(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの延在方向における所望の測定点の歪みを測定するための歪み測定装置であって、
前記光ファイバ内においてブリルアン散乱光を発生させるための励起光を出射する光源、
前記光源から出射された励起光を受け、パルス的に導通して励起光パルスを生成し、その励起光パルスを前記光ファイバの一方端に与えるための第１の光スイッチ、
前記光ファイバの一方端に到達したブリルアン散乱光のうちの前記測定点で発生したブリルアン散乱光のみを通過させてブリルアン散乱光パルスを生成し、そのブリルアン散乱光パルスを前記光ファイバの一方端に与えるための第２の光スイッチ、
前記光ファイバの他方端に設けられ、前記光ファイバを介して入射された励起光パルスを吸収しブリルアン散乱光パルスを反射させる選択的反射手段、
前記第２の光スイッチで生成され前記選択的反射手段によって反射されたブリルアン散乱光パルスと前記第１の光スイッチで生成された励起光パルスとが前記測定点で衝突するように前記第１および第２の光スイッチを制御する制御手段、および
前記励起光パルスと衝突して増幅されたブリルアン散乱光パルスの光波長を検出し、前記測定点における前記光ファイバの歪みを求めるための光波長検出手段を備える、歪み測定装置。
【請求項２】
前記選択的反射手段は、
前記光ファイバを介して入射された励起光パルスを通過させるとともにブリルアン散乱光パルスを反射させる光フィルタ、および
前記光フィルタを通過した励起光パルスを吸収する無反射処理手段を含む、請求項１に記載の歪み測定装置。
【請求項３】
前記選択的反射手段は、
入出力端、出力端および入力端を有し、前記光ファイバの他方端から前記入出力端に入射された励起光パルスおよびブリルアン散乱光パルスを前記出力端から出射させるとともに、前記入力端に入射されたブリルアン散乱光パルスを前記入出力端を介して前記光ファイバの他方端に入射させるための光サーキュレータ、および
前記光サーキュレータの前記出力端と前記入力端の間に設けられ、励起光パルスを遮断し、ブリルアン散乱光パルスを通過させるゲート手段を含む、請求項１に記載の歪み測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は歪み測定装置に関し、特に、光ファイバの延在方向における所望の測定点の歪みを測定するための歪み測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、誘導ブリルアン散乱を利用して光ファイバの歪みを測定する方法が知られており、光通信路や構造物の歪みを測定する方法として注目されている。
【０００３】
従来の歪み測定方法では、光ファイバの一方端から波長λの励起光パルスＰ１が入射され、誘導ブリルアン散乱によって測定点Ａで発生したブリルアン散乱光パルスＰ２の波長λ＋ａまたはλ−ａが光ファイバの一方端で測定され、励起光パルスＰ１の長λとブリルアン散乱光パルスＰ２の波長λ＋ａまたはλ−ａを比較することによって測定点Ａにおける光ファイバの歪みが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の歪み測定方法では、測定点Ａで発生した微弱なブリルアン散乱光パルスＰ２を光ファイバの一方端で直接測定していたので、数十ｋｍレンジで離れた測定点Ａの歪みを測定しようとするとダイナミックレンジが不足し、高精度の測定が困難となっていた。このため、多数回の測定結果を平均することによって測定精度の向上が図られていたが、測定時間が長くなり、短時間の歪み変動を捉えることができなかった。
【０００５】
また、被測定光ファイバとそれと同じ長さの光ファイバとで閉ループを構成し、ブリルアン散乱光パルスを選択的に増幅して高精度化する方法もあるが、この方法では、往復２本の光ファイバが必要となり、構成が複雑になるという問題があった。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、高精度の測定が可能で、かつ構成が簡単な歪み測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、光ファイバの延在方向における所望の測定点の歪みを測定するための歪み測定装置であって、光源、第１の光スイッチ、第２の光スイッチ、選択的反射手段、制御手段、および光波長検出手段を備える。光源は、光ファイバ内においてブリルアン散乱光を発生させるための励起光を出射する。