(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリュアン散乱を利用した光スペクトル分析装置であって、
上記装置は、
光プローブ信号（Ａ）を生成し、上記光プローブ信号（Ａ）の波長が可変である光源（１）、
光ファイバーリンク（２）、
上記光ファイバーリンク（２）の一方の端部に備えられる光サーキュレーター（４）、
上記光ファイバーリンク（２）の他方の端部に備えられる第２光通路（６）、
直射光検出システム（３）、及び、
上記光源（１）より発せられる光プローブ信号（Ａ）の波長掃引を行う制御システム（７）を備え、
上記光ファイバーリンク（２）は、上記光源（１）より発せられる上記光プローブ信号（Ａ）を、上記光サーキュレーター（４）を用いて受け取ることができ、
上記光ファイバーリンク（２）は、外部源（１０）より発せられてそのスペクトル（１２）が測定対象となる光テスト信号（Ｂ）を上記第２光通路（６）を用いて受け取ることができ、
上記光ファイバーリンク（２）は、上記光プローブ信号（Ａ）と、光テスト信号（Ｂ）とが、ブリュアン散乱による相互作用を引き起こすのに適した物的手段として利用され、
上記光プローブ信号（Ａ）の強度に応じた増幅率で上記ブリュアン散乱による相互作用により増幅された光テスト信号（Ｂ）のスペクトル成分の大きさに応じた光出力信号（Ｃ）を上記光サーキュレーター（４）から得て、上記光出力信号（Ｃ）は上記直射光検出システム（３）へと送信され、
上記直射光検出システム（３）は、上記光出力信号（Ｃ）の強度に比例した電気信号を得、上記電気信号は、上記制御システム（７）へ送られ、
上記制御システム（７）は、上記光プローブ信号（Ａ）の波長に応じて光テスト信号（Ｂ）のスペクトル成分の測定を行うとともに、上記光テスト信号のスペクトル（１２）を得、
上記光テスト信号（Ｂ）は、上記第２光通路（６）を通じて、上記光ファイバーリンクの、上記光プローブ信号（Ａ）が入力される端部とは反対側の端部へ入力され、
上記第２光通路（６）は、上記外部源（１０）に影響を与えうる光信号を妨げるように挿入された光分離器（６）を備えており、
上記装置は、上記光サーキュレーター（４）と上記光ファイバーリンク（２）との間に、上記光プローブ信号（Ａ）及び上記光テスト信号（Ｂ）の偏光状態の差異によってブリュアン散乱効果の効率が低下するのを抑える偏光調節器（５）を備えることを特徴とする、ブリュアン散乱を利用した光スペクトル分析装置。
【請求項２】
前記光源は、外部共振器型半導体レーザー型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】
前記光源（１）の光出射口に、前記光プローブ信号（Ａ）の印加強度を増加させて測定感度を向上させる光増幅器（８）を備え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】
前記直射光検出システム（３）と同期して動作する少なくともひとつの変調器（９・１４）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５】
前記偏光調節器（５）と前記光ファイバーリンク（２）との間に、前記光プローブ信号（Ａ）の変調を行えるように、第１変調器（９）を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光ファイバーリンク（２）と前記分離器（６）との間に、前記光テスト信号（Ｂ）の変調を行えるように、第２変調器（１４）を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記偏光調節器（５）と前記光ファイバーリンク（２）との間に第１変調器（９）を備え、さらに、上記光ファイバーリンク（２）と前記分離器（６）との間に第２変調器（１４）を備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項８】
