(57)【要約】【課題】被測定物（例えば、光ファイバ）の歪みを精度良く測定する。【解決手段】入射光を与えることにより光ファイバにおいて発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａと、光ファイバにおいて発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂと、記録されたブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された入射光のスペクトルに基づき、光ファイバのブリルアン利得スペクトルを導出するデコンボリューション部３２４と、導出されたブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出部３２６と、導出されたピーク周波数に基づき、光ファイバの歪みを導出する歪み導出部３２８とを有する信号処理部３２を備えた歪み測定装置。【選択図】図４
2007170941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録手段と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歪み測定装置であって、
前記入射光スペクトル記録手段は、前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを前記入射光スペクトルとして記録する、
歪み測定装置。
【請求項３】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、
前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録手段と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の歪み測定装置であって、
前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび前記レーリー散乱光のスペクトルは、前記被測定物における同一地点に関するものである、
歪み測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歪み測定装置であって、
連続光を生成する連続光源と、
前記連続光をパルス光に変換する光パルス発生器と、
前記連続光を受け、前記連続光と、前記連続光の光周波数よりも所定の光周波数だけ大きい光周波数を有する第一側波帯光と、前記連続光の光周波数よりも前記所定の光周波数だけ小さい光周波数を有する第二側波帯光とを有するシフト光を出力する光周波数シフタと、
前記パルス光が入射された前記被測定物の入射端から散乱光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記散乱光の光周波数と前記シフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力するヘテロダイン受光器と、
前記電気信号から前記ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取り出すブリルアン散乱光スペクトル取出手段と、
前記電気信号から前記レーリー散乱光に相当する電気信号を取り出すレーリー散乱光スペクトル取出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項６】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録工程と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録工程と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出工程と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出工程と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出工程と、
を備えた歪み測定方法。
【請求項７】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの歪みの測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続波光をパルス化したパルス光を光ファイバに与え、光ファイバから散乱光を得て、ブリルアン散乱光をコヒーレント検波することが行われている（例えば、特許文献１の図８を参照）。例えば、ブリルアン散乱光（光周波数fc+fbおよびfc-fb）と、連続波光（光周波数fc）を所定の周波数pで強度変調した強度変調光とを合波してコヒーレント検波する。なお、強度変調光は、光周波数fcの搬送光成分と、光周波数fc+pおよび光周波数fc-pの側波帯光成分とを有する。
【０００３】
コヒーレント検波の結果からブリルアン散乱光に相当する信号をフィルタにより取り出して、ブリルアン散乱光のパワースペクトルを求める。ここで、所定の周波数pを変化させながらブリルアン散乱光のパワースペクトルを求める。さらに、ブリルアン散乱光のパワースペクトルを所定の関数（例えば、ローレンツ関数）でフィッティングして、ブリルアン散乱光のパワーが最大となるピーク周波数を求める。ピーク周波数から光ファイバのひずみの値を求めることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６５８０８号公報（図８参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような従来技術によれば、パルス光のパルス幅が狭くなると、パルス光のスペクトル幅が広くなり、ブリルアン散乱光のスペクトル幅も広くなる。例えば、パルス幅が10ns程度になると、パルス光のスペクトル幅が100MHz程度に広がるため、ブリルアン散乱光のスペクトル幅が100MHz〜150MHz程度に広がってしまう。
