(57)【要約】 【課題】  ＤＵＴの物理的特性の改善された測定を提供する光反射測定システムを提供すること。【解決手段】プローブ信号（Ｓ）が前記ＤＵＴ（３）に送出されるのに応答して該ＤＵＴ（３）から戻る光散乱信号（Ｒ）を受信し、該散乱信号（Ｒ）から第１の応答信号（Ｒ１）及び第２の応答信号（Ｒ２）を波長に応じて分離する光セレクタと、第１の応答信号（Ｒ１）の第１の電力応答（Ｐ１）及び第２の応答信号（Ｒ２）の第２の電力応答（Ｐ２）を判断する光検出器（１２）と、第１の応答信号（Ｒ１）と第２の応答信号（Ｒ２）との間の群速度差を補償するために、第１の電力応答（Ｐ１）及び第２の電力応答（Ｐ２）を互いに対して時間調整し、該時間調整済みの電力応答（Ｐ１’、Ｐ２）に基づいて物理的特性（Ｔ）を求めるようになっているアナライザ（１３）とを備える、被試験デバイスの特性を測定するための光反射測定システム。  【選択図】図１
2007024881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被試験デバイス（ＤＵＴ）の特性（Ｔ）を測定するための光反射測定システムであって、
プローブ信号（Ｓ）が前記ＤＵＴに送出されるのに応答して該ＤＵＴから戻る光散乱信号（Ｒ）を受信する光セレクタであって、該散乱信号（Ｒ）から第１の応答信号（Ｒ１）及び第２の応答信号（Ｒ２）を波長に応じて分離する、光セレクタと、
前記第１の応答信号（Ｒ１）の第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の応答信号（Ｒ２）の第２の電力応答（Ｐ２）を判断する光検出器と、
前記第１の応答信号（Ｒ１）と前記第２の応答信号（Ｒ２）との間の群速度差を補償するために、前記第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）を互いに対して時間調整し、該時間調整済みの電力応答（Ｐ１’、Ｐ２）に基づいて物理的特性（Ｔ）を決定するアナライザとを備える、被試験デバイスの特性を測定するための光反射測定システム。
【請求項２】
前記アナライザは、前記第１の電力応答（Ｐ１）の時間スケールを時間スケール変換係数（ＣＦ）によって伸長又は圧縮することにより、調整済みの第１の電力応答（Ｐ１’）を決定する、請求項１に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項３】
前記アナライザは、前記ＤＵＴの長さ（ｌ）及び分散特性（Ｄ）と、前記第１の応答信号（Ｒ１）の波長スペクトルの第１の中心波長（λ１）と前記第２の応答信号（Ｒ２）の波長スペクトルの第２の中心波長（λ２）との間の波長差（Δλ）とに基づいて、前記時間スケール変換係数（ＣＦ）を決定する、請求項２に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項４】
前記アナライザは、前記ＤＵＴの区別可能な場所への前記第１の応答信号（Ｒ１）及び前記第２の応答信号（Ｒ２）の進行時間値（ｔ１、ｔ２）を測定するとともに、前記時間スケール変換係数（ＣＦ）を該進行時間値の比として決定する、請求項２又は３に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項５】
前記アナライザは、前記第１の電力応答（Ｐ１）の第１のエッジ又はピーク（Ｅ１）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）の第２の応答エッジ又はピーク（Ｅ２）を時間的に関連付けることによって、時間差（Δｔ）を決定し、前記エッジ又は前記ピーク（Ｅ１、Ｅ２）はいずれも前記ＤＵＴの前記区別可能な場所に関連付けられる、請求項４に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項６】
前記第１の応答信号（Ｒ１）は、第１の応答波長（λ１）において中心波長を有するアンチストークス信号、及び第２の応答波長（λ２）において中心波長を有するストークス信号のうちの一方であり、前記第２の応答信号（Ｒ２）は、前記ストークス信号及び前記アンチストークス信号のうちの他方である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項７】
