(57)【要約】【課題】光ファイバに入射するパルス光の周波数を変えずにパルス光のパルス幅のみを変えることによって、コスト上昇及びユーザの利便性の悪化を招くことなく応答距離を改善することができる光ファイバ測定装置を提供する。【解決手段】光ファイバ測定装置１は、光ファイバ３０に入射させるべきパルス光Ｌ１を出力するレーザ光源１１と、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１を光ファイバ３０に入射させて得られる後方散乱光Ｌ２を受光する光検出器１５と、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比を調整するデューティ比調整器２１とを備えており、光検出器１５から出力される受光信号Ｓ１に基づいて光ファイバ３０の長さ方向における損失、温度、歪み等の所定の物理量を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに入射させるべきパルス光を出力する光源と、当該光源から出力されるパルス光を前記光ファイバに入射させて得られる後方散乱光を受光する受光器とを備え、当該受光器から出力される受光信号に基づいて前記光ファイバの長さ方向における所定の物理量を測定する光ファイバ測定装置において、
前記光源から出力されるパルス光のデューティ比を調整する調整器を備えることを特徴とする光ファイバ測定装置。
【請求項２】
前記光源から出力されるパルス光の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを規定するタイミング信号を出力するタイミング処理器を備えており、
前記調整器は、前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを所定の閾値を用いて調整する
ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ測定装置。
【請求項３】
前記調整器で用いられる前記所定の閾値は、前記光ファイバに入射させるべきパルス光のデューティ比に応じて異なる値の設定が可能であることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ測定装置。
【請求項４】
前記調整器を介したタイミング信号を用いて前記光源から出力されるべきパルス光のデューティ比を計測する計測器と、
前記計測器の計測結果に応じて、前記調整器を帰還制御する制御装置と
を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光ファイバ測定装置。
【請求項５】
前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号に対して所定の符号変調を行って前記調整器に出力する符号変調器と、
前記受光器から出力される受光信号に対して相関処理を施すことにより復調を行う相関処理部と
を備えることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の光ファイバ測定装置。
【請求項６】
前記符号変調器は、前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号を所定の符号列からなるＲＺ信号に変換する符号変調を行うことを特徴とする請求項５記載の光ファイバ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの長さ方向における損失、温度、歪み等の分布を測定する光ファイバ測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ測定装置は、周知の通り、光ファイバにパルス光を入射して光ファイバ内で生ずる散乱光を測定することで、光ファイバの長さ方向における損失、温度、歪み等の分布を測定する装置である。光ファイバ測定装置は、損失、温度、歪み等を測定するための媒体として光ファイバ自体を利用するため、多数の点型センサを配列して測定する測定装置に比べて単純な構成で測定が可能であるという利点がある。この光ファイバ測定装置の代表的なものの１つとして、ＯＴＤＲ（Opticai Time Domain Reflectometer）が挙げられる。
【０００３】
以下の特許文献１には、光ファイバにパルス光を入射して後方ラマン散乱光を発生させ、後方ラマン散乱光に含まれるストークス光と反ストークス光とを個別に受光し、これらストークス光と反ストークス光との受光信号の強度比を算出して測定点の温度を求める技術が開示されている。この技術では、ストークス光と反ストークス光との受光タイミングを変化させて光ファイバの長さ方向における測定点の位置を変えることにより、光ファイバの長さ方向における温度分布を測定することが可能である。
【０００４】
また、以下の非特許文献には、バーカー符号（Barker code）等を用いて符号変調した光パルス列を光ファイバに入射し、光ファイバからの散乱光を受光して得られる受光信号に対して相関処理（復調）を行うことで、ＳＮ比（信号対雑音比）を改善する技術が開示されている。
【特許文献１】特許第３１０６４４３号公報
【非特許文献１】ナザラシー・モシェ（Nazarathy Moshe），ニュートン・スティーブン・エィ（Newton Steven A.），ジファード・アール・ピー（Giffard R. P.），モーバリー・ディー・エス（Moberly D. S.），シスチカ・エフ（Sischka F.），ツルトナ・ダブリュー・アール・ジュニア（Trutna W. R. Jr.），フォスター・エス（Foster S.），「リアルタイム・ロング・レンジ・コンプリメンタリー・コリレーション・オプティカル・タイム・ドメイン・リフレクトメーター（Real-time long range complementary correlation optical time domain reflectometer）」，ジャーナル・オブ・ライトウェーヴ・テクノロジー（Journal of Lightwave Technology），１９８９年１月，Ｖｏｌ．７，ｐ．２４−３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した通り、光ファイバ測定装置は、光ファイバに沿ってパルス光を伝播させつつ光ファイバ内の異なる点で順次発生する散乱光を測定している。このため、光ファイバに入射するパルス光のパルス幅が広いと光ファイバ内において一時に複数の異なる点から散乱光が発生して分解能が低下してしまう。これにより、光ファイバ測定装置の測定結果の応答距離がパルス光のパルス幅に依存するという問題がある。ここで、「応答距離」とは、ある測定結果の変化Δがあった場合に、その変化Δの１０％〜９０％間の変化に要する距離である。この応答距離が短ければその変化が生じている位置を精確に特定することができるが、逆に長くなるとその位置の特定が困難になる。