【０００６】
また、連続波光をパルス化するためには、光デバイス（例えば、半導体光アンプまたは光強度変調器）が使用される。ここで、光デバイスのチャープ特性（パルス光の立ち上がり、立ち下がりでの光周波数の変動）により、パルス光のスペクトル幅が広くなり、ブリルアン散乱光のスペクトル幅も広くなる。さらに、ブリルアン散乱光のスペクトル形状も変化する。
【０００７】
このように、ブリルアン散乱光のスペクトル幅が広くなり、かつ、ブリルアン散乱光のスペクトル形状が変化することにより、ブリルアン散乱光のパワースペクトルのフィッティングの精度が悪化する。これにより、ピーク周波数の検出精度が悪化し、さらに光ファイバのひずみの測定精度も悪化する。
【０００８】
そこで、本発明は、被測定物（例えば、光ファイバ）の歪みを精度良く測定することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる歪み測定装置は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録手段と、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段とを備えるように構成される。
【００１０】
上記のように構成された歪み測定装置によれば、ブリルアン散乱光スペクトル記録手段は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録する。入射光スペクトル記録手段は、前記入射光のスペクトルを記録する。ブリルアン利得スペクトル導出手段は、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出する。ピーク周波数導出手段は、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出する。歪み導出手段は、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する。
【００１１】
なお、本発明にかかる歪み測定装置は、前記入射光スペクトル記録手段は、前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを前記入射光スペクトルとして記録するようにしてもよい。
【００１２】
本発明にかかる歪み測定装置は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録手段と、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段とを備えるように構成される。
【００１３】
上記のように構成された歪み測定装置によれば、ブリルアン散乱光スペクトル記録手段は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録する。レーリー散乱光スペクトル記録手段は、前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録する。ブリルアン利得スペクトル導出手段は、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出する。ピーク周波数導出手段は、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出する。歪み導出手段は、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する。
【００１４】
なお、本発明にかかる歪み測定装置は、前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび前記レーリー散乱光のスペクトルは、前記被測定物における同一地点に関するものであるようにしてもよい。
【００１５】
なお、本発明にかかる歪み測定装置は、連続光を生成する連続光源と、前記連続光をパルス光に変換する光パルス発生器と、前記連続光を受け、前記連続光と、前記連続光の光周波数よりも所定の光周波数だけ大きい光周波数を有する第一側波帯光と、前記連続光の光周波数よりも前記所定の光周波数だけ小さい光周波数を有する第二側波帯光とを有するシフト光を出力する光周波数シフタと、前記パルス光が入射された前記被測定物の入射端から散乱光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記散乱光の光周波数と前記シフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力するヘテロダイン受光器と、前記電気信号から前記ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取り出すブリルアン散乱光スペクトル取出手段と、前記電気信号から前記レーリー散乱光に相当する電気信号を取り出すレーリー散乱光スペクトル取出手段とを備えるようにしてもよい。
【００１６】
なお、本発明は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録工程と、前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録工程と、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出工程と、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出工程と、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出工程と、を備えた歪み測定方法である。