前記物理的特性（Ｔ）は前記ＤＵＴに沿った温度プロファイルであり、前記アナライザは、前記第２の応答信号（Ｒ２）の前記群速度を変換係数として用いて、前記調整済みの第１の電力応答（Ｐ１’）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）の比を求めるとともに、該比の経時的な依存性を、前記ＤＵＴに沿った場所にわたる依存性に変更することにより、前記温度プロファイルを導出するようになっている、請求項６に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項８】
前記アナライザは、前記第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）をサンプリングし、第１の一連の電力値（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）に補間を適用することによって、適合した一連の第１の電力値（Ｐ１１’、Ｐ１２’、Ｐ１３’、Ｐ１４’）を導出し、さらに、該適合した一連の第１の電力値（Ｐ１１’、Ｐ１２’、Ｐ１３’、Ｐ１４’）及び第２の一連の電力値（Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４）から導出される一連の値として前記特性（Ｔ）を決定することにより、前記第１の一連の電力値（Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４）及び前記第２の一連の電力値（Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４）を決定する、請求項２ないし７のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項９】
刺激信号（Ｓ）がデジタル系列による複数の光パルスを含むように、光源を制御するようになっている制御ユニットをさらに備え、前記アナライザは、前記第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）をそれぞれ前記デジタル系列と畳み込みを行う、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
【請求項１０】
被試験デバイス（ＤＵＴ）の物理的特性（Ｔ）を求める方法であって、
プローブ信号（Ｓ）が前記ＤＵＴに送出されるのに応答して、該ＤＵＴから戻る光散乱信号を受信すること、
該散乱信号から第１の応答信号（Ｒ１）及び第２の応答信号（Ｒ２）を波長に応じて分離すること、
前記第１の応答信号（Ｒ１）の第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の応答信号（Ｒ２）の第２の電力応答（Ｐ２）を求めること、
前記第１の電力応答（Ｐ１）と前記第２の電力応答（Ｐ２）との間の群速度差を補償するために、前記第１の電力応答（Ｐ１）及び前記第２の電力応答（Ｐ２）を互いに対して時間調整することと、
前記時間調整済みの電力応答（Ｐ１’、Ｐ２）に基づいて前記物理的特性（Ｔ）を求めることを含む、被試験デバイスの物理的特性を求める方法。
【請求項１１】
記憶デバイス上に格納されることが好ましく、光反射測定システムのデータ処理ユニットにおいて実行されるときに請求項１０の方法の実行を制御するためのソフトウエアプログラム又は製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射測定によって被試験デバイスの物理的特性を求めることに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的な被試験デバイス（ＤＵＴ）、たとえば光ファイバの光学的特性を測定するために、いわゆる光時間領域反射測定（ＯＴＤＲ）又は光周波数領域反射測定（ＯＦＤＲ）を用いることが知られている。その目的を果たすために、光信号がＤＵＴに結合され、その光信号はＤＵＴに沿って進行し、たとえば、光ファイバに沿ったシリカ構造の不均一性に起因して（レーリ散乱）、又は光信号と光学フォノンとの相互作用に起因して（ラマン散乱）、若しくは光信号と音響フォノンとの相互作用に起因して（ブリュアン散乱）、ＤＵＴによって部分的に散乱される。散乱光のうちの或る量はＤＵＴ入力に戻るように進行する。この戻り光の電力が測定され、評価される。
【０００３】
さらに、光ファイバの物理的特性を求めるために、光ファイバから後方散乱される光の種々のスペクトル成分を分離すること、及びこれらの成分を関連付けることが知られている。異なる波長で戻る既知の散乱信号は、いわゆるラマン散乱である。ラマン散乱を測定することによって光ファイバに沿った温度分布を測定するための構成が、たとえば、特許文献１に記述される。関連する技法の背景については、たとえば、非特許文献１に記述される。