【０００６】
以上の問題を解消する最も簡単な方法は、パルス光を生成する周波数を高くしてパルス幅の狭いパルス光を生成することである。例えば、１００ＭＨｚの周波数で１０ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を生成している場合において、３００ＭＨｚの周波数で３．３ｎｓｅｃのパルス幅を有するパルス光を生成することにより応答距離を改善することができる。しかしながら、パルス光を生成する周波数を高くすると、以下の２つの問題が生ずる。
【０００７】
第１の問題は、パルス光を生成する周波数を高くすると、光ファイバで生じた散乱光を受光する受光装置において高速サンプリングが可能なＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器が必要になるという問題である。かかるＡ／Ｄ変換器は、有効ビット数が少なくなるため、微小な後方散乱光の受光信号を処理するには不適切であり、また高価であるためコストが上昇してしまう。
【０００８】
第２の問題は、パルス光を生成する周波数が変化すると、上記の受光装置におけるサンプリング周波数も変化させる必要があるため、光ファイバの長さ方向における測定点の位置が変わってしまうという問題である。例えば、応答距離を変える前には第７番目の測定点であった点が、応答距離を変えることによって第１０番目の測定点になってしまうといた事態が生ずる。このため、応答距離を変える前後の各々で得られた測定データの整合性が取りにくくなってユーザの利便性が悪化してしまう。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバに入射するパルス光の周波数を変えずにパルス光のパルス幅のみを変えることによって、コスト上昇及びユーザの利便性の悪化を招くことなく応答距離を改善することができる光ファイバ測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の光ファイバ測定装置は、光ファイバ（３０）に入射させるべきパルス光（Ｌ１)を出力する光源（１１）と、当該光源から出力されるパルス光を前記光ファイバに入射させて得られる後方散乱光（Ｌ２）を受光する受光器（１５、７１ａ、７１ｂ）とを備え、当該受光器から出力される受光信号（Ｓ１）に基づいて前記光ファイバの長さ方向における所定の物理量を測定する光ファイバ測定装置（１〜４）において、前記光源から出力されるパルス光のデューティ比を調整する調整器（２１、５１）を備えることを特徴としている。
この発明によると、調整器によってデューティ比が調整されたパルス光が光源から出力されて光ファイバに入射して光ファイバ内を伝播することにより光ファイバ内で後方散乱光が発生し、この後方散乱光が受光器に入射すると受光信号に変換され、この受光信号に基づいて光ファイバの長さ方向における所定の物理量が測定される。
また、本発明の光ファイバ測定装置は、前記光源から出力されるパルス光の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを規定するタイミング信号（ＴＭ１）を出力するタイミング処理器（２０）を備えており、前記調整器は、前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを所定の閾値を用いて調整することを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ測定装置は、前記調整器で用いられる前記所定の閾値が、前記光ファイバに入射させるべきパルス光のデューティ比に応じて異なる値の設定が可能であることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ測定装置は、前記調整器を介したタイミング信号を用いて前記光源から出力されるべきパルス光のデューティ比を計測する計測器（５２）と、前記計測器の計測結果に応じて、前記調整器を帰還制御する制御装置（５３）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ測定装置は、前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号に対して所定の符号変調を行って前記調整器に出力する符号変調器（６０）と、前記受光器から出力される受光信号に対して相関処理を施すことにより復調を行う相関処理部（６１、７５）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の光ファイバ測定装置は、前記符号変調器が、前記タイミング処理器から出力される前記タイミング信号を所定の符号列からなるＲＺ信号に変換する符号変調を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、調整器によってデューティ比を調整したパルス光を光源から出力させて光ファイバに入射させることにより光ファイバ内で後方散乱光を発生させ、この後方散乱光を受光器で受光して受光信号に変換し、この受光信号に基づいて光ファイバの長さ方向における所定の物理量を測定している。このため、光ファイバに入射するパルス光の周波数を変えずにパルス光のパルス幅のみを変えることができ、コスト上昇及びユーザの利便性の悪化を招くことなく応答距離を改善することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による光ファイバ測定装置について詳細に説明する。