前記変調器（９・１４）が、振幅又は偏光変調を行うことができることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１変調器（９）が偏光変調を行うことを特徴とする請求項５または７に記載の装置。
【請求項１０】
前記光ファイバーリンク（２）は、測定波長域、又は、動作波長帯域に対してシングルモードの光ファイバーであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記偏光調節器（５）が、前記光プローブ信号（Ａ）を変調する第１変調器（９）の機能を担いうることを特徴とする請求項１〜４，６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
上記直射光検出システムは、上記光出力信号（Ｃ）の検出を０周波数で行うことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
ブリュアン散乱による信号の選択的な光増幅に対する光信号の分光学的な測定方法であって、
（イ）光プローブ信号（Ａ）を生成し、上記光プローブ信号（Ａ）の波長が可変である光源（１）から発せられる光プローブ信号（Ａ）を、光サーキュレーター（４）を通過させた後で光ファイバーリンク（２）の一方の端部へ導入する工程、
（ロ）外部源（１０）から発せられ、分析対象であり測定対象であると共に、上記光ファイバーリンク（２）の他方の端部を伝送する光テスト信号（Ｂ）を、光ファイバーリンク（２）へ導入する工程、
（ハ）上記光プローブ信号（Ａ）と上記光テスト信号（Ｂ）とを相互作用させ、上記光プローブ信号（Ａ）の強度に応じた増幅率で上記ブリュアン散乱による相互作用により増幅された光テスト信号（Ｂ）のスペクトル成分の大きさに応じた光出力信号（Ｃ）を発生させる工程、
（ニ）上記光出力信号（Ｃ）の強度に比例した電気信号を得る直射光検出システム（３）を用いて上記光出力信号（Ｃ）を検出する工程、及び、
（ホ）上記光源（１）と上記直射光検出システム（３）とに接続され、上記光源（１）より発せられる光プローブ信号（Ａ）の波長掃引を行う制御システム（７）を用いてデータの収集及び分析を行う工程を含み、
上記光プローブ信号（Ａ）と上記光テスト信号（Ｂ）とを相互作用させるために、
上記光テスト信号（Ｂ）を、（イ）光分離器（６）を通過させた後、上記光ファイバーリンク（２）の、上記光プローブ信号（Ａ）が導入されるのとは反対側の端部を通して上記光ファイバーリンク（２）へ導入する工程、
（ヘ）上記光サーキュレーター（４）と、上記光ファイバーリンク（２）の上記光プローブ信号（Ａ）の入力部との間に備えられた、偏光調節器（５）を用いて、上記光プローブ信号（Ａ）の偏光配置を、上記光テスト信号（Ｂ）の偏光配置にて最適化する工程、
（ト）上記光プローブ信号（Ａ）と上記光テスト信号（Ｂ）とを相互作用させて上記光出力信号（Ｃ）を生成する工程、及び
（チ）上記光ファイバーリンク（２）の、上記光プローブ信号（Ａ）が入力される端部に備えられた上記光サーキュレーター（４）を用いて、上記光プローブ信号（Ａ）と上記光出力信号（Ｃ）とを分離する工程が行われることを特徴とする、ブリュアン散乱による信号の選択的な光増幅に対する光信号の分光学的な測定方法。
【請求項１４】
前記光プローブ信号（Ａ）が前記光源（１）から出力された後であって前記光サーキュレーター（４）に入射される前に、光増幅器（８）を用いて、上記光プローブ信号（Ａ）の増幅を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記偏光調節器（５）と前記光ファイバーリンク（２）との間に備えられ、前記直射光検出システム（３）と同期して動作する第１変調器（９）を用いて、前記光プローブ信号（Ａ）の変調を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の測定方法。
【請求項１６】