【特許文献１】米国特許第５，６１８，１０８号
【非特許文献１】Ｊ. シーニア(Senior)著「Optical Fiber Communications」（Prentice Hall, 1992, pages 91-96）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ＤＵＴの物理的特性の改善された測定を提供することである。その目的は、独立請求項によって果たされる。さらに多くの実施形態が従属請求項によって示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施の形態によれば、プローブ信号がＤＵＴに送出されるのに応答してＤＵＴから戻る光散乱信号が受信され、その波長に基づいて、第１の応答信号及び第２の応答信号に分離される。光信号を電気信号に変換することにより、経時的な第１の電力情報又は応答及び経時的な第２の電力情報又は応答が、それぞれ第１の応答信号及び第２の応答信号から測定される。
【０００６】
時間領域信号を求めるために、種々の方法がある。第１の方法は、光時間領域反射測定（ＯＴＤＲ）としても知られており、信号を時間領域において直に測定する。光周波数領域反射測定（ＯＦＤＲ）としても知られている、さらに別の方法は周波数変調信号を利用し、反射強度を記録しながら、その周波数が掃引される。この強度対周波数信号は、フーリエ変換を用いて時間領域に変換される。変換された後に得られた情報は、時間領域法と同じであり、本明細書に記載される任意の訂正及び計算をさらに用いることができる。
【０００７】
ＤＵＴの光学材料において色分散が生じる結果として、その材料の中を進行する光信号の種々のスペクトル成分の光の速度に大きな差が生じる。したがって、１つの信号上にある異なるスペクトル部分の群速度は異なることになる。
【０００８】
第１の応答信号及び第２の応答信号が異なる周波数（又は波長）スペクトルを有するので、色分散挙動を示すＤＵＴの中を進行するときに、両方の信号は異なる群速度を有するであろう。したがって、同時に送出されるときに、たとえば、異なる周波数スペクトルを有する２つの光パルスの中心が異なる時刻に到着することになる。経時的な第１の電力応答及び第２の電力応答を互いに関連付けるために、経時的な第１の電力応答信号及び経時的な第２の電力応答信号は、ＤＵＴの第１の応答信号と第２の応答信号との間の群速度差を補償するために互いに時間調整される。ＤＵＴの物理的特性は、時間調整された電力応答に基づいて求められる。
【０００９】
さらに別の実施の形態では、アナライザが、経時的な第１の電力応答の時間スケールを時間スケール変換係数によって伸長又は圧縮することにより、経時的な調整済みの第１の電力応答を決定するようになっている。時間スケール変換係数は、ＤＵＴの既知の特性、又は反射測定、たとえば第１の電力応答及び第２の電力応答、のいずれかに基づいて求めることができる。したがって、第１の実現可能な方法は、ＤＵＴの分散係数、及び第１の応答信号の波長スペクトルの第１の中心波長λ１と第２の応答信号の波長スペクトルの第２の中心波長λ２との間の波長差に基づいて変換係数を求めることである。
【００１０】
時間スケール変換係数を求めるためのさらに別の実現可能な方法は、ＤＵＴの中の、第１の応答信号の第１の進行時間と、第２の応答信号の第２の進行時間との比を計算することである。それゆえ、時間差（Δｔ）は、経時的な第１の応答信号の第１のエッジ又はピークと経時的な第２の応答信号の第２の応答エッジ又はピークとを時間的に関連付けることによって求めることができ、両方のエッジ又はピークは、ＤＵＴの区別可能な場所、たとえばＤＵＴのスプライス又は遠端に関連付けられる。
【００１１】
一実施の形態では、物理的特性はＤＵＴに沿った温度プロファイルである。それゆえ、いわゆるラマン散乱が、応答信号の一方としていわゆるアンチストークス部分を、他方の応答信号としていわゆるストークス部分を選択することによって評価される。
【００１２】
一実施の形態では、ＤＵＴの長さにわたる温度プロファイルが、ストークス信号及びアンチストークス信号の群速度の比を変換係数として用いて、経時的な依存性を変更することにより求められる。
【００１３】