【００１３】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光ファイバ測定装置１は、レーザ光源１１（光源）、ビームスプリッタ１２、光ファイバ１３、波長分離器１４、光検出器１５（受光器）、増幅器１６、Ａ／Ｄ変換器１７、平均化器１８、信号処理器１９、タイミング処理器２０、デューティ比調整器２１（調整器）、及びレーザドライバ２２を備える。
【００１４】
図１に示す構成の光ファイバ測定装置１は、一般的にＯＴＤＲと呼ばれており、例えば石英系のシングルモードファイバである光ファイバ３０にパルス光Ｌ１を入射して得られる後方散乱光を受光して光ファイバ３０の長さ方向における所定の物理量を測定し、その測定結果をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４０に出力する。尚、本実施形態においては、光ファイバ測定装置１が上記の所定の物理量として光ファイバ３０の損失を測定する場合を例に挙げて説明する。
【００１５】
レーザ光源１１は、例えばＤＦＢレーザ（Distributed feedback laser：分布帰還型レーザ）等の半導体レーザ素子を備えており、レーザドライバ２２によって駆動されて、所定のパルス幅を有するパルス光Ｌ１を出力する。詳細は後述するが、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比は、デューティ比調整器２１によって調整される。ここで、デューティ比とは、パルス光Ｌ１のパルス幅がパルス光Ｌ１の１周期に占める割合をいう。
【００１６】
ビームスプリッタ１２は、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１を透過し、光ファイバ１３を介した光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２を波長分離器１４に向けて反射する。ここで、光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２には、後方レイリー散乱光や後方ラマン散乱光等の散乱光、及びフレネル反射光が含まれる。光ファイバ１３は、ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光源１１からのパルス光を光ファイバ接続端子Ｑ１に導くとともに、光ファイバ接続端子Ｑ１を介して入力される光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２をビームスプリッタ１２に導くものである。この光ファイバ１３としては、光ファイバ３０と同様に、石英系のシングルモードファイバを用いることができる。
【００１７】
波長分離器１４は、光ファイバ接続端子Ｑ１を介して入力される光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２のうち、光ファイバ３０の損失分布を測定するために必要な波長域の光のみを分離し、不要な波長域の光を除去する。光検出器１５は、波長分離器１４で分離された波長域の光を電気信号（受光信号Ｓ１）に変換して増幅器１６に出力する。ここで、光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２（特に、戻り光Ｌ２に含まれるラマン散乱光）は極めて微弱なため、光検出器１５として高感度のアバランシェ・フォトダイオード（以下、ＡＰＤという）が用いられることが多い。ＡＰＤに対する印加電圧（逆バイアス）を増加させることで増倍度を高くすることができ、これにより光検出器１５を高感度にすることができる。
【００１８】
増幅器１６は、光検出器１５から出力される受光信号Ｓ１を所定の増幅率で増幅してＡ／Ｄ変換器１７に出力する。Ａ／Ｄ変換器１７は、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ２に同期して、増幅器１６から出力される受光信号をサンプリングしてディジタル信号（受光データ）に変換して平均化器１８に出力する。Ａ／Ｄ変換器１７のサンプリング周波数は、例えば５０ＭＨｚ程度である。
【００１９】
平均化器１８は、タイミング処理器２０からのタイミング信号ＴＭ２に同期して動作し、光ファイバ３０にパルス光Ｌ１を入射させる度にＡ／Ｄ変換器１７から出力される受光データを平均化する処理を行う。ここで、光ファイバ３０の試験時に複数回に亘って繰り返しパルス光を入射させるのは、前述した通り、光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２が極めて微弱であるため、受光データを複数回に亘って取得して平均化することでＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を向上させるためである。尚、Ａ／Ｄ変換器１７から出力される受光データは、光ファイバ３０からの戻り光の強度変化を示す時系列データである。
【００２０】
信号処理器１９は、タイミング処理器２０からのタイミング信号ＴＭ２に同期して動作し、平均化器１８で平均化処理が行われた受光データに対して、レベル補正処理、その他の演算処理を施すことにより光ファイバ３０の長さ方向における損失分布を求める。信号処理器１９で得られた損失分布を示すデータは、出力端子Ｑ２を介して外部に出力可能である。出力端子Ｑ２から出力されるデータをＰＣ４０に取り込むことで、信号処理器１９で求められた光ファイバ３０の長さ方向における損失分布がＰＣ４０に表示される。尚、光ファイバ測定装置１にＣＲＴ（Cathod Ray Tube）又は液晶表示装置等の表示装置を設け、信号処理器１９の測定結果をこれらの表示装置に表示するようにしても良い。
【００２１】
タイミング処理器２０は、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを規定するタイミング信号ＴＭ１とＡ／Ｄ変換器１７のサンプリングタイミング並びに平均化器１８及び信号処理器１９の処理タイミングを規定するタイミング信号ＴＭ２とを出力する。デューティ比調整器２１は、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを、所定の閾値を用いて調整することにより、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比を調整する。レーザドライバ２２は、デューティ比調整器２１で立ち上がり及び立ち下がりのタイミングが調整されたタイミング信号ＴＭ１に基づいてレーザ光源１１を駆動する。
