動周波数ｆ１を１０倍に上げると節の間隔は１０分の１（約３ｍ）となる。
【００３８】
ところで、図７（ａ）のように、被測定用光ファイバの内部には複数の節が存在しているため、単に光ファイバから出射するプローブ光を観察しても、被測定用光ファイバの複数箇所におけるブリルアン散乱の合計を測定することとなる。このため、どの箇所の現象であるか特定することが出来ない。これを避けるため、特許文献２においては、パルス変調器によるポンプ光のパルス化と光検出器に入射するプローブ光の入射タイミングを調整することにより、ブリルアン散乱現象が発生している位置の特定を行っている。
【００３９】
しかしながら、特許文献２の方法では、被測定用光ファイバが変化するたびに、パルス変調器やタイミング調整器を調整する必要があり、調整作業が煩雑であり、測定の自動化を困難なものとしていた。
本発明では、上述のパルス変換器２２を用いてこの問題を解消している。つまり、プローブ光とポンプ光とを共に、所定周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数となる。）でパルス化すると、図７（ｃ）又は図７（ｄ）のように、所定位置の現象のみを抽出することが可能となる。具体的には、駆動周波数ｆ１を分周した所定周期Ｔ１では、例えば、Ｎ＝２の場合には図７（ｃ）のように２の倍数番目の節を選択し、Ｎ＝４では図７（ｄ）のように４の倍数番目の節を選択することとなる。
【００４０】
このように、選択する節の数を調節することで、図７（ｄ）のように被測定用光ファイバの中に測定される節を一つとすることができ、このように着目している節を上述のように駆動周波数ｆ１を変化させて移動させることで、被測定用光ファイバの中を広範囲に渡りかつ高い分解能でブリルアン散乱を測定することが可能となる。
【００４１】
被測定用光ファイバ２５から出射するプローブ光Ｌ１を測定するため、光分岐器２３と該被測定用光ファイバ２５の他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射するプローブ光Ｌ１を該光分岐器２３以外に導出する導出手段２６を設ける。導出手段は、サーキュレータなどの光分岐器２６を用いることが可能である。
【００４２】
光分岐器２６により導出されたプローブ光Ｌ１は、光検出器２７に入力され、プローブ光の光強度が測定される。なお、プローブ光に係る波長光を正確に測定するため、必要に応じて、光検出器２７の前段に波長フィルタを配置することも可能である。
【００４３】
なお、本発明に係る第１の実施例においては、光分岐器２３、周波数変換器、被測定用光ファイバ、及び光分岐器２６が形成する光波が伝播するループ内で、光分岐器２３で分岐した２つの光波が再度ループ内で出会う場所（中間点）は、被測定用ファイバ２５内に位置しないよう該ループ形成に使用される光ファイバなどの導波路長を調整する必要がある。これは、分岐した光波同士が再度出会う場所は、パルス周期を変化させても変化しないため、被測定用光ファイバ内にそのような場所があると、常にその場所の光ファイバの状態を含む測定結果が観測されるためである。
【００４４】
本発明では、パルス変換器２２の周期Ｔ１と信号発生器２１を調整するだけで、被測定用ファイバ内の測定対象位置をより特定できるようになり、広範囲に対してブリルアン散乱現象を測定することが可能となるため、自動化したブリルアン散乱測定装置を提供することが可能である。
【００４５】
図４は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第２の実施例を示す図である。
第１の実施例と異なる点は、光分岐器２３の前段に配置されていたパルス変換器が、光分岐器３２の後段に配置されていることと、該光分岐器３２により分岐された各光波をパルス化するためパルス変換器を複数使用すると共に、双方のパルス変換器を同期制御していることである。
【００４６】
パルス変換器３３及び３６は、同じ周波数のパルスを発生するように、また、パルスを発生するタイミングを調整するための同期制御手段３７が配置されている。
同じ周波数のパルスを発生させることにより、第１の実施例の場合と同様に、該パルスの周期を変化させることで、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の特定の節を選択でき、しかも駆動周波数ｆ１を調整することで、広範な領域を測定可能とすると共に、測定分解能を容易に調整することが可能となる。
【００４７】
また、図３では変調周波数ｆ１を大きく可変させて隣の節を測定する必要があるが、パルス変換器３３と３６のパルスの発生タイミングを調整することで、図７（ｅ）のように、たとえば、あたかも中間点の０が数字１の位置にずれたように調整することができ、これにより隣接する場所にある節を選択することも可能となる。なお、図７では、パルス変換器の所定周期Ｔ１を２／ｆ１とした場合の様子を示している。
【００４８】
図５は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第３の実施例を示す図である。
第２の実施例と異なる点は、レーザ光源を半導体レーザ４０及び４６の２つで構成したことである。
【００４９】
なお、半導体レーザ４０，４６は、同一の所定周波数で駆動する際には、図５に示すように周波数変換器４３を用いて、プローブ光Ｌ１又はポンプ光Ｌ２の周波数をシフトすることが必要となるが、異なる周波数で駆動する場合には、周波数変換器４３が不要となる。
また、同一の所定周波数で半導体レーザを駆動する際には、信号発生器４１及び４５をいずれか一方のみで共用することも可能である。
【００５０】
本発明のブリルアン散乱測定装置は、上述した被測定用光ファイバを、構造物などの内部に埋設された光ファイバとすることにより、構造物の内部歪を測定するための歪測定装置として用いることが可能となる。また、ブリルアン散乱は光ファイバの温度変化にも影響されるため、構造物内部の温度分布測定装置としても使用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、広範な領域に渡り、かつ１ｍ以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、しかも、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】従来のブリルアン散乱測定装置の概略図である。
【図２】従来の他のブリルアン散乱測定装置の概略図である。
【図３】本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第１の実施例を示す概略図である。
【図４】本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第２の実施例を示す概略図である。
【図５】本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第３の実施例を示す概略図である。
【図６】プローブ光及びポンプ光の波長変動の様子を示す図である。
【図７】本発明に係るブリルアン散乱測定装置の測定原理を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２０，３０，４０，４６  半導体レーザ
２，２１，３１，４１，４５  信号発生器
３，２３，３２  光分岐器
４  マイクロ波発生器
５  光強度変調器
６，２５，３５，４４  被測定用光ファイバ
７  光遅延器
８，２６，３８，４９  光分岐器（導出手段）
９  光波長フィルタ
１０，２７，３９，５０  光検出器
１１  パルス変調器
１２  タイミング調整器
２２，３３，３６，４２，４７  パルス変換器
２４，３４，４３  周波数変換器
３７，４８  同期制御手段
【図１】
0005192742.tif 000002
【図２】
0005192742.tif 000003
【図３】
0005192742.tif 000004
【図４】
0005192742.tif 000005
【図５】
0005192742.tif 000006
【図６】
0005192742.tif 000007
【図７】
0005192742.tif 000008