さらに別の実施の形態では、アナライザは、等間隔の時刻において連続した電力応答をサンプリングすることにより、時間的に離散した電力応答信号を求める。第１の電力応答の電力値が、時間調整後に、線形にシフトされるとき、それらは、サンプリングによって構成される時間グリッドに合わない。それゆえ、補間アルゴリズム、たとえば線形補間、多項式補間、又はいわゆるスプライン補間を適用することによって、第１の時間的に離散した電力応答のサンプリングされた電力値から、新たな１組の離散した電力値が求められ、補間された値が第２の電力応答の時間グリッドに合うようにする。
【００１４】
さらに別の実施の形態では、光源、セレクタ、検出器及びアナライザを制御し、調整するための制御ユニットが提供される。
【００１５】
さらに別の実施の形態では、制御ユニットは、刺激信号がデジタル系列に基づく複数の光パルスを含むように光源を変調する。デジタル系列には、いわゆる擬似雑音系列、１組のいわゆるゴーレイ符号、又は自己相関後に結果として、複数の小さなサイドローブパルスを有する単一のパルスを生成する任意の系列を用いることができる。結果として生成される電力応答を決定するために、アナライザは、プローブ信号の電力と、両方の電力応答それぞれとの相関関数を実行することができる。この相関は、デジタル系列と、サンプリングされた電力値の系列とのデジタル形式の畳み込みによって実行することができる。
【００１６】
そのような相関法の利点は、ＤＵＴ応答が、単一パルスの応答に比べて、空間分解能を下げることなく、著しく多くのエネルギーを含む（パルス系列のパルスの数による）ことである。
【００１７】
本発明の実施の形態は１つ又は複数の適当なソフトウエアプログラムによって部分的に、又は完全に具現又は対応することができ、それらのソフトウエアプログラムは任意の種類のデータキャリア上に格納することができ、又は、任意の種類のデータキャリアによって別な方法で提供され、またそれらのソフトウエアプログラムは、任意の適当なデータ処理ユニット内で、又はデータ処理ユニットによって実行されることができる。ソフトウエアプログラム又はルーチンは、光反射測定システムのアナライザによって、又は制御ユニットによって用いられることが好ましい。
【００１８】
本発明の実施の形態の他の目的及び付随する利点の多くは、添付の図面（複数可）とともに、以下に記載される、さらに別の実施の形態のより詳細な説明を参照することにより、容易に評価され、より深く理解されるようになるであろう。概ね、又は機能的に同じ、又は類似の特徴は、同じ参照符号（複数可）によって参照されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の例では、ＯＴＤＲの応用形態のみが記述される。しかしながら、上記のように、本発明はＯＴＤＲには限定されず、ＯＴＤＲ又はＯＦＤＲのような全ての反射測定法に当てはまる。
【００２０】
図１は、ＯＴＤＲシステム１、光源２及び光学的な被試験デバイス（ＤＵＴ）３を示す。ＯＴＤＲシステム１は、光カプラ１０と、光セレクタ又はスプリッタ１１と、光検出器１２と、解析ユニット１３と、制御ユニット１４とを備える。光カプラ１０は、光源２、ＤＵＴ３及び光スプリッタ１１を互いに光学的に接続し、光源２から放射される刺激プローブ信号ＳがＤＵＴ３に供給され、ＤＵＴ３から戻る応答Ｒが光セレクタ１１に供給されるようにする。
【００２１】
光セレクタ１１は、応答信号Ｒの第１のスペクトル部分及び第２のスペクトル部分を選択し、第１の応答信号Ｒ１及び第２の応答信号Ｒ２を対応して生成し、これらの信号Ｒ１及びＲ２を光検出器１２に供給する。光検出器は、応答信号Ｒ１及びＲ２の光電変換を実行し、経時的な第１の電力応答Ｐ１、及び経時的な第２の電力応答Ｐ２を生成し、これらの信号をアナライザ１３に供給する。
【００２２】
アナライザ１３は、好ましくは、電力応答Ｐ１又はＰ２のうちの一方の時間スケールを時間スケール変換係数ＣＦによって伸長又は圧縮することにより、電力応答Ｐ１及びＰ２の時間調整を実行する。したがって、異なるスペクトル部分Ｒ１とＲ２との間の群速度の差がなくなるような変換係数が求められる。
【００２３】
本発明の一実施形態では、アナライザ１３は、ＤＵＴ３の長さｌ、及びＤＵＴ３の材料及び幾何学的構造による拡散係数Ｄと、第１の応答信号Ｒ１の波長スペクトルの第１の中心波長λ１と第２の応答信号Ｒ２の波長スペクトルの第２の中心波長λ２との間の波長差Δλとに基づいて、以下の式によって変換係数ＣＦを求める。
【００２４】
Δｔ＝Ｄ＊Ｌ＊Δλ