【００２２】
図２は、デューティ比調整器２１で行われる処理を説明するためのタイミングチャートである。図２において、波形ＷＦ１はタイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の波形の一例であり、波形ＷＦ２，ＷＦ３はデューティ比調整器２１から出力される信号の波形の例である。尚、図２においては、横軸に時間ｔをとり、縦軸に電圧Ｖをとっている。ここで、波形ＷＦ２はレーザ光源１１から射出されるパルス光Ｌ１のデューティ比を５０％にする場合にデューティ比調整器２１から出力される信号の波形であり、波形ＷＦ３はレーザ光源１１から射出されるパルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にする場合にデューティ比調整器２１から出力される信号の波形である。
【００２３】
図２に示す通り、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の波形ＷＦ１は、立ち上がり時間ＴＲ及び立ち下がり時間ＴＦを有する略矩形波状である。また、このタイミング信号ＴＭ１に対して閾値ＴＨ１，ＴＨ２が設定される。閾値ＴＨ１はパルス光Ｌ１のデューティ比を５０％にする場合にデューティ比調整器２１で設定される閾値であり、閾値ＴＨ２はパルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にする場合にデューティ比調整器２１で設定される閾値である。
【００２４】
デューティ比調整器２１は、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値を越えて大きくなった時点で信号を出力し、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値を越えて小さくなった時点で信号を停止する。具体的に、閾値ＴＨ１が設定されている場合には、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ１を越えて大きくなった時刻ｔ１１で信号を出力し、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ１を越えて小さくなった時刻ｔ１２で信号を停止する。これにより、図２中の波形ＷＦ２が得られる。同様に、閾値ＴＨ２が設定されている場合には、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ２を越えて大きくなった時刻ｔ２１で信号を出力し、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ２を越えて小さくなった時刻ｔ２２で信号を停止する。これにより、図２中の波形ＷＦ３が得られる。
【００２５】
デューティ比調整器２１から出力される信号の波形ＷＦ２，ＷＦ３は、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の波形ＷＦ１と同様に、立ち上がり時間ＴＲ及び立ち下がり時間ＴＦを有する略矩形波状である。このため、デューティ比調整器２１から出力される信号の波形ＷＦ２，ＷＦ３は、時刻ｔ１１，ｔ２１で信号が出力されても急激には立ち上がらず、立ち上がり時間ＴＲ経過後に立ち上がりが完了する。同様に、時刻ｔ１２，ｔ２２で信号が停止されても急激には立ち下がらず、立ち下がり時間ＴＦ経過後に立ち下がりが完了する。尚、図２では、デューティ比調整器２１からの出力時刻ｔ１１とｔ２１が異なる時刻で記載されているが、これは説明上の都合であって、実際の動作においては、タイミング処理器２０が出力するタイミング信号ＴＭ１を適宜調整することにより、ｔ１１とｔ２１が同時刻になるように動作させることが可能である。
【００２６】
ここで、デューティ比調整器２１から出力される信号の最小電圧値と最大電圧値との中間の電圧値を中間値とし、ある立ち上がりにおいて電圧値が中間値になった時点から次の立ち上がりにおいて電圧値が中間値になるまでの時間を１周期とする。また、デューティ比調整器２１から出力される信号のある立ち上がりにおいて電圧値が中間値になった時点から次の立ち下がりにおいて電圧値が中間値になるまでの時間をパルス幅とする。
【００２７】
デューティ比調整器２１に閾値ＴＨ１を設定した場合には、図２に示す通り、デューティ比調整器２１からはパルス幅が１周期の半分である信号（デューティ比が５０％である波形ＷＦ２を有する信号）が出力される。これに対し、デューティ比調整器２１に閾値ＴＨ２を設定した場合には、図２に示す通り、デューティ比調整器２１からはパルス幅が１周期の３０％である信号（デューティ比が３０％である波形ＷＦ３を有する信号）が出力される。このようにして、デューティ比調整器２１に対して所定の閾値を設定することにより、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングをその閾値に応じて調整することができる。
【００２８】
次に、上記構成における光ファイバ測定装置１を用いた測定時の動作について説明する。まず、ユーザは、測定開始前に予めデューティ比調整器２１に対して閾値の設定を行う。尚、以下の説明では、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にする図２中の閾値ＴＨ２が設定された場合を例に挙げて説明する。以上の設定がなされてユーザの指示により光ファイバ測定装置１による測定動作が開始されると、タイミング処理器２０からタイミング信号ＴＭ１が出力される。このタイミング信号ＴＭ１は、デューティ比調整器２１に入力されて、ユーザによって設定された閾値を用いた立ち上がり及び立ち下がりのタイミング調整が行われる。
【００２９】
