(57)【要約】【課題】受信帯域が広い光受信器を用いなくても、ブリルアン散乱光の測定を可能とする。【解決手段】散乱光測定装置１は、連続光を生成する連続光源１０と、連続光をパルス光に変換する光パルス発生器１４と、連続光を受け、連続光と、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を有する第一側波帯光と、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２０と、光周波数シフタ２０の出力するシフト光における連続光のパワーを低減するパワー低減部２２と、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、さらに光周波数シフタ２０からシフト光を受けて、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ヘテロダイン受光器２６とを備える。【選択図】図１
2007101325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減するパワー低減手段と、
前記パルス光が入射された光ファイバ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、
を備えた散乱光測定装置。
【請求項２】
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、
前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受け、前記散乱光と、前記散乱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散乱光と、前記散乱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散乱光とを有するシフト光を出力する光周波数シフタと、
前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記散乱光のパワーを低減するパワー低減手段と、
前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記連続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、
を備えた散乱光測定装置。
【請求項３】
連続光を生成する連続光源と、
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、
前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減するパワー低減手段と、
前記シフト光をパルス光に変換する光パルス発生器と、
前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受けて、前記連続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、
を備えた散乱光測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の散乱光測定装置であって、
前記光周波数シフタは、受けた光を分波して二つの分波光を得る分波部と、一方の分波光の位相を所定位相だけ変化させる第一位相変化部と、他方の分波光を前記所定位相とは同じ大きさかつ正負が逆の逆所定位相だけ変化させる第二位相変化部と、前記第一位相変化部の出力および前記第二位相変化部の出力を合波する合波部とを有し、
前記パワー低減手段は、前記所定位相が定数成分を有するようにする、
散乱光測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の散乱光測定装置であって、
前記パワー低減手段は、前記定数成分に相当する大きさの直流電圧を印加するものである、
散乱光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブリルアン散乱光の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、連続波光をパルス化して光ファイバに与え、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、散乱光と、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、散乱光にはブリルアン散乱光（光周波数fc+fbおよびfc-fb）の他にレーリー散乱光（光周波数fc）がある。また、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。さらに、コヒーレント検波はフォトダイードを有する光受信器により行われる。
【０００３】
【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】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来技術によれば、コヒーレント検波の結果には、ブリルアン散乱光の検波結果（中心周波数は|p-fb|）のみならず、レーリー散乱光の検波結果（中心周波数は０）が含まれる。一般的には、レーリー散乱光の検波結果のパワーの方が、ブリルアン散乱光の検波結果のパワーよりも大きい。このため、|p-fb|を０よりも充分に大きくしておかないと、ブリルアン散乱光の検波結果が、レーリー散乱光の検波結果に埋もれてしまい、ブリルアン散乱光の測定ができなくなる。
【０００５】
しかし、|p-fb|を０よりも充分に大きくすると、光受信器のフォトダイードの受信帯域を広くする必要がある。受信帯域が広いフォトダイードは高価であるため、ブリルアン散乱光の検波のための費用が増大する。
【０００６】