前記光分離器（６）と前記光ファイバーリンク（２）との間に備えられ、前記直射光検出システム（３）と同期して動作する第２変調器（１４）を用いて、前記光テスト信号（Ｂ）の変調を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の測定方法。
【請求項１７】
前記偏光調節器（５）と前記光ファイバーリンク（２）との間に備えられ、前記直射光検出システム（３）と同期して動作する第１変調器（９）を用いて、前記光プローブ信号（Ａ）の変調を行う工程、及び、
前記光分離器（６）と上記光ファイバーリンクとの間に備えられ、上記直射光検出システム（３）と同期して動作する第２変調器（１４）を用いて、前記光テスト信号（Ｂ）の変調を行う工程を含むことを特徴とする請求項１３または１４に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、誘導ブリュアン（Brillouin）散乱効果を利用した光信号スペクトル分析装置と、同じブリュアン散乱効果による光信号増幅を利用した測定方法とに関する。本発明の装置は、ブリュアン散乱効果を用いることで、検査される信号（試験信号）の特定の光スペクトル成分を選択的に光増幅し、特定の動的解像度、感度、及び範囲で測定を行うことができるものである。
【０００２】
この目的で、テスト信号は、狭周波数帯の光信号（プローブ信号）と共に、光ファイバーへと導入される。この狭周波数帯の光信号は、特定の周波数の中心波長をもつ信号であり（centered at a determined wavelength）、テスト信号とは反対方向に進む。上記の２つの信号が、光ファイバー内部で相互作用すると、ブリュアン散乱効果によって、出力信号がプローブ信号とは反対方向に伝わるように発生する。出力信号の強度は、最初の２つの信号の強度の積により決定される。したがって、上記の出力信号から、上記のテスト信号のスペクトル成分の測定値を得ることができる。このテスト信号のスペクトル成分は、上記プローブ信号の中心波長により決定されるものである。
【０００３】
〔背景技術〕
欧州特許第ＥＰ−１−１９９５４９−Ａ１号に、光ファイバー内部でブリュアン散乱効果を用いて分光学的測定を行う装置が開示されている。上記特許は、本願に記載の発明と類似の発明分野の最も新しい背景を成すものとなっている。
【０００４】
本発明における画期的な方法の主たるものは、ブリュアン散乱効果による光増幅を、光ファイバー内におけるブリュアン増幅（gain）曲線の狭さゆえに同じブリュアン散乱効果によって得られるスペクトルの選択制と併せて用いることである。
【０００５】
欧州特許第ＥＰ−１−１９９５４９−Ａ１号において公開された構成とは異なり、ブリュアン増幅効果を得るために、テスト信号及びプローブ信号が、この効果が光ファイバーの反対側の端部で起こると共に反対側の伝播方向に向かっても起こるような光ファイバー内へと導入される。この違いは、ブリュアン散乱効果によるスペクトルの選択性とともにテスト信号の高い光増幅レベルが得られるようにしている本装置の大きく異なる動作原理と関係がある。
【０００６】
本発明により開示される装置を用いて光スペクトルの測定を行う際の解像度は、ブリュアン増幅曲線のスペクトル幅によって決定されるのであって、Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ干渉計やその他の類似のシステムなどの回折格子を用いたシステムを利用したテスト信号の受動的な選別には基づかない。
【０００７】
〔発明の開示〕
特定の条件下において、光線又は光信号が物的手段によって十分な強度で伝播するとき、この物的手段による伝播では非線形性の反応が起こり、自発的ブリュアン散乱として知られる効果が起こる。この効果によって、入射信号の一部の光は入射信号の方向と反対方向に散乱される。この後方散乱光線は、ドップラー効果の影響を受けるために、入射光と比較して、その波長に小さいシフト（ΔλＤ）が見られる。