つまり、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ２を越えて大きくなった時点（例えば、図２中の時刻ｔ２１）でデューティ比調整器２１から信号が出力され、タイミング信号ＴＭ１の電圧が閾値ＴＨ２を越えて小さくなった時点（例えば、図２中の時刻ｔ２２）でデューティ比調整器２１から信号出力が停止される。これにより、デューティ比調整器２１からレーザドライバ２２に対して、図２中の波形ＷＦ３を有する信号が出力される。レーザドライバ２２がデューティ比調整器２１からの信号に基づいてレーザ光源１１を駆動することにより、レーザ光源１１からはデューティ比が３０％のパルス光Ｌ１が出力される。
【００３０】
レーザ光源１１から出力されたパルス光Ｌ１は、ビームスプリッタ１２及び光ファイバ１３を順に介して光ファイバ接続端子Ｑ１から光ファイバ３０に入射して光ファイバ３０中を伝播する。光ファイバ３０に入射したパルス光が光ファイバ３０中を伝播することによって後方レイリー散乱光、後方ラマン散乱光等の後方散乱光が発生し、パルス光が光ファイバ３０の他端に至るとフレネル反射光が発生する。これら後方散乱光及びフレネル反射光を含む戻り光は、光ファイバ接続端子Ｑ１から光ファイバ測定装置１内に入射し、光ファイバ１３及びビームスプリッタ１２を順に介して波長分離器１４で不要な波長域の光が除去されて必要となる所定の波長域の光のみが分離された後に光検出器１５に入射して受光信号Ｓ１に変換される。
【００３１】
光検出器１５から出力された受光信号Ｓ１は増幅器１６で増幅された後に、Ａ／Ｄ変換器１７に入力されて、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ２に同期してサンプリングされることによりディジタル信号の受光データに変換される。Ａ／Ｄ変換器１７で変換された受光データは、平均化器１８に入力されて一時的に記憶される。レーザ光源１１からは、タイミング処理器２０からタイミング信号ＴＭ１が出力される度にパルス光Ｌ１が出力されて、これによりＡ／Ｄ変換器１７から順次出力される受光データが平均化器１８に入力されて平均化される。以上のパルス光Ｌ１を光ファイバ３０に入射させて受光データを取得して平均化処理を行う動作は数万回程度繰り返される。
【００３２】
平均化処理部３１で平均化処理が行われた受光データは、信号処理器１９に入力され、レベル補正処理、その他の演算処理が施されて後方散乱光の強度から光ファイバ３０の損失が求められる。求められた損失は、Ａ／Ｄ変換器１７のサンプリング順に並べられ、これにより光ファイバ３０の長さ方向における損失分布が求められる。信号処理器１９で得られた損失分布を示すデータは、出力端子Ｑ２から外部に出力されてＰＣ４０に取り込まれ、光ファイバ３０の長さ方向における損失分布がＰＣ４０に表示される。
【００３３】
以上、図２中の閾値ＴＨ２をデューティ比調整器２１に設定してパルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にする場合の動作について説明したが、デューティ比調整器２１に設定する閾値を変えることで、パルス光Ｌ１のデューティ比を任意に変更することができる。例えば、図２中の閾値ＴＨ１をデューティ比調整器２１に設定すれば、パルス光Ｌ１のデューティ比を５０％にすることができる。
【００３４】
図３は、損失分布の測定結果の一例を示す図である。図３において、損失分布ＸＤ１はパルス光Ｌ１のデューティ比が５０％である場合に得られる損失分布の一例であり、損失分布ＸＤ２はパルス光Ｌ１のデューティ比が３０％である場合に得られる損失分布の一例である。尚、図３においては、横軸に光ファイバ３０の長さ方向における距離（光ファイバ測定装置１からの距離）Ｌをとり、縦軸に損失の大きさＸをとっている。
【００３５】
図３に示す例では、符号Ｐ１１，Ｐ１２を付した部分において損失分布のピークが現れており、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にした場合であっても、５０％にした場合であっても各々のピークが現れる位置は同じであり、しかも各々のピークにおけるピーク値（極大値）も同じであることが分かる。例えば、ピークＰ１１については、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にした場合及び５０％にした場合の何れの場合であっても、損失の変化量はΔＸである。但し、ピーク値が同じになるのは、応答距離に比べて損失が測定される領域（例えば、ピークＰ１１が現れる領域）の距離が十分大きな場合であり、応答距離に比べて損失が測定される領域の距離が十分小さくなる逆の場合には損失を正確に測定することができなくなってピーク値が異なる値になる。
【００３６】
ここで、ピークＰ１１に注目すると、損失分布ＸＤ１の立ち上がりにおいて損失の大きさが変化量ΔＸの１０％であるＸ１になる距離はＬ１１であり、損失が変化量ΔＸの９０％であるＸ２になる距離はＬ１２である。よって、損失分布ＸＤ１の応答距離はＬＲ１＝Ｌ１２−Ｌ１１である。これに対し、損失分布ＸＤ２の立ち上がりで損失の大きさが変化量ΔＸの１０％であるＸ１になる距離はＬ１３であり、損失が変化量ΔＸの９０％であるＸ２になる距離はＬ１４である。よって、損失分布ＸＤ２の応答距離はＬＲ２＝Ｌ１４−Ｌ１３である。
【００３７】
図３を参照すると、パルス光Ｌ１のデューティ比を５０％に設定した場合に得られる損失分布ＸＤ１の応答距離ＬＲ１よりも、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％に設定した場合に得られる損失分布ＸＤ２の応答距離ＬＲ２の方が短いことが分かる。これにより、パルス光Ｌ１のデューティ比を５０％に設定した場合よりも３０％に設定した場合の方が応答距離が短くなって精確な損失分布が得られ、ピークＰ１１の位置をより精確に特定することが可能になる。
【００３８】