【００１７】
なお、本発明は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００１８】
なお、本発明は、入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態にかかる歪み測定装置１の構成を示す図である。歪み測定装置１は、光ファイバ（被測定物）２に接続されている。また、歪み測定装置１は、連続光源１０、光カプラ１２、光パルス発生器１４、光アンプ１６、光カプラ１８、光周波数シフタ２０、光カプラ２４、ヘテロダイン受光器２６、フィルタ回路３０、信号処理部３２を備える。
【００２１】
連続光源１０は、連続光（すなわち、ＣＷ（Continuous
Wave）光）を生成する。なお、連続光の光周波数をF0とする。光カプラ１２は、連続光源１０から連続光を受け、光パルス発生器１４および光周波数シフタ２０に与える。光パルス発生器１４は、連続光をパルス光に変換する。光アンプ１６は、パルス光を増幅する。
【００２２】
光カプラ１８は、光アンプ１６からパルス光を受け、入射端２ａを介して光ファイバ２に与える。光ファイバ２の入射端２ａからは、レーリー散乱光（光周波数F0）およびブリルアン散乱光（光周波数F0±Fb）が出射され、光カプラ１８に与えられる。光カプラ１８は、受けた散乱光を光カプラ２４に与える。
【００２３】
光周波数シフタ２０は、光カプラ１２から連続光を受ける。そして、光周波数シフタ２０は、シフト光を出力する。なお、シフト光は、連続光と、第一側波帯光と、第二側波帯光とを有する。第一側波帯光および第二側波帯光の光周波数は、連続光の光周波数F0よりも所定の周波数シフト量FloまたはFlo’だけずれている。
【００２４】
すなわち、第一側波帯光は、連続光の光周波数F0よりも所定の光周波数Floだけ大きい光周波数F0+Floを有する光である。または、第一側波帯光は、連続光の光周波数F0よりも所定の光周波数Flo’だけ大きい光周波数F0+Flo’を有する光である。
【００２５】
第二側波帯光は、連続光の光周波数F0よりも所定の光周波数Floだけ小さい光周波数F0-Floを有する光である。または、第二側波帯光は、連続光の光周波数F0よりも所定の光周波数Flo’だけ小さい光周波数F0-Flo’を有する光である。
【００２６】
なお、FloとFlo’とは異なる値である。
【００２７】
光カプラ２４は、光周波数シフタ２０からシフト光を受け、さらに光カプラ１８から散乱光を受けて合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【００２８】
ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４の合波した光を受ける。すなわち、ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４を介して、パルス光が入射された光ファイバ２の入射端２ａから散乱光を受ける。さらに、ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４を介して、光周波数シフタ２０からシフト光を受ける。そして、ヘテロダイン受光器２６は、散乱光の光周波数とシフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力する。
【００２９】
ブリルアン散乱光に相当する成分の電気信号の周波数は|Flo-Fb|(=|F0+Flo-(F0+Fb)|)であり、レーリー散乱光に相当する成分の電気信号の周波数はFlo’(=F0+Flo’-F0)となる。
【００３０】
フィルタ回路３０は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号において、所定の周波数の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しない。ここでいう、所定の周波数とは、|Flo-Fb|またはFlo’である。
【００３１】
図２は、ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取得する場合の、フィルタ回路３０の通過帯域を示す図である。図２を参照して、ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取得する場合は、光周波数シフタ２０の周波数シフト量をFloとし、所定の周波数を|Flo-Fb|とする。すると、ブリルアン散乱光に相当する成分の電気信号の周波数は|Flo-Fb|(=|F0+Flo-(F0+Fb)|)であるため、ブリルアン散乱光に相当する電気信号が得られる。
【００３２】
図３は、レーリー散乱光に相当する電気信号を取得する場合の、フィルタ回路３０の通過帯域を示す図である。図３を参照して、レーリー散乱光に相当する電気信号を取得する場合は、光周波数シフタ２０の周波数シフト量をFlo’とし、所定の周波数をFlo’とする。すると、レーリー散乱光に相当する成分の電気信号の周波数はFlo’(=F0+Flo’-F0)であるため、レーリー散乱光に相当する電気信号が得られる。
【００３３】
このように、フィルタ回路３０は、ブリルアン散乱光に相当する電気信号またはレーリー散乱光に相当する電気信号を取り出す取出手段として機能する。これら電気信号はスペクトルに相当する。
【００３４】
信号処理部３２は、フィルタ回路３０の出力を受け、光ファイバ（被測定物）２の歪みを導出する。
【００３５】