そこで、本発明は、受信帯域が広い光受信器を用いなくても、ブリルアン散乱光の測定を可能とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる散乱光測定装置は、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、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減するパワー低減手段と、前記パルス光が入射された光ファイバ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を備えるように構成される。
【０００８】
上記のように構成された散乱光測定装置によれば、連続光源は、連続光を生成する。光パルス発生器は、前記連続光をパルス光に変換する。光周波数シフタは、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。パワー低減手段は、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減する。ヘテロダイン受光器は、前記パルス光が入射された光ファイバ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。
【０００９】
本発明にかかる散乱光測定装置は、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、前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受け、前記散乱光と、前記散乱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散乱光と、前記散乱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散乱光とを有するシフト光を出力する光周波数シフタと、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記散乱光のパワーを低減するパワー低減手段と、前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記連続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を備えるように構成される。
【００１０】
上記のように構成された散乱光測定装置によれば、連続光源は、連続光を生成する。光パルス発生器は、前記連続光をパルス光に変換する。光周波数シフタは、前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受け、前記散乱光と、前記散乱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散乱光と、前記散乱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散乱光とを有するシフト光を出力する。パワー低減手段は、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記散乱光のパワーを低減する。ヘテロダイン受光器は、前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記光周波数シフタから前記シフト光を受けて、前記連続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。
【００１１】
本発明にかかる散乱光測定装置は、連続光を生成する連続光源と、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、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減するパワー低減手段と、前記シフト光をパルス光に変換する光パルス発生器と、前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受けて、前記連続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を備えるように構成される。
【００１２】
上記のように構成された散乱光測定装置によれば、連続光源は、連続光を生成する。光周波数シフタは、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。パワー低減手段は、前記光周波数シフタの出力する前記シフト光における前記連続光のパワーを低減する。光パルス発生器は、前記シフト光をパルス光に変換する。ヘテロダイン受光器は、前記連続光源から前記連続光を受け、さらに前記パルス光が入射された光ファイバの入射端から散乱光を受けて、前記連続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。
【００１３】
なお、本発明にかかる散乱光測定装置は、前記光周波数シフタが、受けた光を分波して二つの分波光を得る分波部と、一方の分波光の位相を所定位相だけ変化させる第一位相変化部と、他方の分波光を前記所定位相とは同じ大きさかつ正負が逆の逆所定位相だけ変化させる第二位相変化部と、前記第一位相変化部の出力および前記第二位相変化部の出力を合波する合波部とを有し、前記パワー低減手段は、前記所定位相が定数成分を有するようにするようにしてもよい。
【００１４】
なお、本発明にかかる散乱光測定装置は、前記パワー低減手段が、前記定数成分に相当する大きさの直流電圧を印加するものであるようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
第一の実施形態
図１は、第一の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。ブリルアン散乱光測定装置１は、光ファイバ２に接続されている。また、ブリルアン光測定装置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、パワー低減部２２、光カプラ２４、ヘテロダイン受光器２６、フィルタ回路３０、信号処理回路３２を備える。
【００１７】
連続光源１０は、連続光（すなわち、ＣＷ（Continuous
Wave）光）を生成する。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。