ただし、Ｄは、ピコ秒／（ナノメートル＊キロメートル）単位の拡散係数であり、
Ｌは、キロメートル単位のＤＵＴの物理的な長さであり、
Δλは、上記のようなナノメートル単位の波長差Δλであり、
Δｔは、両方のスペクトル部分間のピコ秒単位の進行時間差である。
【００２５】
一例として、第１の電力応答の時間スケールを変更することにより、第１の電力応答Ｐ１が第２の電力応答に合わせられる。別法では、第２の電力応答が第１の電力応答に合わせられるか、又は両方の電力応答を第３の基準値に合わせることができる。
【００２６】
第１の電力応答Ｐ１の時間スケールを第２の電力応答Ｐ２に合わせるための変換係数ＣＦは以下のとおりである。
【００２７】
ＣＦ＝ｔ１／ｔ２＝（ｔ２−Δｔ）／ｔ２
ただし、ｔ１は第１のスペクトル部分Ｒ１の進行時間であり、ｔ２は第２のスペクトル部分Ｒ２の進行時間である。
【００２８】
時間調整された第１の電力応答Ｐ１’は、以下のように表すことができる。
【００２９】
Ｐ１’（ｔ）＝Ｐ１（ｔ／ＣＦ）
１０６４ｎｍにおける−３４．９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの一般的な色分散、１００ｎｍのスペクトルのスペクトル幅、及び４ｋｍのファイバ長を有するマルチモードファイバ（たとえば、Ｃｏｒｎｉｎｇ（商標）ＩｎｆｉｎｉＣｏｒ（商標）５０μｍ）の場合、時間遅延は−１３．９ｎｓ（一方向）になり、１．４７９の実効群屈折率の場合の変換係数は、１．０００４になる。４ｋｍの例示的な距離の場合、この結果として、１．６ｍの空間シフトが生じる。
【００３０】
代替の実施形態では、ＤＵＴ３の両方の応答信号Ｒ１、Ｒ２の進行時間ｔ１及びｔ２が、ＯＴＤＲによって直接的に測定される。直接的に測定することは、ＯＴＤＲ応答内の有意なイベントを特定し、それらのイベントをＤＵＴ３の特定の場所に関連付けること、たとえば、ＤＵＴ３の開放端に関連するＯＴＤＲエッジを特定すること、又はＤＵＴ３の減衰に影響を及ぼすスプライス、コネクタ、ミラー端又は任意の他の局在するイベントに関連するＯＴＤＲピークを特定(determine)することによって果たすことができる。
【００３１】
制御ユニット１４は、対応する制御信号Ｃ１〜Ｃ４によって、光源２、光セレクタ１１、検出器１２及びアナライザ１３を制御する。
【００３２】
光源２によって、好ましくは出力電力が高いレーザダイオードによって生成されるプローブ信号Ｓは、送信波長λＴにおいて狭帯域の信号であることが好ましい。
【００３３】
散乱、たとえばレーリ散乱、フレネル反射、ラマン散乱又はブリュアン散乱の影響によって、前方に進行する光の一部が、ＤＵＴ３から、最終的に波長がシフトした状態で測定システム１に戻る。ラマン後方散乱信号及びブリュアン後方散乱信号が、送信波長λＴとは異なる波長のアンチストークス光及びストークス光の戻り光から構成されるのに対して、フレネル反射又はレーリ信号は、送信波長λＴを戻す。
【００３４】
一実施形態では、物理的特性は、ＤＵＴ、たとえば穿孔に沿って設置される光ファイバに沿った温度プロファイルである。ラマンアンチストークス光がＤＵＴの温度変化を受けるとき、ラマン散乱は、応答信号の一方としていわゆるアンチストークス部分を、他方の応答信号としていわゆるストークス部分を選択することによって評価される。一例であり、限定はしないが、以下の説明では、第１の応答信号Ｒ１がアンチストークス部分と見なされ、第２の応答信号Ｒ２がストークス部分と見なされるであろう。
【００３５】
図７は、波長λにわたる第１の応答信号Ｒ１（アンチストークス信号）及び第２の応答信号Ｒ２（ストークス信号）の強度Ｉを表す例示的な略図を示す。さらに、送信波長λＴ、第１の中心波長λ１及び第２の中心波長λ２が波長軸において示される。
【００３６】
１つの実現可能な実施形態では、送信波長λＴは約１０６４ｎｍであり、アンチストークス信号の第１の中心波長λ１は約１０１４ｎｍであり、ストークス信号の第２の中心波長λ２は約１１１４ｎｍである。したがって、第１の応答信号Ｒ１及び第２の応答信号Ｒ２を選択するために、対応する各バンドパスフィルタが、第１の中心波長λ１及び第２の中心波長λ２をそれぞれ中心にして約１００ｎｍの範囲を有することができる。
【００３７】
一実施形態では、光セレクタ１１は、検出器ユニット１２に対して同時に、第１の応答信号Ｒ１及び第２の応答信号Ｒ２の両方を与える。このユニット１２は、第１の電力応答Ｐ１及び第２の電力応答Ｐ２をそれぞれ検出するための２つの個別の検出器素子を備えることができる。