【０００８】
ブリュアン散乱効果を発生させるために行う、他の非線形性の効果については、物的手段が非常に高い光パワーの空間密度を有することが必要とされる。なお、上記のような物的手段としては、現在入手が容易であるシングルモードの光ファイバーを挙げることができる。この光ファイバーは、およそ５０〜１００μｍ２の領域に、最大で１Ｗまでのパワーの光を連続的に入射することができるものである。
【０００９】
より具体的には、ブリュアン散乱効果を発生させるには、入射信号が高い空間的コヒーレンス（空間的干渉性）を有することが必要とされる。このブリュアン散乱を発生させるために必要な程度の空間的コヒーレンスは、通常光ファイバーを用いた装置において波長可変レーザー源として用いられる外部共振器型半導体レーザーを使用することで、容易に得ることができる。
【００１０】
光源が十分な程度の空間的コヒーレンスを有しており、さらに、光ファイバー内における光のパワーレベルが約数ミリワットの閾値を超えると、シングルモードの光ファイバー内で自発的なブリュアン散乱効果が発生する。
【００１１】
また、入射信号（プローブ信号）に加えて、入射信号とは反対方向に伝播する２つ目の信号（テスト信号）が同じ光ファイバー内に入射されると、いわゆる自発的なブリュアン散乱効果が発生する。
【００１２】
この時に、パワーレベルの低い、２つ目の信号又はテスト信号が適切なスペクトル特性を有している場合、この信号は、ブリュアン散乱効果の発生に必要となる閾値を大きく引き下げる。このため、テスト信号による誘導に応じて、この散乱も強くなる。
【００１３】
誘導ブリュアン散乱効果により後方に散乱されるパワーの強度は、はるかに強度の弱いテスト信号から直接決定されている。もし、プローブ信号とテスト信号の相互作用の程度が十分に大きい場合、ブリュアン散乱効果により得られる光線又は光信号は、プローブ信号の強度に匹敵する強度であって、ブリュアン散乱効果を誘導するテスト信号の大きさにより制御される強度を有するようにすることができる。このようにして、ブリュアン散乱による光増幅効果が発生する。
【００１４】
ブリュアン散乱は、波長の選択性を有する。この選択性は、プローブ信号によって決定される周波数付近にある、狭いスペクトル幅（近赤外領域（λ〜１．５μｍ）で、幅はおよそ０．０５ｐｍ）においてのみ発生し、このスペクトル幅は、前述のドップラー効果により少しシフト（二酸化ケイ素の光ファイバー内において、上記近赤外領域のスペクトルに約０．１ｎｍの波長のシフト）する。
【００１５】
プローブ信号の波長を変更すると、テスト信号の別のスペクトル成分が増幅する。プローブ信号の波長掃引は、テスト信号のスペクトルでの可変な増幅を行うプローブとしての役割を果たす。
【００１６】
本発明の光スペクトル測定方法は、ブリュアン散乱効果による、プローブ信号により規定される（ドップラー効果によるシフトは除いて。）波長を中心とする狭い範囲のテスト信号スペクトルの選択的な光増幅に基づくものである。したがって、プローブ信号の波長掃引を行うことで、広い範囲のテスト信号スペクトルを得ることができる。
【００１７】
本発明のブリュアン散乱効果を用いた光スペクトル分析装置と、それに関する測定方法は、狭周波数帯可変光源と、光ファイバーリンクと、上記光ファイバーリンクの一端への接続を許可する光サーキュレーターと、上記光ファイバーリンクの他端への第２光通路と、検出システムと、制御およびデータ収集のシステムとを備える装置を提供することで、上記目的を達成する。
【００１８】
上記光ファイバーリンクは、上記可変光源より順番に発せられる光プローブ信号を、上記光サーキュレーターを通して受け取ることができる。
【００１９】
一方、上記光ファイバーリンクは、外部光源より発せられる、測定対象である光テスト信号を、上記第２光通路を通して受け取ることができる。
【００２０】