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
パワー低減部２２は、光周波数シフタ２０の出力するシフト光における連続光（光周波数F0）のパワーを低減する。
【００２１】
図２は、光周波数シフタ２０の平面図（図２（ａ））、正面図（図２（ｂ））である。光周波数シフタ２０は、導入部２０ａ、分波部２０ｂ、第一位相変化部２０ｃ、第二位相変化部２０ｄ、合波部２０ｅ、導出部２０ｆ、電極部２０ｇ、基板２０ｈを有する。導入部２０ａ、分波部２０ｂ、第一位相変化部２０ｃ、第二位相変化部２０ｄ、合波部２０ｅおよび導出部２０ｆは基板２０ｈ上に形成される。基板２０ｈは、例えばLiNbO3結晶の基板であり、図２（ａ）においては図示省略している。
【００２２】
パワー低減部２２は、交流電源部２２ａ、直流電源部２２ｂを有する。
【００２３】
導入部２０ａは、光カプラ１２から連続光を受けて、分波部２０ｂに与える。なお、連続光のパワーEin = E*ejωtとする。ただし、ω=2πF0である。
【００２４】
分波部２０ｂは、導入部２０ａから受けた連続光を分波して二つの分波光を得る。一方の分波光は第一位相変化部２０ｃに、他方の分波光は第二位相変化部２０ｄに与えられる。なお、一方の分波光のパワーおよび他方の分波光のパワーは共に、E/√2である（ただし、√2 = 21/2）。
【００２５】
第一位相変化部２０ｃは、一方の分波光の位相を所定位相θだけ変化させる。よって、一方の分波光のパワーは、(1/√2)*E*ejωt*ejθとなる。
【００２６】
第二位相変化部２０ｄは、他方の分波光を所定位相θとは同じ大きさかつ正負が逆の逆所定位相−θだけ変化させる。よって、他方の分波光のパワーは、(1/√2)*E*ejωt*e-jθとなる。
【００２７】
合波部２０ｅは、第一位相変化部２０ｃの出力する光および第二位相変化部２０ｄの出力する光を合波する。
【００２８】
導出部２０ｆは、合波部２０ｅの出力する光を光カプラ２４に向けて出射する。
【００２９】
電極部２０ｇは、第一位相変化部２０ｃおよび第二位相変化部２０ｄの上方に位置する。電極部２０ｇには、パワー低減部２２により電圧が印加される。
【００３０】
交流電源部２２ａは、交流電圧（角周波数Ω=2πFlo）を電極部２０ｇに印加する。直流電源部２２ｂは、直流電圧を電極部２０ｇに印加する。
【００３１】
電極部２０ｇに電圧を印加すると、電気光学効果により、第一位相変化部２０ｃおよび第二位相変化部２０ｄの屈折率が変化して、一方の分波光および他方の分波光の位相が変化する。ここで、交流電圧による一方の分波光の位相変化はφsinΩtと、直流電圧による一方の分波光の位相変化はφ0（定数成分）というように表現できる。ただし、φおよびφ0は定数であり、tは時間である。すると、所定位相θ=φsinΩt+φ0となる。なお、直流電圧の大きさは、φ0（定数成分）に相当するものといえる。
【００３２】
すると、導出部２０ｆの出力する光のパワーEout
= (E/2)*ejωt*(ejθ+e-jθ)となる。
【００３３】
ejθ = ejφ0ΣJn(φ)ejnΩt = ejφ0(…+J-1(φ)e-jΩt+J0(φ)+J1(φ)ejΩt+…)なので（ただし、Jnはベッセル係数）、
Eout = E*ejωt*((-jJ1(φ)sinφ0)e-jΩt+J0(φ)cosφ0 +(jJ1(φ)sinφ0)ejΩt)となる。
【００３４】
光周波数F0（光角周波数ω）の成分のパワーはJ0(φ)cosφ0、光周波数F0±Flo（光角周波数ω±Ω）の成分のパワーはJ1(φ)sinφ0となる。
【００３５】
図３は、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低いときの、導出部２０ｆの出力する光の光周波数とパワーとの関係（図３（ａ））、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高いときの、導出部２０ｆの出力する光の光周波数とパワーとの関係（図３（ｂ））を示す図である。
【００３６】
直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低くφ0がほぼ０であるとすれば、図３（ａ）に示すように、光周波数F0の成分のパワーは大きく、光周波数F0±Floの成分のパワーは小さい。
【００３７】
直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高くφ0が90度に近くなれば、図３（ｂ）に示すように、光周波数F0の成分のパワーは小さく、光周波数F0±Floの成分のパワーは大きい。
【００３８】
このように、パワー低減部２２は、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧を高く（φ0が90度に近くなるようにする）して、光周波数シフタ２０の出力するシフト光における連続光（光周波数F0）のパワーを、φ0がほぼ０の場合よりも低減する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
図４は、光周波数シフタ２０の出力の光周波数とパワーとの関係（図４（ａ））、散乱光の光周波数とパワーとの関係（図４（ｂ））、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図４（ｃ））を示す図である。
【００４２】
図４（ａ）は、図３（ｂ）と同様な図である。図４（ａ）を参照して、光周波数シフタ２０の出力においては、光周波数F0の成分のパワーが、光周波数F0±Floの成分のパワーよりも小さい。
【００４３】
図４（ｂ）を参照して、散乱光はレーリー散乱光およびブリルアン散乱光を有する。レーリー散乱光の光周波数は、光ファイバ２に入射したパルス光の光周波数と同じF0である。また、ブリルアン散乱光の光周波数は、光ファイバ２に入射したパルス光の光周波数F0から所定の光周波数Fbだけずれて、F0±Fbとなる。レーリー散乱光のパワーは、ブリルアン散乱光のパワーにくらべて大きい。なお、散乱光の光周波数は、本来はある程度の広がりを有しているが、図示の便宜上、図４（ｂ）においては図示省略している。
【００４４】