【００３８】
別法では、第１の応答信号Ｒ１及び第２の応答信号Ｒ２は１つの検出器素子１２に順次に与えられる。それゆえ、制御ユニット１４が、第１のステップにおいて、光源２に第１のプローブ信号をＤＵＴ３に与えるように指示し、セレクタ１１に第１の応答信号Ｒ１を選択するように指示する。第２のステップでは、光源２は第２のプローブ信号を与えるように指示され、セレクタ１１は第２の応答信号Ｒ２を選択するように指示される。セレクタ１１内で選択を切り替えることは、選択された応答信号Ｒ１又はＲ２の一方が択一的に検出器１２から遮断されるように光シャッタを動かすことによって実行することができる。光シャッタによって種々のスペクトル成分を検出することに関するさらに細かい事柄は、同じ出願人の欧州特許出願第０５１０５０３６．７号に開示される。
【００３９】
プローブ信号Ｓ１として、振幅変調された光信号、単一のパルス又は一連のパルスを用いることができる。
【００４０】
ラマン信号レベルが低い場合、一般的な平均化過程では、許容可能な時間枠内で十分な信号対雑音比（ＳＮＲ）が達成されない可能性がある。それゆえ、単一のパルスを用いる代わりに、符号相関技法を用いて、信号強度、それゆえＳＮＲが大幅に改善される。
【００４１】
相関手順に、プローブ用系列として擬似ランダム符号が推奨されることが多いが、自己相関結果においてサイドローブが残るために、試験装置において、その有用性が制限される。これに対して、相補符号、特にゴーレイ符号では、少なくとも理想的な条件下で、その個々の自己相関結果の和の中にサイドローブが現われない。光ファイバからの反射測定によって得られるラマン散乱信号は、その特性がかなり均質であるがゆえに、そのような相関技法に非常に適している。
【００４２】
そのような相関技法を用いるとき、光源２は、特有の所定のデジタル系列によって変調される。応答信号Ｒ１及びＲ２は、ＤＵＴからの複数の対応する、シフトされたインパルス応答の重なりから構成される。結果として生成されるインパルス応答とともに、結果として生成される電力応答Ｐ１及びＰ２を求めるために、解析用回路１３が、各刺激信号と、受信される部分応答との間の相関をとることができる。この相関の結果として、電力応答Ｐ１及びＰ２対時間が求められる。別法では、この相関は、両方の部分応答をサンプリングし、サンプリングされた系列と所定のデジタル信号とをデジタル形式で畳み込むことによって、デジタル時間領域において実行することができる。
【００４３】
デジタル擬似ランダム符号の自己相関関数は、０シフトにおける最大値と、残留のサイドローブとを示す。したがって、サイドローブを無視するとき、プローブ信号ＳとＤＵＴ３からの応答信号との相関は、ＤＵＴ３のインパルス応答を表す。別法では、いわゆるゴーレイ符号のような相補符号を用いることができる。そのような符号は、サイドローブが相殺されるという利点を有する。ＯＴＤＲの応用形態においてインパルス系列を適用することに関するさらに多くの情報が、同じ出願人の国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２００４／０５２６７０において記述される。
【００４４】
以下に説明される図２〜図５では、光ファイバに沿った温度プロファイルＴの測定が説明されるであろう。この例では、ＤＵＴ３は、遠端が開放されている光ファイバである。
【００４５】
図２は、時間ｔにわたる対数スケールの電力Ｐ［ｄＢ］として、例示的な第１の電力応答Ｐ１及び例示的な第２の電力応答Ｐ２を表す略図を示す。
【００４６】
一例として、さらにアンチストークス信号とも呼ばれる、第１の電力応答Ｐ１は、アンチストークス散乱の電力を表し、さらにストークス信号とも呼ばれる、第２の電力信号Ｐ２は、ストークス散乱の電力を表す。
【００４７】
光導波路の屈折率は、進行する光信号の波長とともに変化する。この結果として、群遅延は波長に依存するようになる。ただし、群遅延は、波長に依存する相対的な速度変動である。
【００４８】
こうして、群速度とも呼ばれる、光信号の伝搬速度は、光信号の周波数スペクトルの波長に依存する。
【００４９】