また、本実施形態では、レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌ１は、デューティ比調整器２１によってデューティ比が調整されてはいるものの、パルス光Ｌ１を生成する周波数は変更されておらず、従来の周波数と同じ周波数である。また、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ２の周波数も従来と同じ周波数であり、Ａ／Ｄ変換器１７、平均化部１８、及び信号処理器１９の動作周波数は従来と同じである。このため、本実施形態では、高速サンプリングが可能な高価なＡ／Ｄ変換器を用いる必要はなく、大幅なコスト上昇を招くことはない。また、光ファイバ３０の長さ方向における測定点の位置も変化することがないため、ユーザの利便性が悪化することもない。
【００３９】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図１に示す構成と同一の構成には同一の符号を付している。図４に示す光ファイバ測定装置２は、図１に示す光ファイバ測定装置１が備えるデューティ比調整器２１及びＰＣ４０に代えてデューティ比調整器５１及びＰＣ５３（制御装置）を備えるとともにデューティ比計測器５２（計測器）を新たに加えた構成であり、レーザドライバ２２に入力される信号のデューティ比を安定化させることで測定精度の向上を図るものである。
【００４０】
デューティ比調整器５１は、デューティ比調整器２１と同様に、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングを調整することで、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比を調整するものである。しかしながら、デューティ比調整器２１が予めユーザに設定された閾値を用いてタイミングの調整をするものであるのに対し、デューティ比調整器５１は、ＰＣ５３から出力される制御信号を用いて動的にタイミングを調整する点が相違する。
【００４１】
デューティ比計測器５２は、デューティ比調整器５１からレーザドライバ２２に出力される信号のデューティ比（即ち、レーザ光源１１から出力されるべきパルス光Ｌ１のデューティ比）を計測する。このデューティ比計測器５２は、積分器に相当する低域濾波フィルタとＡ／Ｄ変換器とを用いて構成することができる。つまり、低域濾波フィルタを用いてデューティ比調整器５１から出力される信号からＤＣ（直流）電圧成分を抽出し、抽出したＤＣ電圧成分をＡ／Ｄ変換器を用いてディジタル信号に変換すれば、信号のデューティ比に応じた値を有するディジタル信号を得ることができる。
【００４２】
また、デューティ比計測器５２は、高速サンプリングが可能なサンプリング器とカウンタとを用いて構成することもできる。つまり、サンプリング器を用いてデューティ比調整器５１から出力される信号を高速サンプリングし、そのサンプリング結果をカウンタでカウントすることにより、デューティ比調整器５１から出力される信号のデューティ比を計測する。更に、かかるサンプリング器に代えてデューティ比調整器５１から出力される信号を一定間隔だけ通過可能なゲート回路を用いることもできる。このようなゲート回路を用いれば、ゲート回路を通過したパルス数をカウンタで低速にカウントすればデューティ比を計測することができ、コスト上昇を招くこともない。
【００４３】
ＰＣ５３は、図１に示すＰＣ４０と同様に、出力端子Ｑ２から出力されるデータを取り込んで、信号処理器１９で求められた光ファイバ３０の長さ方向における損失分布を表示する。また、ＰＣ５３は、デューティ比計測器５２の計測結果を用いてデューティ比調整器５１に制御信号を出力し、デューティ比調整器５１から出力される信号のデューティ比が一定になるようにデューティ比調整器５１をフィードバック制御（帰還制御）する。
【００４４】
かかる制御を行うことで、周囲温度の変動や外来ノイズの影響を受けにくくすることができる。これにより、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比を安定することができ、よって測定精度の向上を図ることができる。尚、上述したデューティ比調整器５１、デューティ比計測器５２、及びＰＣ５３以外の動作は、基本的には図１に示す第１実施形態の光ファイバ測定装置１と同様であるため、詳細な説明は省略する。尚、以上の説明ではＰＣ５３がデューティ比調整器５１のフィードバック制御を行う形態について説明したが、このフィードバック制御を実現する構成を光ファイバ測定装置２に設け、かかる構成によってデューティ比調整器５１のフィードバック制御を行う形態であっても良い。
【００４５】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図５においては、図４に示す構成と同一の構成には同一の符号を付している。図５に示す光ファイバ測定装置３は、図４に示す光ファイバ測定装置３に対して、符号変調器６０を新たに追加し、信号処理器１９に代えて信号処理器６１（相関処理部）を備える構成であり、応答距離を改善するとともにＳＮ比を改善するものである。
【００４６】
符号変調器６０は、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１に対して所定の符号変調を行い、単一パルスではない複数の符号からなる符号列をデューティ比調整器５１に出力する。この符号変調器６０は、例えばバーカー符号等の相補的符号を用いてタイミング信号ＴＭ１を符号変調する。ここで、符号変調器６０が発生する符号列がＮＲＺ（Non Return to Zero：非ゼロ復帰）符号である場合には、第１，第２実施形態で説明したデューティ比調整器２１，５１（所定の閾値を用いてデューティ比を調整する単純な構成であるデューティ比調整器）を用いたのではデューティ比の調整を行うことはできず、複雑且つ高価なデューティ時調整器が必要になる。そこで、符号変調器６０が発生する符号列としてＲＺ（Return to Zero：ゼロ復帰）符号を用いれば、上記のデューティ比調整器２１，５１を用いることができ、コスト上昇を伴うことなく応答距離及びＳＮ比の改善が可能である。
【００４７】
図６は、符号列が入力されたデューティ比調整器５１で行われる処理を説明するためのタイミングチャートである。図６において、波形ＷＦ１１は符号変調器６０から出力される信号（符号列）の波形の一例であり、波形ＷＦ１２，ＷＦ１３はデューティ比調整器５１から出力される信号の波形の例である。尚、図６においては、図２と同様に、横軸に時間ｔをとり、縦軸に電圧Ｖをとっている。ここで、波形ＷＦ１２はレーザ光源１１から射出されるパルス光Ｌ１のデューティ比を５０％にする場合にデューティ比調整器５１から出力される信号の波形であり、波形ＷＦ１３はレーザ光源１１から射出されるパルス光Ｌ１のデューティ比を３４％にする場合にデューティ比調整器２１から出力される信号の波形である。