上記光ファイバーリンクは、プローブ信号とテスト信号との間のブリュアン散乱効果による相互作用を発生させるのに適した物的手段である。したがって、上記光サーキュレーターによって、上記検出システムへと送信される光出力信号を得ることができる。
【００２１】
一旦比例した電気的信号が検出・収集されると、この電気的信号は、上記プローブ信号に対応する上記テスト信号のスペクトル成分の測定値を得るために、上記制御およびデータ収集のシステムへと印加される。
【００２２】
さらに、上記制御システムを用いてテスト信号のスペクトルを得ることができる。上記制御システムは、プローブ信号の波長掃引を行うと共に、上記の波長掃引によって測定の構成を得る。
【００２３】
本発明の装置の機能を改善するために、当該装置は以下のような部材を備えている。すなわち、
（１）光ファイバーの第２光通路に備えられ、光出力信号が、外部テスト信号発生源に影響を与えることを防止する光分離器と、
（２）上記光サーキュレーターと上記光ファイバーリンクとの間に備えられ、テスト信号及びプローブ信号の偏光状態の違いによってブリュアン散乱効果の効率が低下することを防止する偏光調節器とを備えている。
【００２４】
さらに、本発明の装置は、その性能をさらに高めるために、以下のような部材を随意的に備えていてもよい。すなわち、
（３）上記周波数可変光源の出射口に備えられ、印加されるプローブ信号の強度を増加させ、それによって装置の感度及びダイナミックレンジを改善する光増幅器と、
（４）測定感度を可能な限り高めるために、測定方法における同期検出システムを使用可能な、ひとつ又はそれ以上の振幅又は偏光変調器とを備えていてもよい。
【００２５】
選択的な光信号のブリュアン散乱効果による増幅を分光学的に測定する方法には、以下のような工程が含まれる。すなわち、
（１）光源又は波長可変レーザーから発せられる光プローブ信号を光ファイバーリンクの一端へ導入する工程と、
（２）分析・測定の対象である光テスト信号を外部源から導入し、光ファイバーの反対側の端部に入力される前に光分離器に通す工程と、
（３）光サーキュレーターと光ファイバーリンクへのプローブ信号入力部との間に備えられた偏光調節器を用いて、テスト信号の偏光配置に合わせてプローブ信号の偏光配置を最適化する工程と、
（４）プローブ信号とテスト信号とを、光ファイバー内で相互作用させることで、出力信号を発生させる工程と、
（５）光ファイバーリンクのプローブ信号入力部の端部に備えられた光サーキュレーターを用いて、プローブ信号と出力信号とを分離する工程と、
（６）直射光線検出システム（direct light detection system）を用いて出力信号を検出する工程と、
（７）光源又は可変レーザーと、検出システムとに接続された制御システムを用いて、データの収集と分析を行う工程とが含まれる。
【００２６】
また、上記の測定方法において、最大限の効率を得るために、最後に以下の工程が随意的に行われてもよい。すなわち、
（８）プローブ信号が光源又は可変レーザーから出力された後であって、及びプローブ信号が光サーキュレーターに入力されるより前に、光増幅器を用いてプローブ信号を増幅する工程と、
（９）検出システムに同期して、プローブ信号及び／又はテスト信号の、振幅又は偏光を変調する工程とが行われても良い。
【００２７】
添付の図の説明と、種々の実施例の詳細な説明により、本発明はより詳細に理解されるであろう。なお、添付の図には以下のものがある。
【００２８】
図１は、本発明の装置を構成する基本的な部材と、それらを相互接続する回路を概略的に示している。
【００２９】
図２は、光増幅器８及び外部変調器９といった、随意的な部材を備える、図１の回路と代替的な回路を概略的に示している。
【００３０】
図３は、プローブ信号の波長掃引により、本発明の装置内に介在する信号の光スペクトルをグラフ表示したものである。
【００３１】
〔発明を実施する最良の形態〕