一例として、光ファイバは、遠端とＯＴＤＲシステム１に接続される近端との間の中間のいずれかの場所においてスプライスを有する。第１の応答信号及び第２の応答信号の群速度が異なることに起因して、第１の電力応答Ｐ１は、時刻ｔｐ１における第１のピークＰｋ１を示し、第２の電力応答Ｐ２は、時刻ｔｐ１とは異なる第１の時刻ｔｐ２における第１のピークＰｋ２を示す。プローブ信号Ｓはこのスプライスにおいて弱められるので、電力応答Ｐ１及びＰ２は、さらに進む際に、対応する電力低下を示す。ファイバの遠端において、入射プローブ信号Ｓがファイバを出て、結果として、第１の（ファイバ）進行時刻ｔ１において第１の電力応答Ｐ１の第１のエッジＥ１が、第２の（ファイバ）進行時刻ｔ２において第２のエッジＥ２が生成される。
【００５０】
別法では、開放されている遠端の代わりに、ファイバ遠端にミラーを配設することができる。この場合、エッジＥ１及びＥ２の代わりに、２つのピークが生じることになり、二次の散乱信号が、時間的にこれらのピークに続くであろう。
【００５１】
ファイバに沿った温度を求めるために、第１の電力応答及び第２の電力応答が互いに関連付けられる。しかしながら、速度差に起因して、単一の場所において生じるイベントが、両方の応答の場合に異なる時刻において生じる。こうして、ピーク及び／又は劣化に繋がる任意のイベントによって、測定誤差が生じるであろう。さらに、温度プロファイルの空間分解能は、相対的な進行時間差に制限される。
【００５２】
この不確定性をなくすために、図３は、図２による、時間ｔにわたる対数スケールにおける電力Ｐ［ｄＢ］として、調整済みの第１の電力応答Ｐ１’及び第２の電力応答Ｐ２を表す略図を示す。調整済みの第１の電力応答Ｐ１’は、時間スケールを時間スケール変換係数ＣＦによって伸長することによって、第１の電力応答Ｐ１から導出される。上記の説明によれば、変換係数ＣＦは、第１の端部時刻ｔ１と第２の端部時刻ｔ２との間の比に相当する（ＣＦ＝ｔ１／ｔ２）。この調整によって、さらに、この時点で、第１のピークをシフトしたものＰｋ１’が第２のピークＰｋ２と一致するようになる。
【００５３】
通常は、光学材料の群速度だけでなく、減衰も波長に依存している。一例として、アンチストークス信号Ｐ１の減衰は、ストークス信号の減衰よりも大きくなるものと考えられる。正確な結果を得るために、この減衰差も考慮することができる。
【００５４】
それゆえ、図４に示される図では、図３の電力応答Ｐ１’及びＰ２が、各応答波長λ１及びλ２においてそれぞれ、ファイバ減衰によって線形に正規化される。すなわち、第１の正規化されたインパルス応答信号Ｐ１Ｎは、長さｌにわたって第１の線形関数と乗算された時間調整済みの第１のインパルス応答信号Ｐ１’に相当し、その場合にその関数の勾配は第１の応答波長λ１における減衰に対応し、また第２の正規化されたインパルス応答信号Ｐ２Ｎは、長さｌにわたって第２の線形関数と乗算された第２の電力応答Ｐ２に相当し、その場合にその関数の勾配は第２の応答波長λ２における減衰に対応する。
【００５５】
インパルス応答信号の信号電力の比は以下のように表すことができる。
【００５６】
Ｐ２Ｎ／Ｐ１Ｎ＝ｅ−ｈ・Δｖ／ｋ・Ｔ
ただし、ｈはプランク定数であり、Δｖ＝ｃ（１／λＴ−１／（λＴ−Δλ））であり、この場合にｃは光速であり、ｋはボルツマン定数であり、λＴはプローブ信号の波長であり、Δλ＝λ２−λ１は波長差であり、Ｔは温度である。
【００５７】
両辺の自然対数をとった後に、以下の結果が得られる。
【００５８】
ｌｏｇ（Ｐ２Ｎ／Ｐ１Ｎ）＝ｌｏｇＰ２Ｎ−ｌｏｇＰ１Ｎ＝−ｈ・Δｖ／ｋ・Ｔ
それゆえ、第１の正規化された電力応答Ｐ１Ｎと第２の電力応答Ｐ２Ｎとの間の対数の差は温度の逆数に比例する（〜１／Ｔ）。
【００５９】
ファイバの減衰は、波長にわたるファイバ減衰を表すデータシートから導出することができるか、又は測定そのものから導出することができる。
【００６０】
図５は、ファイバ長ｌにわたる温度Ｔの関数としての、図４から導出される温度分布曲線を含む図を示す。図３に関して説明されたように、正規化されたインパルス応答信号間の距離は、温度の逆数に比例する。温度がファイバ全体にわたって一定であるものと仮定される本明細書に記載される簡単な例の場合と同様に、図４の両方の正規化された応答間の距離は時間ｔにわたって一定であり、それゆえ、ここに示される温度曲線Ｔ（ｌ）もファイバの長さにわたって一定である。経時的な曲線（たとえば、第１の正規化された電力応答Ｐ１及び第２の正規化された電力応答Ｐ２）を、場所にわたる曲線に変換するために、時間／場所変換係数ＴＬＦとして、第２の群速度が用いられる。その係数は、第２の進行時間ｔ２と、既知のファイバ長ＬＤＵＴとの間の比を求めることによって導出することができる。
【００６１】
ＴＬＦ＝ＬＤＵＴ／ｔ２
Ｐ１Ｎ（ｌ）＝Ｐ１Ｎ（ｔ＊ＴＬＦ）
