光纖特性測定裝置的製作方法
2023-06-06 02:09:26
專利名稱：光纖特性測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖特性測定裝置，其向光纖出射由相干光生 成的脈衝光，將對來自上述光纖的後向布裡淵散射光和上述相干光進 行合波而得到的光信號變換為電信號，基於該電信號求出上述光纖的 特性。
本申請基於在2006年12月13日申請的日本國專利申請第 2006-336200號而要求優先權，在這裡引用其內容。
背景技術：
已知一種通過測定向光纖中入射脈衝光而產生的布裡淵散射光 的中心頻率，測定光纖在所設定的環境中的變形或溫度分布的方法。 在該測定方法中，由於將進設置的光纖自身作為檢測變形或溫度的介 質利用，所以與配置多個點型傳感器的方法相比，能夠以簡單的結構 測定變形及溫度分布。
在這種測定方法中，具有所謂的BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Ref lectometry)方式禾卩 BOTDA (Brillouin Optical Time Domain Analysis)方式。
B0TDR方式的測定方法，'是通過測定被速度依賴於變形或溫度而 變化的聲波反射的自然布裡淵散射光(後向布裡淵散射光)的頻移量 的方法，該方法通過從光纖的一端入射脈衝光，檢測出從光纖的相同 端出射的後向布裡淵散射光。該方法在專利第2575794號公報及專利 第3481494號公報中公開。
另一方面，BOTDA方式的測定方法，是從光纖的一端入射大於或 等於規定閾值的光強度的光脈衝(泵浦光)，從光纖的另一端入射探 測光，通過由泵浦光產生的誘導布裡淵散射現象而測定探測光的變化 成分的方法。該方法在專利第2589345號公報中公開。
但是，在B0TDR方式的測定方法及B0TDA方式的測定方法中， 己知通過使入射至光纖中的脈衝光的脈寬變小而提高空間解析度，但 由於在脈寬小於或等於規定值的情況下，無法高精度地測定布裡淵散 射光的中心頻率，所以其空間解析度為2 3m左右。
為了在上述利用了布裡淵散射光的測定方法中提高空間分辨 率，提出了一種考慮聲波瞬變現象的分布式光纖傳感器系統。該提案 由李哲賢、津田勉、岸田欣增、電子信息通信學會計數研究報告 0FT2005-16、 P. 1-6《使用PPP —B0TDA測定技術實現10cra解析度的 布裡淵分布測量》中公開。該分布式光纖傳感器系統，著眼於由於引 起布裡淵散射的聲波為機械振動，所以存在無法瞬間開始振動的瞬變 現象。具體地說，通過將泵浦光分為第1泵浦光和第2泵浦光，在使 第1泵浦光傳遞至光纖後，使用於產生測定用的布裡淵散射光的第2 泵浦光傳遞，從而防止在測定用的布裡淵散射光中產生瞬變現象，能 夠實現10cm左右的高空間解析度。
另外，提出一種能夠利用與時域測量完全不同的原理，實現cm 級的高空間解析度的裝置。該提案在專利第3667132號公報中公開。 該裝置著眼於，使用頻率變換器變換探測光的中心頻率，以使得泵浦 光和探測光的中心頻率的頻率差處於布裡淵頻移附近，在此基礎上， 通過調製光源的振蕩頻率，在兩種光的相位同步的位置上，選擇性地 進行從泵浦光向探測光的功率移動。然後，通過由光檢測器檢測從光 纖出射的探測光的功率，測定兩種光的相位同步的位置上的布裡淵頻 譜。根據上述裝置，能夠實現lcm左右的高空間解析度。這種方法稱 為B0CDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)方 式。
發明內容
但是，非專利文獻1及專利文獻4都是通過從光纖的兩端入射 測定光的方式而實現的，沒有提出能夠在BOTDR方式的測定方法中實
現高空間解析度的方案。
在B0TDA方式或B0CDA方式的測定方法中，必須從光纖的兩端
入射測定光(泵浦光及探測光)，由於裝置結構複雜化，裝置成本變 高，所以期望能夠在BOTDR方式的測定方法中實現高空間解析度的方法。
本發明就是鑑於上述問題點而提出的，其目的在於，在使用布 裡淵散射現象的測定方法中，通過信號光僅從光纖的一側端部入射而 實現高空間解析度。
為了實現上述目的，本發明是一種光纖特性測定裝置，其使由 相干光生成的脈衝光向光纖出射，將通過將來自上述光纖的後向布裡 淵散射光和上述相干光進行合波而得到的光信號變換為電信號，基於 該電信號求出上述光纖的特性，特徵在於，具有光脈衝生成部，其
由上述相干光生成脈衝序列並向上述光纖出射，該脈衝序列的第1
脈衝光和第2脈衝光之間的時間間隔小於或等於光纖中的聲波壽命； 檢波部，其將通過對後向布裡淵散射光和上述相干光進行合波而得到
的光信號變換為電信號，該後向布裡淵散射光包括上述第l脈衝光的 後向布裡淵散射光及上述第2脈衝光的後向布裡淵散射光；信號處理
部，其通過對該電信號和將該電信號延遲第1脈衝光和上述第2脈衝 光的時間間隔量的電信號進行求和，從而生成幹涉信號，基於該幹涉 信號求出上述光纖的特性；以及電氣或光學式頻率可變部，其用於根 據上述電信號得到布裡淵頻譜。