【００４８】
符号変調器６０から出力される信号は、例えば周期が２０ｎｓｅｃであり、図６に示す通り、符号「１」のときには最大電圧となり、符号「０」のときには最小電圧となる略矩形波状である。尚、図６に示す例では、順に「１」，「１」，「０」，「１」，「０」，…なる符号変調がされた信号の波形ＷＦ１１を図示している。また、この信号に対して閾値ＴＨ３，ＴＨ４が設定される。閾値ＴＨ３はパルス光Ｌ１のデューティ比を５０％にする場合にデューティ比調整器５１で設定される閾値であり、閾値ＴＨ４はパルス光Ｌ１のデューティ比を３４％にする場合にデューティ比調整器５１で設定される閾値である。尚、これらの閾値は、ユーザによって予め設定されるものではなく、ＰＣ５３で動的に設定されるものである。
【００４９】
デューティ比調整器５１は、符号変調器６０から出力される信号の電圧が閾値を越えて大きくなった時点で信号を出力し、その信号の電圧が閾値を越えて小さくなった時点で信号の停止する。具体的に、閾値ＴＨ３が設定されている場合には、符号変調器６０から出力される信号の電圧が閾値ＴＨ３を越えて大きくなった時刻ｔ３１で信号を出力し、その信号の電圧が閾値ＴＨ３を越えて小さくなった時刻ｔ３２で信号を停止する。これにより、パルス幅が１０ｎｓｅｃである図６中の波形ＷＦ１２が得られる。同様に、閾値ＴＨ４が設定されている場合には、符号変調器６０から出力される信号の電圧が閾値ＴＨ４を越えて大きくなった時刻ｔ４１で信号を出力し、その信号の電圧が閾値ＴＨ４を越えて小さくなった時刻ｔ４２で信号を停止する。これにより、パルス幅が６．８ｎｓｅｃである図６中の波形ＷＦ１３が得られる。
【００５０】
信号処理器６１は、図１等に示す信号処理器１９と同様に、タイミング処理器２０からのタイミング信号ＴＭ２に同期して動作し、平均化器１８で平均化処理が行われた受光データに対して、レベル補正処理、その他の演算処理を施す。ここで、レーザ光源１１から射出されるパルス光Ｌ１は、符号変調されたものであるため、信号処理器６１は、上記のレベル補正処理等に加えて相関処理を行う。信号処理器６１で行われる相関処理としては、例えば前述した非特許文献１と同様の相関処理を用いることができる。尚、ここでは平均化器１８で平均化処理が行われたデータに対して信号処理器６１で相関処理を行う場合を例に挙げて説明するが、平均化処理と相関処理とを入れ替えて相関処理が行われたデータに対して平均化処理を行うことも可能である。
【００５１】
以上の通り、本実施形態においては、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ１に対して所定の符号変調を行い、その符号変調がなされた信号のデューティ比をデューティ比調整器５１において調整している。このため、第１，第２実施形態と同様に応答距離が改善することができ、更にはＳＮ比を改善することもできる。また、本実施形態においても、ＰＣ５３によってデューティ比計測器５２の計測結果を用いたデューティ比調整器５１のフィードバック制御が行われるため、周囲温度の変動や外来ノイズの影響を受けにくくすることができる。これにより、レーザ光源１１から出力されるパルス光Ｌ１のデューティ比を安定することができ、よって測定精度の向上を図ることができる。
【００５２】
〔第４実施形態〕
図７は、本発明の第４実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図７においては、図５に示す構成と同一の構成には同一の符号を付している。図７に示す光ファイバ測定装置４は、図５に示す波長分離器１４に代えて波長分離器７０を設けるとともに、光検出器１５〜平均化器１８及び信号処理器６１に代えて光検出器７１ａ，７１ｂ、増幅器７２ａ，７２ｂ、Ａ／Ｄ変換器７３ａ，７３ｂ、平均化器７４ａ，７４ｂ、及び信号処理器７５（相関処理部）を設けた構成であり、光ファイバ３０の長さ方向における温度分布を測定するものである。
【００５３】
波長分離器７０は、光ファイバ接続端子Ｑ１を介して入力される光ファイバ３０からの戻り光Ｌ２に含まれるストークス光Ｌ３と反ストークス光Ｌ４とを個別に分離するとともに、不要な波長域の光を除去する。光検出器７１ａ〜平均化器７４ａは、図５に示す光検出器１５〜平均化器１８とそれぞれ同様のものであり、波長分離器７０で分離されたストークス光Ｌ３を受光信号Ｓ１１に光電変換し、受光信号Ｓ１１を増幅して受光データに変換した後に平均化を行う。光検出器７１ｂ〜平均化器７４ｂも、図５に示す光検出器１５〜平均化器１８とそれぞれ同様のものであり、波長分離器７０で分離された反ストークス光Ｌ４を受光信号Ｓ１２に光電変換し、受光信号Ｓ１２を増幅して受光データに変換した後に平均化を行う。
【００５４】
信号処理器７５は、平均化器７４ａ，７４ｂで平均化された受光データに対してレベル補正処理、相関処理等の処理を行うとともに、ストークス光Ｌ３に関する受光データと反ストークス光Ｌ４に関する受光データとの強度比を算出して温度を求める。求められた温度をＡ／Ｄ変換器７３ａ，７３ｂのサンプリング順に並べることにより光ファイバ３０の長さ方向における温度分布が求められる。尚、波長分離器７０〜信号処理器７５以外の動作（例えば、パルス光Ｌ１のデューティ比を調整する動作等）は、図５に示す光ファイバ測定装置３と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、本実施形態においても、第３実施形態と同様に、平均化器７４ａ，７４ｂで行われる平均化処理と信号処理器７５で行われる相関処理との入れ替えが可能である。
【００５５】
図８は、温度分布の測定結果の一例を示す図である。図８において、温度分布ＴＤ１はパルス光Ｌ１のデューティ比が５０％である場合に得られる温度分布の一例であり、温度分布ＴＤ２はパルス光Ｌ１のデューティ比が３０％である場合に得られる温度分布の一例である。尚、図８においては、横軸に光ファイバ３０の長さ方向における距離（光ファイバ測定装置４からの距離）Ｌをとり、縦軸に温度Ｔをとっている。