図４（ｃ）を参照して、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、レーリー散乱光の光周波数F0と、シフト光の連続光成分の光周波数F0との差の周波数０を有する成分を有する。さらに、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、ブリルアン散乱光の光周波数F0+Fbと、シフト光の第一側波帯光成分の光周波数F0+Floとの差の周波数Flo-Fbを有する成分を有する。
【００４５】
なお、レーリー散乱光の光周波数F0と、シフト光の第一側波帯光成分の光周波数F0+Floとの差の周波数Floの成分と、ブリルアン散乱光の光周波数F0-Fbと、シフト光の第一側波帯光成分の光周波数F0+Floとの差の周波数Flo+Fbの成分などのFlo-Fbよりも高周波な成分は、高周波すぎてヘテロダイン受光器２６によって検出できないため、図４（ｃ）には図示していない。
【００４６】
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。このようにして、ブリルアン散乱光に相当する電気信号が得られる。
【００４７】
信号処理回路３２は、フィルタ回路３０の出力を受け、ブリルアン散乱光のパワーなどを導出する。
【００４８】
次に、第一の実施形態の動作を説明する。
【００４９】
まず、連続光源１０が連続光を生成する。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。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。なお、パワー低減部２２における直流電源部２２ｂが印加する直流電圧を、φ0が90度に近くなるようにしているため、シフト光の連続光成分のパワーは低減され、第一側波帯光の成分および第二側波帯光の成分のパワーよりも低くなっている。例えば、シフト光の連続光成分のパワーを、第一側波帯光の成分および第二側波帯光の成分のパワーよりも20dB弱くする。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。
【００５３】
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。
【００５４】
ヘテロダイン受光器２６は、レーリー散乱光の光周波数F0と、シフト光の連続光成分の光周波数F0との差の周波数０を有する成分と、ブリルアン散乱光の光周波数F0+Fbと、シフト光の第一側波帯光成分の光周波数F0+Floとの差の周波数Flo-Fbを有する成分とを有する電気信号を出力する。周波数Flo-Fbよりも高周波な成分は、ヘテロダイン受光器２６によっては出力できない。
【００５５】
図５は、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低いときの、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図５（ａ））、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高いときの、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図５（ｂ））を示す図である。
【００５６】
図５（ａ）を参照して、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低いときは、レーリー散乱光のパワーも、シフト光の連続光成分の光周波数F0のパワーも大きい。よって、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号のレーリー散乱光の成分のパワーも大きい。よって、周波数Flo-Fbが、周波数0から充分に離れていなければ、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号のブリルアン散乱光の成分が、レーリー散乱光の成分に埋もれてしまう。
【００５７】
一方、図５（ｂ）を参照して、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高いときは、レーリー散乱光のパワーが大きいものの、シフト光の連続光成分の光周波数F0のパワーが小さい。よって、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号のレーリー散乱光の成分のパワーが小さくなる。よって、周波数Flo-Fbが、周波数0からさほど離れていなくても（周波数Flo-Fbは、図５（ｂ）の方が図５（ａ）の方よりも小さい）、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号のブリルアン散乱光の成分が、レーリー散乱光の成分に埋もれてしまうことを防止できる。
【００５８】
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の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しない。信号処理回路３２は、フィルタ回路３０の出力を受け、ブリルアン散乱光のパワーなどを導出する。
【００５９】
第一の実施形態によれば、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧を高くしてφ0が90度に近くなるようにしたので、周波数Flo-Fbが小さくても、ブリルアン散乱光のパワーなどを測定できる。よって、受信帯域が広いヘテロダイン受光器２６を用いなくても、ブリルアン散乱光の測定が可能となる。
【００６０】
しかも、シフト光の連続光成分の低減を光周波数シフタ２０により行うことができる。光周波数シフタ２０は光強度変調器であるため、シフト光の連続光成分の低減を位相変調によらないで、光強度変調により行うことができる。
【００６１】
第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態における光周波数シフタ２０、パワー低減部２２のかわりに、光周波数シフタ２１、パワー低減部２３を備えたものである。