第１の光スイッチは、光源から出射された励起光を受け、パルス的に導通して励起光パルスを生成し、その励起光パルスを光ファイバの一方端に与える。第２の光スイッチは、光ファイバの一方端に到達したブリルアン散乱光のうちの測定点で発生したブリルアン散乱光のみを通過させてブリルアン散乱光パルスを生成し、そのブリルアン散乱光パルスを光ファイバの一方端に与える。選択的反射手段は、光ファイバの他方端に設けられ、光ファイバを介して入射された励起光パルスを吸収しブリルアン散乱光パルスを反射させる。制御手段は、第２の光スイッチで生成され選択的反射手段によって反射されたブリルアン散乱光パルスと第１の光スイッチで生成された励起光パルスとが測定点で衝突するように第１および第２の光スイッチを制御する。光波長検出手段は、励起光パルスと衝突して増幅されたブリルアン散乱光パルスの光波長を検出し、測定点における光ファイバの歪みを求める。
【０００８】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の選択的反射手段は、光フィルタおよび無反射処理手段を含む。光フィルタは、光ファイバを介して入射された励起光パルスを通過させるとともにブリルアン散乱光パルスを反射させる。無反射処理手段は、光フィルタを通過した励起光パルスを吸収する。
【０００９】
請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の選択的反射手段は、光サーキュレータおよびゲート手段を含む。光サーキュレータは、入出力端、出力端および入力端を有し、光ファイバの他方端から入出力端に入射された励起光パルスおよびブリルアン散乱光パルスを出力端から出射させるとともに、入力端に入射されたブリルアン散乱光パルスを入出力端を介して光ファイバの他方端に入射させる。ゲート手段は、光サーキュレータの出力端と入力端の間に設けられ、励起光パルスを遮断し、ブリルアン散乱光パルスを通過させる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による光ファイバ歪み測定装置の構成を示すブロック図である。図１において、この光ファイバ歪み測定装置は、光源１、光増幅器２，７、光スイッチ３，９、光カプラ４，１０、光サーキュレータ５、折り返し素子６、光フィルタ８、タイミング回路１１、光波長計１２、演算処理部１３を備える。
【００１１】
光源１は、被測定ファイバＦにおいてブリルアン散乱を生じさせるのに必要な波長λの励起光を出射する。光増幅器２は、光源１から出射された励起光を増幅して光スイッチ３の入力端に与える。光スイッチ３は、タイミング回路１１によって制御され、光増幅器２で増幅された励起光を一定時間だけパルス的に通過させて励起光パルスＰ１を生成する。励起光パルスＰ１は、光カプラ４および光サーキュレータ５を介して被測定ファイバＦの一方端に入射させる。
【００１２】
折り返し素子６は、被測定ファイバＦの他方端に設けられ、図２に示すように、光フィルタ１５および無反射処理端部１６を含む。光フィルタ１５は、波長λの励起光パルスＰ１を通過させ、波長λ＋ａ，λ−ａのブリルアン散乱光パルスＰ２を反射させる狭帯域フィルタである。無反射処理端部１６は、被測定ファイバＦから光フィルタ１５を介して入射された励起光パルスＰ１を完全に吸収する。したがって、被測定ファイバＦの他方端に到達した励起光パルスＰ１は折り返し素子６に吸収され、ブリルアン散乱光パルスＰ２は折り返し素子６によって被測定ファイバＦ側に反射される。
【００１３】
光サーキュレータ５は、光カプラ４を介して入力端５ａに入射された励起光パルスＰ１およびブリルアン散乱光パルスＰ２を入出力端５ｂを介して被測定ファイバＦの一方端に入射させるとともに、被測定ファイバＦの一方端から入出力端５ｂに入射されたブリルアン散乱光およびブリルアン散乱光パルスＰ２を出力端５ｃを介して光増幅器７に入射させる。
【００１４】
光増幅器７は、光サーキュレータ５から出射されたブリルアン散乱光およびブリルアン散乱光パルスＰ２を増幅して光フィルタ８に与える。光フィルタ８は、波長λ＋ａまたはλ−ａのブリルアン散乱光近辺の波長の光を光スイッチ９の入力端に通過させ、余剰波長成分を除去する。
【００１５】
光スイッチ９は、タイミング回路１１によって制御され、測定点Ａから到達したブリルアン散乱光のみを通過させてブリルアン散乱光パルスＰ２を生成する。光カプラ１０は、光スイッチ９で生成されたブリルアン散乱光パルスＰ２を光カプラ４および光サーキュレータ５を介して被測定ファイバＦの一方端に入射させるとともに、そのブリルアン散乱光パルスＰ２を光波長計１２に入射させる。