図４は、信号処理部３２の構成を示す機能ブロック図である。信号処理部３２は、信号受信部３２０、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａ、レーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂ、デコンボリューション部（ブリルアン利得スペクトル導出手段）３２４、ピーク周波数導出部３２６、歪み導出部３２８を備える。
【００３６】
信号受信部３２０は、フィルタ回路３０の出力を受ける。フィルタ回路３０の出力がブリルアン散乱光に相当する電気信号である場合は、電気信号をブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録する。フィルタ回路３０の出力がレーリー散乱光に相当する電気信号である場合は、電気信号をレーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂに記録する。
【００３７】
ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａは、フィルタ回路３０が出力するブリルアン散乱光に相当する電気信号を記録する。この電気信号は、ブリルアン散乱光のスペクトルに相当する。よって、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａは、入射光を与えることにより光ファイバ２において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するものである。
【００３８】
図５は、実際に得られるブリルアン散乱光のスペクトルを示す図（図５（ａ））および理想的なブリルアン散乱光のスペクトルを示す図（図５（ｂ））である。なお、図５において、縦軸はパワー、横軸は光周波数（|Flo-Fb|）を示す。
【００３９】
Floを変化させながら電気信号を取得することで、図５（ａ）に示すブリルアン散乱光のスペクトルが得られる。図５（ａ）に示すスペクトルは、理想的なスペクトル（図５（ｂ）参照）とは異なり、スペクトルの幅が広がっており、しかも、最大値をとる部分の近傍でスペクトルの形が変化している。これは、入射光のパルス幅の狭さおよび光パルス発生器１４のチャープ特性により生じるものである。
【００４０】
レーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂは、フィルタ回路３０が出力するレーリー散乱光に相当する電気信号を記録する。この電気信号は、レーリー散乱光のスペクトルに相当する。よって、レーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂは、入射光を与えることにより光ファイバ２において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するものである。
【００４１】
なお、レーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂは、入射光のスペクトルを記録すればよい。本実施形態では、入射光のスペクトルとしてレーリー散乱光のスペクトルを記録している。
【００４２】
図６は、実際に得られるレーリー散乱光のスペクトルを示す図（図６（ａ））および理想的なレーリー散乱光のスペクトルを示す図（図６（ｂ））である。なお、図６において、縦軸はパワー、横軸は光周波数（Flo’）を示す。
【００４３】
Flo’を変化させながら電気信号を取得することで、図６（ａ）に示すレーリー散乱光のスペクトルが得られる。図６（ａ）に示すスペクトルは、理想的なスペクトル（図６（ｂ）参照）とは異なり、スペクトルの幅が広がっており、しかも、最大値をとる部分の近傍でスペクトルの形が変化している。
【００４４】
なお、図５（ａ）に示すブリルアン散乱光のスペクトルおよび図６（ａ）に示すレーリー散乱光のスペクトルは、光ファイバ２における同一地点に関するものである。
【００４５】
デコンボリューション部（ブリルアン利得スペクトル導出手段）３２４は、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録されたブリルアン散乱光のスペクトルおよびレーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂに記録されたレーリー散乱光のスペクトルに基づき、光ファイバ２のブリルアン利得スペクトルを導出する。
【００４６】
ブリルアン散乱光のスペクトルHと、入射光スペクトルPとは、下記の式（１）のような関係がある。
【００４７】
【数１】
2007170941.tif 000003
ただし、νはブリルアン散乱光の光周波数、fは入射光の光周波数、f0は入射光のパワーが最大となる光周波数、gはブリルアン利得スペクトル、sＢはブリルアン周波数シフトすなわちf0とνBとの差（ただし、νBはブリルアン散乱光のパワーが最大となる光周波数）である。
【００４８】
また、入射光スペクトルPにかえて、本実施形態においては、レーリー散乱光のスペクトルを用いる。
【００４９】
ここで、式（１）の両辺をラプラス変換して、下記の式（２）を得る。そして、式（２）を変形して式（３）を得る。式（３）のような処理をデコンボリューションという。
【００５０】
【数２】
2007170941.tif 000004
ただし、Lはラプラス変換を示し、L-1は逆ラプラス変換を示す。また、入射光スペクトルPおよびブリルアン利得スペクトルgの引数は式（２）、式（３）においては表記を省略している。
【００５１】
ここで、式（３）の左辺の入射光スペクトルPに、レーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂに記録されたレーリー散乱光のスペクトルを代入し、式（３）の左辺のブリルアン散乱光のスペクトルHに、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録されたブリルアン散乱光のスペクトルを代入すれば、式（３）の左辺を求めることができる。式（３）の左辺から、ブリルアン利得スペクトルgを導出することができる。