【００６２】
図６は、第二の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。ブリルアン散乱光測定装置１は、光ファイバ２に接続されている。また、ブリルアン光測定装置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２１、パワー低減部２３、光カプラ２４、ヘテロダイン受光器２６、フィルタ回路３０、信号処理回路３２を備える。なお、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
【００６３】
連続光源１０、光パルス発生器１４、光アンプ１６、光カプラ１８、フィルタ回路３０、信号処理回路３２は第一の実施形態と同様であり説明を省略する。
【００６４】
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および光カプラ２４に与える。
【００６５】
光周波数シフタ２１は、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。そして、光周波数シフタ２１は、シフト光を出力する。なお、シフト光は、散乱光（光周波数F0、F0±Fb）と、第一側波帯散乱光と、第二側波帯散乱光とを有する。第一側波帯散乱光は、散乱光の光周波数F0よりも所定の光周波数Floだけ大きい光周波数F0+Flo、F0+Flo±Fbを有する。第二側波帯散乱光は、散乱光の光周波数F0よりも所定の光周波数Floだけ小さい光周波数F0-Flo、F0-Flo±Fbを有する。
【００６６】
なお、光周波数シフタ２１の構成は第一の実施形態と同様である（図２参照）。ただし、光カプラ１８から光を得る。
【００６７】
パワー低減部２３は、光周波数シフタ２１の出力するシフト光における散乱光のパワーを低減する。
【００６８】
光カプラ２４は、光周波数シフタ２１からシフト光を受け、さらに光カプラ１２から連続光を受けて、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、連続光源１０から連続光を受ける。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、連続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】
図７は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号を説明するための図である。図７（ａ）は、散乱光の光周波数とパワーとの関係を示す図である。図７（ａ）を参照して、散乱光はレーリー散乱光およびブリルアン散乱光を有する。レーリー散乱光の光周波数は、光ファイバ２に入射したパルス光の光周波数と同じF0である。また、ブリルアン散乱光の光周波数は、光ファイバ２に入射したパルス光の光周波数F0から所定の光周波数Fbだけずれて、F0±Fbとなる。レーリー散乱光のパワーは、ブリルアン散乱光のパワーにくらべて大きい。なお、散乱光の光周波数は、本来はある程度の広がりを有しているが、図示の便宜上、図７においては図示省略している。
【００７１】
図７（ｂ）は、光周波数シフタ２１の出力するシフト光における散乱光の成分の光周波数とパワーとの関係を示す図である。パワー低減部２３により、図７（ａ）と比べて、パワーが小さくなっている。
【００７２】
図７（ｃ）は、光周波数シフタ２１の出力するシフト光における第一側波帯散乱光の成分の光周波数F0+Flo、F0+Flo±Fbとパワーとの関係を示す図である。第一側波帯散乱光のパワーは、散乱光のパワーよりも大きい。
【００７３】
図７（ｄ）は、光周波数シフタ２１の出力の出力するシフト光における第二側波帯散乱光の成分の光周波数F0-Flo、F0-Flo±Fbとパワーとの関係を示す図である。第二側波帯散乱光のパワーは、散乱光のパワーよりも大きい。
【００７４】
図７（ｅ）は、連続光源１０から光カプラ１２および光カプラ２４を介してヘテロダイン受光器２６に与えられる連続光の光周波数F0とパワーとの関係を示す図である。
【００７５】
図７（ｆ）は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係を示す図である。図７（ｆ）を参照して、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、連続光の光周波数F0（図７（ｅ）参照）と、シフト光の散乱光成分におけるレーリー散乱光に相当する成分の光周波数F0（図７（ｂ）参照）との差の周波数０を有する電気信号を出力する。さらに、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、連続光の光周波数F0（図７（ｅ）参照）と、シフト光の第一側波帯散乱光成分におけるブリルアン散乱光に相当する成分の光周波数F0+Flo-Fb（図７（ｃ）参照）との差の周波数Flo-Fbを有する成分を有する。なお、Flo-Fbよりも高周波な成分は、ヘテロダイン受光器２６によって検出できないため、図７（ｆ）には図示していない。
【００７６】
次に、第二の実施形態の動作を説明する。
【００７７】
まず、連続光源１０が連続光を生成する。
【００７８】
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。
【００７９】
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、光周波数シフタ２１に与える。
【００８０】
光周波数シフタ２１は、散乱光（光周波数F0、F0±Fb）を受け、シフト光（散乱光（光周波数F0、F0±Fb）、第一側波帯散乱光（光周波数F0+Flo、F0+Flo±Fb）、第二側波帯散乱光（光周波数F0-Flo、F0-Flo±Fb））を出力する。なお、パワー低減部２３における直流電源部２２ｂが印加する直流電圧を、φ0が90度に近くなるようにしているため、シフト光の散乱光成分のパワーは低減され、第一側波帯散乱光の成分および第二側波帯散乱光の成分のパワーよりも低くなっている。例えば、シフト光の散乱光成分のパワーを、第一側波帯散乱光の成分および第二側波帯散乱光の成分のパワーよりも20dB弱くする。光周波数シフタ２１の出力するシフト光は、光カプラ２４に与えられる。