【００１６】
タイミング回路１１は、励起光パルスＰ１と折り返し素子６で反射されたブリルアン散乱光パルスＰ２とが被測定ファイバＦ内において所望の測定点Ａで衝突するように、その測定点Ａに応じた時間差で光スイッチ９，３をパルス的にオンさせる。ブリルアン散乱光パルスＰ２は、測定点Ａで励起光パルスＰ１と衝突するたびに増幅される。
【００１７】
光波長計１２は、測定点Ａにおける励起光パルスＰ１との衝突によって増幅され、さらに光増幅器７によって増幅されたブリルアン散乱光パルスＰ２の波長λ＋ａ，λ−ａを測定する。演算処理部１３は、励起光パルスＰ１の波長λとブリルアン散乱光パルスＰ２の波長λ＋ａまたはλ−ａと比較して測定点Ａにおける被測定ファイバＦの歪みＤを求める。
【００１８】
次に、この光ファイバ歪み測定装置の動作について説明する。光源１から出射された波長λの励起光は光増幅器によって増幅されて光スイッチ３の入力端に入射される。光スイッチ３は、パルス的にオンして励起光パルスＰ１−１を生成する。光スイッチ３によって生成された励起光パルスＰ１−１は、光カプラ４および光サーキュレータ５を介して被測定ファイバＦの一方端に入射され、ブリルアン散乱光を発生させながら被測定ファイバＦ内を伝播して他方端に到達し、折り返し素子６に吸収される。
【００１９】
励起光パルスＰ１−１の伝播によって発生されたブリルアン散乱光は、励起光パルスＰ１−１とは逆方向に伝播し、光サーキュレータ５を介して光増幅器７に入射される。光増幅器７で増幅されたブリルアン散乱光は、光フィルタ８で余剰波長成分を除去されて光スイッチ９の入力端に入射される。
【００２０】
光スイッチ９は、測定点Ａから到達したブリルアン散乱光のみを通過させてブリルアン散乱光パルスＰ２を生成する。このブリルアン散乱光パルスＰ２は、光カプラ１０，４および光サーキュレータ５を介して被測定ファイバＦの一方端に入射され、被測定ファイバＦ内を伝播して折り返し素子６で反射される。
【００２１】
このとき、反射されたブリルアン散乱光パルスＰ２と測定点Ａで衝突するように励起光パルスＰ１−２が光スイッチ３で生成される。測定点Ａで励起光パルスＰ１−２と衝突して増幅されたブリルアン散乱光パルスＰ２は、再び光サーキュレータ５を介して光増幅器７に入射される。
【００２２】
以下同様にしてブリルアン散乱光パルスＰ２は、上記経路を周回し、伝播し続ける。その間、光スイッチ３によって測定点Ａでブリルアン散乱光パルスＰ２と衝突するように励起光パルスＰ１−３，Ｐ１−４，…が順次生成され、ブリルアン散乱光パルスＰ２は励起光パルスＰ１−３，Ｐ１−４，…との衝突によって繰返し増幅される。この結果、測定点Ａのブリルアン散乱光のみが増幅され容易に観測可能となる。
【００２３】
この増幅されたブリルアン散乱光パルスＰ２は、光カプラ１０を介して光波長計１２に与えられる。ブリルアン散乱光パルスＰ２の波長λ＋ａまたはλ−ａは光波長計１２によって測定され、その測定結果に基づいて演算処理部１３によって測定点Ａにおける被測定ファイバＦの歪みＤが求められる。
【００２４】
この実施の形態では、１本の被測定ファイバＦの他方端に折り返し素子６を設けて閉ループを構成し、測定点Ａで発生したブリルアン散乱光パルスＰ２をその閉ループで繰返し増幅する。したがって、ブリルアン散乱光パルスＰ２を増幅せずに直接観測していた従来例１に比べて高精度の測定が可能となり、また、往復２本の光ファイバで閉ループを構成していた従来例２に比べて構成の簡単化が図られる。この方法によれば、たとえば長距離送電線路に添って敷設された光ファイバの歪みの測定も可能となる。
【００２５】
［実施の形態２］
図３は、この発明の実施の形態２による光ファイバ歪み測定装置の要部の構成を示すブロック図である。図３を参照して、この光ファイバ歪み測定装置が図１および図２の光ファイバ歪み測定装置と異なる点は、折り返し素子６が折り返し素子２０で置換されている点である。折り返し素子２０は、光サーキュレータ２１、光分岐部２２、光スイッチ２３、光モニタ部２４、およびスイッチ駆動回路２５を含む。
【００２６】
光サーキュレータ２１は、被測定ファイバＦの他方端から入出力端２１ａに交互に入射される励起光パルスＰ１およびブリルアン散乱光パルスＰ２を出力端２１ｂを介して光分岐部２２に与える。また、光サーキュレータ２１は、光スイッチ２３から入力端２１ｃに入射されたブリルアン散乱光パルスＰ２を入出力端２１ａを介して被測定ファイバＦに入射させる。