【００５６】
図８に示す例では、符号Ｐ２１を付した部分において温度が高くなり、符号Ｐ２２を付した部分において温度が低くなる温度分布が得られている。図８を参照すると、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にした場合であっても５０％にした場合であっても、温度が高くなる部分及び低くなる部分が現れる位置はそれぞれ同じであり、しかも各々の極大値及び極小値もそれぞれ同じであることが分かる。これは、図３に示す損失分布と同様である。
【００５７】
温度が高くなる部分Ｐ２１を例に挙げると、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％にした場合及び５０％にした場合の何れの場合であっても、温度の変化量はΔＴである。但し、これは、損失分布の場合と同様に、応答距離に比べて温度変化が測定される領域（例えば、温度が高くなる部分Ｐ２１）の距離が十分大きな場合についてであり、応答距離に比べて温度変化が測定される領域の距離が十分小さくなる逆の場合については温度変化を正確に測定することができなくなって温度の変化量が異なる値になる。
【００５８】
ここで、温度が高くなる部分Ｐ２１に着目すると、温度分布ＴＤ１の立ち上がりにおいて温度が変化量ΔＴの１０％であるＴ１になる距離はＬ２１であり、温度が変化量ΔＴの９０％であるＴ２になる距離はＬ２２である。よって、温度分布ＴＤ１の応答距離はＬＲ３＝Ｌ２２−Ｌ２１である。これに対し、温度分布ＴＤ２の立ち上がりで温度が変化量ΔＴの１０％であるＴ１になる距離はＬ２３であり、温度が変化量ΔＴの９０％であるＴ２になる距離はＬ２４である。よって、温度分布ＴＤ２の応答距離はＬＲ４＝Ｌ２４−Ｌ２３である。
【００５９】
図８を参照すると、パルス光Ｌ１のデューティ比を５０％に設定した場合に得られる温度分布ＴＤ１の応答距離ＬＲ３よりも、パルス光Ｌ１のデューティ比を３０％に設定した場合に得られる温度分布ＴＤ２の応答距離ＬＲ４の方が短いことが分かる。これにより、パルス光Ｌ１のデューティ比を５０％に設定した場合よりも３０％に設定した場合の方が応答距離が短くなって精確な温度分布が得られ、温度変化が現れる位置をより精確に特定することが可能になる。
【００６０】
また、本実施形態においても、レーザ光源１１から出力されるレーザ光Ｌ１は、デューティ比調整器５１によってデューティ比が調整されてはいるものの、パルス光Ｌ１を生成する周波数は変更されておらず、従来の周波数と同じ周波数である。また、タイミング処理器２０から出力されるタイミング信号ＴＭ２の周波数も従来と同じ周波数であり、Ａ／Ｄ変換器７３ａ，７３ｂ，平均化器７４ａ，７４ｂ、及び信号処理器７５の動作周波数は従来と同じである。このため、本実施形態でも、高速サンプリングが可能な高価なＡ／Ｄ変換器を用いる必要はなく、大幅なコスト上昇を招くことはない。また、光ファイバ３０の長さ方向における測定点の位置も変化することがないため、ユーザの利便性が悪化することもない。
【００６１】
以上、本発明の実施形態による光ファイバ測定装置について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、第３実施形態で説明した光ファイバ測定装置３の符号変調器６０及び信号処理器６１を第１実施形態の光ファイバ測定装置１に適用可能である。また、第４実施形態で説明した光ファイバ測定装置４の波長分離器７０〜信号処理器７５を、第１，第２実施形態の光ファイバ測定装置１の波長分離器１４〜信号処理器１９に代えて適用可能である。但し、パルス光Ｌ１の符号化が行われないため、信号処理器７５については相関処理が省かれていても良い。
【００６２】
また、上記実施形態では、後方散乱光を用いて損失分布を測定し、又は後方ラマン散乱光を用いて温度分布を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明は後方レイリー散乱光、後方ラマン散乱光、及び後方ブリルアン散乱光を含む後方散乱光を測定して、損失、温度、歪み等の各種物理量を測定する種々の光ファイバ測定装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】デューティ比調整器２１で行われる処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】損失分布の測定結果の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図６】符号列が入力されたデューティ比調整器５１で行われる処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第４実施形態による光ファイバ測定装置の要部構成を示すブロック図である。
【図８】温度分布の測定結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１〜４            光ファイバ測定装置
１１              レーザ光源
１５              光検出器
２０              タイミング処理器
２１              デューティ比調整器
３０              光ファイバ
５１              デューティ比調整器
５２              デューティ比計測器
５３              ＰＣ
６０              符号変調器
６１，７５        信号処理器
７１ａ，７１ｂ    光検出器
Ｌ１              パルス光
Ｌ２              戻り光
Ｓ１              受光信号
ＴＭ１            タイミング信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2009281813.tif 000007
【図６】
2009281813.tif 000008
【図７】
2009281813.tif 000009
【図８】
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