上記の記述および図面を参照して、図１に示されるように、本発明は、ブリュアン散乱による増幅を用いて光スペクトル１２を分析する装置および関連する測定方法に関連するものであって、狭周波数帯可変光源１、光ファイバーリンク２、光サーキュレーター４、偏光調節器５、光分離器６、検出システム３、及び制御・データ収集システム７を含んでいる。
【００３２】
光源１と、光源１により生成されるプローブ信号Ａに関しては、以下のことを考慮せねばならない。すなわち、
（１）プローブ信号Ａは、選択された物的手段中において、ブリュアン散乱を励起するのに十分なエネルギーのスペクトル密度（光ファイバー内において、ミリワットの範囲内）を有していなければならない。
（２）プローブ信号Ａは、ブリュアン散乱増幅スペクトルのプロファイル（ｇＢ）よりも狭いスペクトル幅でなければならない。これは、ブリュアン散乱増幅スペクトルのプロファイルによって、分光学技術上の解像度（近赤外領域（λ〜１．５μｍ）に対しておよそ０．０５ｐｍ）が実際に決定されるからである。
（３）プローブ信号Ａを作成する光源１は、実際面では、プローブ信号Ａの中心波長を変えることができる、すなわち、波長可変性のものでなければならない。これによって、出力信号はスペクトルの種々の点を通って移動でき、それによって、種々の波長付近でテスト信号が有する強度レベルを知ることができる。
（４）光源１の調節特性は、本発明の測定方法において、スペクトルの範囲、正確性、再現性、及び、対応する同様の特性を直接的に決定する。現在、可変外部共振器型半導体レーザーを用いることで、測定解像度よりもずっと小さなスペクトル幅を実現することが可能であり、高精度・高再現性を持って、約１００ｎｍの可変範囲を得ることが可能となっている。
【００３３】
相互作用を行う物的手段２（光ファイバー）に関しては、以下のことを考慮せねばならない。
（１）ブリュアン散乱効果の相互作用を行う物的手段として用いられる、光ファイバー２は、相互作用において光ビームすなわちプローブ信号及びテスト信号の空間的コヒーレンスを維持するために、測定波長の範囲において、シングルモードのものでなければならない。
（２）ブリュアン散乱効果の効率は、（光線の光パワーが同じである場合、）相互作用する光線の有効面積に反比例する。したがって、光ファイバーのコア面積が小さいほど、効率が増すことになる。具体的には、λ〜１．５μｍの光線には、通常のシングルモードの光ファイバーと比較して有効面積がおよそ半分である、「分散シフト」（dispsersion-shifted）型又はそれに類似した光ファイバーを用いることが好ましい。
（３）ファイバーの長さに従って蓄積されるブリュアン散乱方法における最大限の収率を得るためには、数キロメートルの長さの光ファイバー２が用いられる。
【００３４】
光サーキュレーター４は、ファイバーの端部において２つの光の伝播方向を、強度をあまり損ねることなく分離するために備えられている。この光サーキュレーター４は、光ファイバーカップラーよりも効率よく、一方からプローブ信号Ａを導入できるようにし、他方で出力信号Ｃを得るのに必要である。
【００３５】
上記光サーキュレーター４と上記光ファイバーリンク２との間に備えられている偏光調節器５は、光信号の相互作用中に発生し得る種々の偏光に起因したブリュアン散乱効果の効率の低下を防止するために備えられる。
【００３６】
光分離器６は、テスト信号源１０に影響を与えうるあらゆる光信号出力を遮断するために用いられる。
【００３７】
ブリュアン散乱効果を利用したスペクトル分析装置を用いて、測定を行うために、光ファイバーリンク２は、その一端で、波長可変光源１から順番に発せられるプローブ信号Ａを、光サーキュレーター４を経由して受け取る。また、光ファイバーリンク２は、その他端で、外部源１０より、測定対象であるテスト信号Ｂを、光分離器６を経由して受け取る。
【００３８】
上記光ファイバーリンク２は、プローブ信号Ａとテスト信号Ｂとの間にブリュアン散乱効果による相互作用を引き起こすのに適した物的手段であり、光サーキュレーター４を用いて上記光出力信号Ｃを得る。光出力信号Ｃは、上記検出システム３へ送信される。
【００３９】