【００８１】
また、連続光は、光カプラ１２を介して、光カプラ２４に与えられる。
【００８２】
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１２から連続光を受けて、合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【００８３】
ヘテロダイン受光器２６は、連続光の光周波数F0（図７（ｅ）参照）と、シフト光の散乱光成分におけるレーリー散乱光に相当する成分の光周波数F0（図７（ｂ）参照）との差の周波数０を有する成分と、連続光の光周波数F0（図７（ｅ）参照）と、シフト光の第一側波帯散乱光成分におけるブリルアン散乱光に相当する成分の光周波数F0+Flo-Fb（図７（ｃ）参照）との差の周波数Flo-Fbを有する成分とを有する電気信号を出力する。周波数Flo-Fbよりも高周波な成分は、ヘテロダイン受光器２６によっては出力できない。
【００８４】
第一の実施形態と同様に、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数０の成分のパワーは小さいため、周波数Flo-Fbを小さくできる（図５参照）。
【００８５】
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の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しない。信号処理回路３２は、フィルタ回路３０の出力を受け、ブリルアン散乱光のパワーなどを導出する。
【００８６】
第二の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。
【００８７】
第三の実施形態
第三の実施形態は、第一の実施形態における光周波数シフタ２０、パワー低減部２２のかわりに、光周波数シフタ１３、パワー低減部１５を備えたものである。
【００８８】
図８は、第三の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。ブリルアン散乱光測定装置１は、光ファイバ２に接続されている。また、ブリルアン光測定装置１は、連続光源１０、光カプラ１２、光周波数シフタ１３、光パルス発生器１４、パワー低減部１５、光アンプ１６、光カプラ１８、光カプラ２４、ヘテロダイン受光器２６、フィルタ回路３０、信号処理回路３２を備える。なお、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
【００８９】
連続光源１０、光アンプ１６、光カプラ１８、フィルタ回路３０、信号処理回路３２は第一の実施形態と同様であり説明を省略する。
【００９０】
光カプラ１２は、連続光源１０から連続光を受け、光周波数シフタ１３および光カプラ２４に与える。
【００９１】
光周波数シフタ１３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１３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。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。
【００９２】
なお、光周波数シフタ１３の構成は第一の実施形態と同様である（図２参照）。ただし、光パルス発生器１４へ光を出力する。
【００９３】
パワー低減部１５は、光周波数シフタ１３の出力するシフト光における連続光（光周波数F0）のパワーを低減する。
【００９４】
光パルス発生器１４は、シフト光をパルス光に変換する。
【００９５】
光カプラ２４は、光カプラ１８から散乱光を受け、さらに光カプラ１２から連続光を受けて、合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【００９６】
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、連続光源１０から連続光を受ける。さらに、ヘテロダイン受光器２６は、光カプラ２４を介して、光カプラ１８から散乱光を受ける。そして、ヘテロダイン受光器２６は、連続光の光周波数と散乱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。
【００９７】
図９は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号を説明するための図である。図９（ａ）は、図３（ｂ）と同様な図である。図９（ａ）を参照して、光周波数シフタ１３の出力においては、光周波数F0の成分のパワーが、光周波数F0±Floの成分のパワーよりも小さい。なお、光カプラ１８から光カプラ２４へ与えられる散乱光におけるレーリー散乱光の光周波数とパワーとの関係も図９（ａ）のように表すことができる。ただし、散乱光の光周波数は、本来はある程度の広がりを有しているが、図示の便宜上、図９においては図示省略している。
【００９８】
図９（ｂ）は、光カプラ１８から光カプラ２４へ与えられる散乱光におけるブリルアン散乱光の成分（ただし、光周波数がFb増加する成分）の光周波数とパワーとの関係を示す図である。
【００９９】
図９（ｃ）は、光カプラ１８から光カプラ２４へ与えられる散乱光におけるブリルアン散乱光の成分（ただし、光周波数がFb減少する成分）の光周波数とパワーとの関係を示す図である。
【０１００】
図９（ｄ）は、連続光源１０から光カプラ１２および光カプラ２４を介してヘテロダイン受光器２６に与えられる連続光の光周波数F0とパワーとの関係を示す図である。
【０１０１】