【００２７】
光分岐部２２は、被測定ファイバＦの他方端から光サーキュレータ２１を介して入射された励起光パルスＰ１およびブリルアン散乱光パルスＰ２を光スイッチ２３および光モニタ部２４に与える。光モニタ部２４は、励起光パルスＰ１に応答して光スイッチ２３をオンさせるための信号φ１を出力し、ブリルアン散乱光パルスＰ２に応答して光スイッチ２３をオフさせるための信号φ０を出力する。スイッチ駆動回路２５は、光モニタ部２４から出力された信号φ１またはφ０に応答して光スイッチ２３をオンまたはオフさせる。
【００２８】
光モニタ部２４、スイッチ駆動回路２５および光スイッチ２３の応答速度は、光パルスＰ１，Ｐ２の伝播速度よりも遅いので、光モニタ２４が励起光パルスＰ１を検出して光スイッチ２３がオンされたときには励起光パルスＰ１は既に消滅しており、その次に到達するブリルアン散乱光パルスＰ２が光スイッチ２３を通過する。また、光モニタ部２４がブリルアン散乱光パルスＰ２を検出して光スイッチ２３がオフされたときにはブリルアン散乱光パルスＰ２は光スイッチ２３を既に通過しており、その次に到達する励起光パルスＰ１が光スイッチ２３で遮断される。
【００２９】
したがって、被測定ファイバＦの他方端に到達した励起光パルスＰ１は折り返し素子２０に吸収され、ブリルアン散乱光パルスＰ２は折り返し素子２０によって被測定ファイバＦ側に反射される。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰返さない。
【００３０】
この実施の形態では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、折り返し素子２０を既存の光デバイスで容易に構成できる。
【００３１】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明では、入射された光パルスのうちブリルアン散乱光パルスのみを選択的に反射させる選択的反射手段を光ファイバの他方端に設けて閉ループを構成し、光ファイバの所望の測定点で発生したブリルアン散乱光パルスをその閉ループで繰返し増幅し、増幅したブリルアン散乱光パルスの波長に基づいて測定点における光ファイバの歪みを測定する。したがって、ブリルアン散乱光を増幅せずに直接測定していた従来例１に比べて高精度の測定が可能となり、往復２本の光ファイバで閉ループを構成していた従来例２に比べて構成の簡単化が図られる。
【００３３】
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の選択的反射手段は、入射された励起光パルスを通過させブリルアン散乱光を反射させる光フィルタと、光フィルタを通過した励起光パルスを吸収する無反射処理手段とを含む。この場合は、選択的反射手段の構成の簡単化が図られる。
【００３４】
請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の選択的反射手段は、その入出力端が光ファイバの他方端に接続された光サーキュレータと、光サーキュレータの出力端と入力端の間に設けられ、入射された光パルスのうちブリルアン散乱光のみを通過させるゲート手段とを含む。この場合は、選択的反射手段を既存の光デバイスで容易に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光ファイバ歪み測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した折り返し素子の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２による光ファイバ歪み測定装置の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  光源
２，７  光増幅器
３，９，２３  光スイッチ
４，１０  光カプラ
５，２１  光サーキュレータ
６，２０  折り返し素子
８，１５  光フィルタ
１１  タイミング回路
１２  光波長計
１３  演算処理部
１６  無反射処理終端部
２２  光分岐部
２４  光モニタ部
２５  スイッチ駆動回路
【図１】
0003998359.tif 000002
【図２】
0003998359.tif 000003
【図３】
0003998359.tif 000004