Ｐ２Ｎ（ｌ）＝Ｐ２Ｎ（ｔ＊ＴＬＦ）
連続した電力応答Ｐ１及びＰ２を求めることに対する代替形態では、アナライザ１３が、異なる等間隔の時刻における第１の応答信号Ｒ１及び第２の応答信号Ｒ２の両方の電力値を得る。それゆえ、図６ａは、第１の電力応答Ｐ１及び第２の電力応答Ｐ２を有する図２の例示的な部分を示す。図６ａはさらに、第１の電力応答Ｐ１の第１の例示的な１組の電力値Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４と、第２の電力応答Ｐ２の第２の例示的な１組の電力値Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４とを示しており、それらの値は等間隔の時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４において得られる。
【００６２】
図６ｂは、時間調整済みの第１の電力応答Ｐ１及び第２の電力応答Ｐ２を有する図３の例示的な部分を示す。図６ａによれば、さらに、第１の電力応答Ｐ１の第１の例示的な１組の電力値Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４、及び第２の電力応答Ｐ２の第２の例示的な１組の電力値Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４が示される。しかしながら、時間調整済みの第１の電力応答Ｐ１’の時間スケールが変化しているので、第１の１組の値の中の値が、第１の１組の値の時間グリッドに一致しない。離散的な電力応答を処理して、対応する離散的な結果（たとえば、離散的な地点における温度関数）を得ることができるようにするために、補間を実行して、第１の１組の値Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４が１組の適合した、すなわち補間された値Ｐ１１’、Ｐ１２’、Ｐ１３’、Ｐ１４’に変換される。ここで、物理的特性（たとえば温度）を、適合した一連の第１の電力値（Ｐ１１’、Ｐ１２’、Ｐ１３’、Ｐ１４’）及び第２の一連の電力値（Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ２４）から導出される一連の値として求めることができる。一例として、時刻Ｔｉにおける温度Ｔは以下のように表すことができる。
【００６３】
Ｔ（ｉ）＝ｆ（Ｐ１ｉ’，Ｐ２ｉ）
ただし、ｉは０〜ｎ＝ｔ２／（Ｔ１−Ｔ０）のうちの任意の数である。
【００６４】
第１の１組の値Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４から補間された値Ｐ１１’、Ｐ１２’、Ｐ１３’、Ｐ１４’を導出するために、たとえば、線形補間、２次補間、又は区分的３次多項式から構成される、いわゆる３次スプライン補間等の複数の補間法が知られている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】１つの例示的な光学的な被試験デバイスに接続されるＯＴＤＲシステムの基本構成を示す図である。
【図２】ＯＴＤＲシステムによって記録される、ＤＵＴから戻る例示的な、経時的な電力応答を示す図である。
【図３】図２による、時間調整された電力応答を示す図である。
【図４】図３による、減衰を正規化した電力応答を示す図である。
【図５】図４の電力応答の動作の結果としての温度分布を示す図である。
【図６ａ】所定の時間グリッドによる、サンプリングされた電力値を示す図である。
【図６ｂ】補間された電力値を示す図である。
【図７】後方散乱光のスペクトル強度を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１    ＯＴＤＲシステム
２    光源
３    被試験デバイス（ＤＵＴ）
１０  光カプラ
１１  光セレクタ、スプリッタ
１２  光検出器
１３  解析ユニット、アナライザ
１４  制御ユニット
【図１】
2007024881.tif 000003
【図２】
2007024881.tif 000004
【図３】
2007024881.tif 000005
【図４】
2007024881.tif 000006
【図５】
2007024881.tif 000007
【図６ａ】
2007024881.tif 000008
【図６ｂ】
2007024881.tif 000009
【図７】
2007024881.tif 000010