図９（ｅ）は、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係を示す図である。図９（ｅ）を参照して、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、連続光の光周波数F0（図９（ｄ）参照）と、散乱光におけるレーリー散乱光に相当する成分の光周波数F0（図９（ａ）参照）との差の周波数０を有する電気信号を出力する。さらに、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号は、連続光の光周波数F0（図９（ｄ）参照）と、散乱光におけるブリルアン散乱光の光周波数F0+Flo-Fb（図９（ｃ）参照）との差の周波数Flo-Fbを有する成分を有する。なお、Flo-Fbよりも高周波な成分は、ヘテロダイン受光器２６によって検出できないため、図９（ｅ）には図示していない。
【０１０２】
次に、第三の実施形態の動作を説明する。
【０１０３】
まず、連続光源１０が連続光を生成する。
【０１０４】
連続光は、光カプラ１２を介して、光周波数シフタ１３に与えられる。光周波数シフタ１３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。なお、パワー低減部１５における直流電源部２２ｂが印加する直流電圧を、φ0が90度に近くなるようにしているため、シフト光の連続光成分のパワーは低減され、第一側波帯光の成分および第二側波帯光の成分のパワーよりも低くなっている。例えば、シフト光の連続光成分のパワーを、第一側波帯光の成分および第二側波帯光の成分のパワーよりも20dB弱くする。光周波数シフタ１３の出力するシフト光は、光パルス発生器１４に与えられる。光パルス発生器１４は、シフト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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
また、連続光は、光カプラ１２を介して、光カプラ２４に与えられる。
【０１０７】
光カプラ２４は、光カプラ１８から散乱光を受け、さらに光カプラ１２から連続光を受けて、合波し、ヘテロダイン受光器２６に与える。
【０１０８】
ヘテロダイン受光器２６は、連続光の光周波数F0（図９（ｄ）参照）と、散乱光におけるレーリー散乱光の光周波数F0（図９（ａ）参照）との差の周波数０を有する成分と、連続光の光周波数F0（図９（ｄ）参照）と、散乱光におけるブリルアン散乱光の光周波数F0+Flo-Fb（図９（ｃ）参照）との差の周波数Flo-Fbを有する成分とを有する電気信号を出力する。周波数Flo-Fbよりも高周波な成分は、ヘテロダイン受光器２６によっては出力できない。
【０１０９】
第一の実施形態と同様に、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数０の成分のパワーは小さいため、周波数Flo-Fbを小さくできる（図５参照）。
【０１１０】
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の近傍の帯域を透過して、他の帯域の信号を透過しない。信号処理回路３２は、フィルタ回路３０の出力を受け、ブリルアン散乱光のパワーなどを導出する。
【０１１１】
第三の実施形態によれば、第一の実施形態と同様な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】第一の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。
【図２】光周波数シフタ２０の平面図（図２（ａ））、正面図（図２（ｂ））である。
【図３】直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低いときの、導出部２０ｆの出力する光の光周波数とパワーとの関係（図３（ａ））、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高いときの、導出部２０ｆの出力する光の光周波数とパワーとの関係（図３（ｂ））を示す図である。
【図４】光周波数シフタ２０の出力の光周波数とパワーとの関係（図４（ａ））、散乱光の光周波数とパワーとの関係（図４（ｂ））、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図４（ｃ））を示す図である。
【図５】直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が低いときの、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図５（ａ））、直流電源部２２ｂにより印加される直流電圧が高いときの、ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号の周波数とパワーとの関係（図５（ｂ））を示す図である。
【図６】第二の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。
【図７】ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号を説明するための図である。
【図８】第三の実施形態にかかるブリルアン散乱光測定装置１の構成を示す図である。
【図９】ヘテロダイン受光器２６の出力する電気信号を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１  ブリルアン光測定装置
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
２０ｂ  分波部
２０ｃ  第一位相変化部
２０ｄ  第二位相変化部
２０ｅ  合波部
２０ｇ  電極部
２１  光周波数シフタ
１３  光周波数シフタ
２２  パワー低減部
２２ａ  交流電源部
２２ｂ  直流電源部
２３  パワー低減部
１５  パワー低減部
２６  ヘテロダイン受光器
【図１】
2007101325.tif 000003
【図２】
2007101325.tif 000004
【図３】
2007101325.tif 000005
【図４】
2007101325.tif 000006
【図５】
2007101325.tif 000007
【図６】
2007101325.tif 000008
【図７】
2007101325.tif 000009
【図８】
2007101325.tif 000010
【図９】
2007101325.tif 000011