【００５２】
図７は、光ファイバ２のブリルアン利得スペクトルを示す図である。ブリルアン利得スペクトルは、ブリルアン散乱光のスペクトルHから入射光スペクトルPの影響（すなわち、入射光のパルス幅の狭さおよび光パルス発生器１４のチャープ特性による影響）がデコンボリューションにより取り除かれているので、理想的なブリルアン散乱光のスペクトル（図５（ｂ）参照）と同様な形状となっている。
【００５３】
ピーク周波数導出部３２６は、デコンボリューション部３２４により導出されたブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出する。具体的には、ブリルアン利得スペクトルをローレンツ関数で近似する。このローレンツ関数が最大値をとる周波数をピーク周波数とする。
【００５４】
図７の例では、ピーク周波数がFmaxとなっている。
【００５５】
歪み導出部３２８は、ピーク周波数導出部３２６により導出されたピーク周波数に基づき、光ファイバ２の歪みを導出する。
【００５６】
まず、光ファイバ２の歪みεと、ブリルアン周波数シフトsＢとは、下記の式（４）に示すような関係がある。
【００５７】
【数３】
2007170941.tif 000005
ただし、sＢ(0)は歪みεが０であるときのブリルアン周波数シフトである。そこで、ブリルアン周波数シフトsＢがわかれば、光ファイバ２の歪みεを導出できることがわかる。
【００５８】
ブリルアン周波数シフトは、入射光のパワーが最大となる光周波数f0と、ブリルアン散乱光のパワーが最大となる光周波数νBとの差である。入射光のパワーが最大となる光周波数f0は、F0のことである。そこで、ブリルアン散乱光のパワーが最大となる光周波数νBがわかれば、光ファイバ２の歪みεを導出できることがわかる。
【００５９】
ブリルアン散乱光のパワーPBは、下記の式（５）に示すような関係がある。
【００６０】
【数４】
2007170941.tif 000006
ただし、zは光ファイバ２に沿った入射端２ａからの距離、cは真空中での光速、nは光ファイバ２の屈折率、Pは入射パルス光の全パワー、αsは光ファイバ２の減衰係数である。
【００６１】
式（５）からわかるように、ブリルアン散乱光のパワーPBは、ブリルアン利得スペクトルｇが最大値をとるピーク周波数で、最大値をとる。図７の例では、ピーク周波数がFmaxとなっている。よって、ブリルアン周波数シフトsＢはF0-Fmaxとなる。ブリルアン周波数シフトsＢがわかれば、式（４）により光ファイバ２の歪みεを導出できる。
【００６２】
次に、本発明の実施形態の動作を説明する。
【００６３】
まず、連続光源１０が連続光を生成する。
【００６４】
連続光は、光カプラ１２を介して、光パルス発生器１４に与えられる。光パルス発生器１４は、連続光をパルス光に変換する。パルス光は、光アンプ１６により増幅され、光カプラ１８を通過して、光ファイバ２の入射端２ａに入射される。
【００６５】
光ファイバ２の入射端２ａからは散乱光（レーリー散乱光およびブリルアン散乱光）が出射され、光カプラ１８に与えられる。光カプラ１８は、受けた散乱光を、光カプラ２４に与える。
【００６６】
また、連続光は、光カプラ１２を介して、光周波数シフタ２０に与えられる。
【００６７】
(i)ブリルアン散乱光のスペクトルの取得（図２参照）
光周波数シフタ２０は、連続光（光周波数F0）を受け、シフト光（連続光（光周波数F0）、第一側波帯光（光周波数F0+Flo）、第二側波帯光（光周波数F0-Flo））を出力する。光周波数シフタ２０の出力するシフト光は、光カプラ２４に与えられる。
【００６８】
光カプラ２４は、光周波数シフタ２０からシフト光を受け、さらに光カプラ１８から散乱光を受けて、合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【００６９】
ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４の合波した光を受け、散乱光の光周波数とシフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力する。
【００７０】
ここで、まずフィルタ回路３０は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号において、周波数|Flo-Fb|(=|F0+Flo-(F0+Fb)|)の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しないようにする（図２参照）。すると、フィルタ回路３０は、ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取り出す取出手段として機能する。ブリルアン散乱光に相当する電気信号は、信号処理部３２の信号受信部３２０を介して、信号処理部３２のブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録される。
【００７１】
(ii)レーリー散乱光のスペクトルの取得（図３参照）
次に、光周波数シフタ２０は、連続光（光周波数F0）を受け、シフト光（連続光（光周波数F0）、第一側波帯光（光周波数F0+Flo’）、第二側波帯光（光周波数F0-Flo’））を出力する。光周波数シフタ２０の出力するシフト光は、光カプラ２４に与えられる。
【００７２】
光カプラ２４は、光周波数シフタ２０からシフト光を受け、さらに光カプラ１８から散乱光を受けて、合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【００７３】
ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４の合波した光を受け、散乱光の光周波数とシフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力する。
【００７４】
ここで、まずフィルタ回路３０は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号において、周波数Flo’(=F0+Flo’-F0)の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しないようにする（図３参照）。すると、フィルタ回路３０は、レーリー散乱光に相当する電気信号を取り出す取出手段として機能する。レーリー散乱光に相当する電気信号は、信号処理部３２の信号受信部３２０を介して、信号処理部３２のレーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂに記録される。
【００７５】
(iii)光ファイバ２の歪みの導出（図４参照）
デコンボリューション部３２４は、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録されたブリルアン散乱光のスペクトル（図５（ａ）参照）およびレーリー散乱光スペクトル記録部３２２ｂに記録されたレーリー散乱光のスペクトル（図６（ａ）参照）に基づき、光ファイバ２のブリルアン利得スペクトルを導出する（式（３）および図７参照）。
【００７６】
ピーク周波数導出部３２６は、デコンボリューション部３２４により導出されたブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数Fmaxを導出する（図７参照）。
【００７７】
歪み導出部３２８は、ピーク周波数導出部３２６により導出されたピーク周波数に基づき、光ファイバ２の歪みを導出する（式（４）参照）。
【００７８】
本発明の実施形態によれば、ブリルアン利得スペクトルのピーク周波数Fmaxに基づき、光ファイバ２の歪みを導出する。
【００７９】
ブリルアン利得スペクトル（図７参照）は、ブリルアン散乱光のスペクトルHから入射光スペクトルPの影響（すなわち、入射光のパルス幅の狭さおよび光パルス発生器１４のチャープ特性による影響）がデコンボリューションにより取り除かれているので、理想的なブリルアン散乱光のスペクトル（図５（ｂ）参照）と同様な形状となっている。このため、ブリルアン利得スペクトルのピーク周波数Fmaxの導出精度が良く、光ファイバ２の歪みを精度良く導出できる。
【００８０】
本発明の実施形態によれば精度良くファイバ２の歪みが導出できることは、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録されたブリルアン散乱光のスペクトル（図５（ａ）参照）から直接、このスペクトルが最高値をとる周波数を求めると仮定した場合と比較すると明瞭である。
【００８１】
すなわち、ブリルアン散乱光スペクトル記録部３２２ａに記録されたブリルアン散乱光のスペクトル（図５（ａ）参照）の形は、入射光のパルス幅の狭さおよび光パルス発生器１４のチャープ特性による影響を受けて、幅も広く、形も変化している。よって、このスペクトルから直接、このスペクトルが最高値をとる周波数を求めようとすると、ローレンツ関数で近似しても精度が悪く、スペクトルが最高値をとる周波数の導出精度が悪い。
【００８２】
しかし、本発明の実施形態によれば、幅も狭く、形の変化も少ないブリルアン利得スペクトル（図７参照）を使用してピーク周波数を導出するので、ローレンツ関数で近似しても精度が良く、スペクトルが最高値をとる周波数の導出精度が良いので、光ファイバ２の歪みを精度良く導出できる。
【００８３】
なお、上記の実施形態は、以下のようにして実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を備えたコンピュータに、上記の各部分（例えば、信号処理部３２）を実現するプログラムを記録したメディアを読み取らせて、ハードディスクにインストールする。このような方法でも、上記の実施形態を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施形態にかかる歪み測定装置１の構成を示す図である。
【図２】ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取得する場合の、フィルタ回路３０の通過帯域を示す図である。
【図３】レーリー散乱光に相当する電気信号を取得する場合の、フィルタ回路３０の通過帯域を示す図である。
【図４】信号処理部３２の構成を示す機能ブロック図である。
【図５】実際に得られるブリルアン散乱光のスペクトルを示す図（図５（ａ））および理想的なブリルアン散乱光のスペクトルを示す図（図５（ｂ））である。
【図６】実際に得られるレーリー散乱光のスペクトルを示す図（図６（ａ））および理想的なレーリー散乱光のスペクトルを示す図（図６（ｂ））である。
【図７】光ファイバ２のブリルアン利得スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  歪み測定装置
２  光ファイバ
２ａ  入射端
１０  連続光源
１４  光パルス発生器
２０  光周波数シフタ
２６  ヘテロダイン受光器
３０  フィルタ回路
３２  信号処理部
３２２ａ  ブリルアン散乱光スペクトル記録部
３２２ｂ  レーリー散乱光スペクトル記録部
３２４  デコンボリューション部（ブリルアン利得スペクトル導出手段）
３２６  ピーク周波数導出部
３２８  歪み導出部
【図１】
2007170941.tif 000007