検出システム３として備えられる直射光検出系には、ダイナミックレスポンス（動的応答性）や感度に関して特別な必須条件はない。光信号の検出は、低い周波数又は「０周波数」（zero frequency）で行うことができるので、特別に迅速な反応時間をもつの検出系は必要ない。
【００４０】
一旦、上記出力信号Ｃに比例した電気的出力信号が検出・獲得されると、この電気的信号はプローブ信号Ａの波長に応じてテスト信号Ｂの成分の測定を行うために上記制御システム７へ送信される。
【００４１】
さらに、上記制御システム７を用いて、テスト信号Ｂのスペクトル１２を得ることができる。上記システム７は、プローブ信号Ａの波長掃引１１を行い、また、上記掃引１１により得られた測定値の画像データ（Graphic composition）も得ることができる。
【００４２】
プローブ信号の連続的な波長掃引１１を調節するための電気的信号と同期して、出力信号が作用する（act）場所である検出器から抽出される電気的信号を視覚化させるためのオシロスコープを用いるだけで、リアルタイムにテスト信号Ｂの分光学的プロファイルを確認することができる。
【００４３】
本発明の装置により行われる測定方法においては、可変レーザー照射の波長掃引１１を行うことで、テスト信号Ｂのスペクトル１２を得ることができる。検出される出力信号Ｃは、テスト信号Ｂのスペクトル成分の大きさに応じたものである。このスペクトル成分は、可変光源より発せられたプローブ信号Ａの強度に応じた増幅率で増幅（ブリュアン散乱効果によって）されたものである。具体的には、相互作用の起こる光ファイバーの各部において、出力信号への反射の寄与は、ｇＢ・ＩＰ（λＰ）・ＩＴ（λＰ−ΔλＤ）の積により求められる。なお、ｇＢはブリュアン増幅係数（相互作用を起こす光ファイバーに特有のもの）であり、ＩＰ（λＰ）、ＩＴ（λ）は、それぞれ、プローブ信号、テスト信号の強度を、波長λの関数として表している。テスト信号の強度ＩＴ（λＰ−ΔλＤ）は、前述のドップラー効果によるシフト１３（ΔλＤ）（図３参照）がなければ、プローブ信号の波長（λＰ）に対応する。
【００４４】
さらに、本発明の装置は、測定方法の基本と両立しえて、最大限の性能を得られるような一連の随意的な部材を備えていてもよい。これらの部材には、以下のものが含まれる。すなわち、
（１）上記可変光源１の出射口に備えられ、プローブ信号Ａの使用される強度を増加させる光増幅器８。
（２）偏光調節器５とファイバーリンク２との間に備えられ、検出システム３と同期して動作する、第１の振幅又は偏光変調器９。この第１変調器の代わりに、検出システム３と同期して動作する、第２の振幅又は偏光変調器１４を、分離器６とファイバーリンク２との間に備えても良い。また、偏光調節器５とファイバーリンク２との間に第１変調器を備え、さらに、分離器６とファイバーリンク２との間に第２変調器を備えても良い。また、上記波長可変光源１の出射口に備えられ、プローブ信号Ａの使用される強度を増幅する光増幅器８と偏光調節器５と、光ファイバーリンク２との間に備えられ、検出システム３と同期して動作する、第１振幅又は偏光変調器９とが含まれる場合の偏光変調を行う場合、一つめの場合であって、偏光変調を行う場合は、第１変調器９の代わりに、偏光調節器５により変調を行っても構わない。
【００４５】
偏光変調を行う第１変調器は、上述のように、偏光調節器５と光ファイバーリンク２との間に備えられ、同期して動作されることが好ましい。
【００４６】
光増幅器８を用いることにより、プローブ信号の強度に応じて、（ＩＰ）因子を増加させることによって、弱いテスト信号レベル（ＩＴ）から高レベルの出力信号を得ることを目的としている。
【００４７】