【図２】
2007170941.tif 000008
【図３】
2007170941.tif 000009
【図４】
2007170941.tif 000010
【図５】
2007170941.tif 000011
【図６】
2007170941.tif 000012
【図７】
2007170941.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月15日(2007.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録手段と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歪み測定装置であって、
前記入射光スペクトル記録手段は、前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを前記入射光スペクトルとして記録する、
歪み測定装置。
【請求項３】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録手段と、
前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録手段と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出手段と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出手段と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の歪み測定装置であって、
前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび前記レーリー散乱光のスペクトルは、前記被測定物における同一地点に関するものである、
歪み測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歪み測定装置であって、
連続光を生成する連続光源と、
前記連続光をパルス光に変換する光パルス発生器と、
前記連続光を受け、前記連続光と、前記連続光の光周波数よりも所定の光周波数だけ大きい光周波数を有する第一側波帯光と、前記連続光の光周波数よりも前記所定の光周波数だけ小さい光周波数を有する第二側波帯光とを有するシフト光を出力する光周波数シフタと、
前記パルス光が入射された前記被測定物の入射端から散乱光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記散乱光の光周波数と前記シフト光の光周波数との差の周波数を有する電気信号を出力するヘテロダイン受光器と、
前記電気信号から前記ブリルアン散乱光に相当する電気信号を取り出すブリルアン散乱光スペクトル取出手段と、
前記電気信号から前記レーリー散乱光に相当する電気信号を取り出すレーリー散乱光スペクトル取出手段と、
を備えた歪み測定装置。
【請求項６】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録工程と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録工程と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出工程と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出工程と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出工程と、
を備えた歪み測定方法。
【請求項７】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光のスペクトルを記録する入射光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記入射光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。
【請求項９】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録工程と、
前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録工程と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出工程と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出工程と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出工程と、
を備えた歪み測定方法。
【請求項１０】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１１】
入射光を与えることにより被測定物において発生したブリルアン散乱光のスペクトルを記録するブリルアン散乱光スペクトル記録処理と、
前記入射光を与えることにより前記被測定物において発生したレーリー散乱光のスペクトルを記録するレーリー散乱光スペクトル記録処理と、
記録された前記ブリルアン散乱光のスペクトルおよび記録された前記レーリー散乱光のスペクトルに基づき、前記被測定物のブリルアン利得スペクトルを導出するブリルアン利得スペクトル導出処理と、
導出された前記ブリルアン利得スペクトルが最大値をとるピーク周波数を導出するピーク周波数導出処理と、
導出された前記ピーク周波数に基づき、前記被測定物の歪みを導出する歪み導出処理と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータによって読み取り可能な記録媒体。