一方で、適用可能範囲内において、検出系のダイナミックレンジを増加させるために、プローブ信号Ａ及び／又はテスト信号Ｂを変調することが可能である。これらの変調は、所定のシステム（図２の９・１４）を用いて、振幅又は偏光（偏光状態の周期的な展開）の変調とすることができる。どんな場合でも、変調は検出される出力信号Ｃの強度に伝えられる。従って、同調的な検出技術により、信号対ノイズ比を改善することができる。偏光の変調が行われる場合、ブリュアン散乱の効率の偏光への依存性によって、検出される出力信号Ｃへの変調伝送機構が得られる。テスト信号Ｂが変調された場合は、同期的な検出方法を行うことで、自発的なブリュアン散乱の寄与から信号を区別することが可能となる。プローブ信号Ａが変調された場合は、テスト信号Ｂと共に伝播される直射光に関する連続的なパワー中から、信号を区別することが可能になる。最後に、プローブ信号Ａとテスト信号Ｂとの両方が変調された場合は、変調周波数の合計（又は差）周波数を検出することにより、検出された信号内に存在するどんな背景の寄与からも、信号を区別することができる。
【００４８】
最後に、ブリュアン散乱光増幅効果を用いた本発明に開示の光スペクトル分析装置は、測定時に以下の性能を発揮する。すなわち、
（１）ブリュアン効果に関する幅のみにより決定される高スペクトル解像度（λ〜１．５μｍの近赤外領域、幅約０．０５ｐｍ）、
（２）（測定系の反応時間約１ｍｓに対して）最小検出可能パワーが約１ｎＷ／ｐｍという高感度、及び
（３）ブリュアン散乱による増幅時の総増幅率を用いてシステムの感度を調整することによって８０ｄＢ以上の広いダイナミックレンジを有する、という性能を発揮する。
【００４９】
本発明の、ブリュアン散乱を利用して信号の選択的な光増幅を行う、光信号の分光学的測定方法には、以下の工程が含まれる。すなわち
（１）光源または可変レーザー１より発せられる光プローブ信号Ａを、光ファイバーリンク２の一方の端部へ導入する工程と、
（２）外部源１０より発せられる、分析対象であり測定対象であるテスト信号Ｂを、光分離器６を通して光ファイバー２の反対側の端部の入力部に導入する工程と、
（３）光サーキュレーター４と、光ファイバーリンク２におけるプローブ信号Ａの入力部との間に備えられる、偏光調節器５を用いて、プローブ信号Ａの偏光配置を、テスト信号Ｂの偏光配置にて最適化する工程と、
（４）プローブ信号Ａとテスト試信号Ｂとを光ファイバーリンク２中で相互作用させて出力信号Ｃを生成する工程と、
（５）光ファイバーリンク２におけるプローブ信号Ａの入力部に備えられた光サーキュレーター４を用いて、プローブ信号Ａと出力信号Ｃとを分離する工程と、
（６）直射光検出システム３を用いて出力信号Ｃを検出する工程と、
（７）光源又は可変レーザー１と検出システム３とに接続された制御システム７を用いてデータの収集・分析を行う工程とが含まれる。
【００５０】
さらに、以下の工程が随意的に行われてもよい。すなわち、
（８）プローブ信号が光源又は可変レーザー１から発せられた後であってプローブ信号Ａが光サーキュレーター４に入力される前に、光増幅器８を用いてプローブ信号を増幅する工程と、
（９）偏光調節器５と光ファイバーリンク２との間に備えられて検出システム３と同期して動作する第１変調器９を用いて、プローブ信号Ａの振幅又は偏光変調を行う工程とが行われてもよい。
【００５１】
上記の最後の工程は、光分離器６と光ファイバーリンク２との間に備えられて検出システム３と同期して動作する第２変調器１４を用いて行うテスト信号Ｂの振幅又は偏光変調工程によって置換、又は補完されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の装置を構成する基本的な部材と、それらを相互接続する回路を概略的に示す図である。
【図２】光増幅器８及び外部変調器９といった、随意的な部材を備える、図１の回路と代替的な回路を概略的に示す図である。
【図３】プローブ信号の波長掃引により、本発明の装置内に介在する信号の光スペクトルを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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