根據具有上述特徵的本發明，從上述相干光生成使第1脈衝光 和第2脈衝光之間的時間間隔小於或等於聲波壽命的脈衝序列，將對 包括第1脈衝光的後向布裡淵散射光及第2脈衝光的後向布裡淵散射 光的後向布裡淵散射光、與相干光進行合波而得到的光信號變換為電 信號，通過對該電信號和將該電信號延遲第1脈衝光和上述第2脈衝 光的時間間隔量的電信號進行求和，生成幹涉信號，基於該幹涉信號 求出上述光纖的特性。
另外，在本發明中，還具有偏振面變更部，其可以變更上述相 幹光的偏振面，或變更上述後向布裡淵散射光的偏振面，該後向布裡 淵散射光包含上述第1脈衝光的後向布裡淵散射光及上述第2脈衝光
的後向布裡淵散射光。
另外，在本發明中，還具有多餘成分去除部，其去除向上述光 纖出射的上述脈衝序列中包含的多餘成分。
另外，在本發明中，還具有信號發生部，其生成具有與上述 後向布裡淵散射光的頻移量大致一致的頻率的混頻用信號；以及混頻 部，其將上述混頻用信號與上述電信號混頻。
另外，在本發明中，上述聲波的壽命，是上述聲波的能量從峰
值功率下降至小於或等於該峰值功率的5%的時間。
發明的效果
根據本發明，通過從上述相干光生成使第1脈衝光和第2脈衝 光之間的間隔成為小於或等於聲波壽命的時間間隔的脈衝序列，將對 包括第1脈衝光的後向布裡淵散射光及第2脈衝光的後向布裡淵散射
光的後向布裡淵散射光、與相干光進行合波而得到的光信號，變換為 電信號，通過對該電信號和將該電信號延遲第1脈衝光和上述第2 脈衝光的時間間隔量的電信號進行求和，生成幹涉信號。由此生成的 幹涉信號的布裡淵頻譜，表示將第1脈衝光的後向布裡淵散射光的布 裡淵頻譜及第2脈衝光的後向布裡淵散射光的布裡淵頻譜進行比較 而產生的陡峭的布裡淵頻譜。由此，通過基於幹涉信號求出上述光纖 的特性，能夠非常容易地檢測布裡淵頻移，有效地實現空間解析度的 提高。
由此，根據本發明，在使用布裡淵散射現象的測定方法中，能 夠通過信號光僅從光纖的一側端部入射而實現高空間解析度。
圖1是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置的功能 結構的框圖。
圖2是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置所具有 的信號處理部的具體結構的一個例子的框圖。
圖3是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置所具有 的信號處理部的具體結構的一個例子的框圖。
圖4是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置所具有
的信號處理部的具體結構的一個例子的框圖。
圖5是用於說明第l脈衝光電信號的布裡淵頻譜的說明圖。
圖6是用於說明幹涉信號的布裡淵頻譜的說明圖。
圖7是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置的模擬
結果的曲線圖。
圖8是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置的測定 結果的曲線圖。
圖9是表示現有的光纖特性測定裝置的測定結果的曲線圖。 圖10是表示本發明的實施方式2中的光纖特性測定裝置的功能 結構的框圖。
圖11是表示本發明的實施方式3中的光纖特性測定裝置的功能 結構的框圖。
具體實施例方式
下面，參照
本發明所涉及的光纖特性測定裝置的一個 實施方式。此外，在下述附圖中，為了使各部件成為可以識別的大小， 適當地變更了各部件的比例。 (實施方式1)
圖1是表示本發明的實施方式1中的光纖特性測定裝置Sl的功 能結構的框圖。如圖1所示，本實施方式的光纖特性測定裝置Sl具 有光源1、分支耦合器2、光脈衝發生迴路3 (光脈衝生成部)、光 放大器4、光方向性結合器5、光纖連接器6、被測光纖7、平衡受光 迴路8 (檢波部)、第1放大器9、信號發生部10 (信號發生部)、 混頻器11 (混頻部)、低通濾波器12、第2放大器13及信號處理部 14 (信號處理部)。
光源1產生窄線寬的相干光la，例如可以使用1.55"m頻帶的 MQW — DFB (多量子阱一分布反饋型)半導體雷射器。另外，在本實施 方式中，光源l發出的相干光la的頻率，以頻率f。表示。
分支耦合器2是具有l個入射埠和2個出射埠的1X2的光 分支耦合器，入射至入射埠的相干光la分配至2個出射埠中， 分別作為相干光2a、 2b而出射。
光脈衝發生迴路3為高速光開關等，通過開關的接通/斷開而 由相干光2a生成能夠實現要求的空間解析度的、脈寬為數納秒左右 的脈衝光，向被測光纖7出射。另外，在本實施方式的光纖特性測定 裝置S1中，由光纖發生迴路3生成連續2個脈寬為數納秒的脈衝光 的脈衝序列3a，而不是生成單一的脈衝光。
在該脈衝序列3a所具有的2個脈衝光中，先生成的第1脈衝光 3al和後生成的第2脈衝光3a2之間的時間間隔，成為小於或等於被 測光纖7中的聲波的壽命的時間間隔，優選小於或等於10納秒。此 外，這裡所說的聲波壽命，廣義上是指在被測光纖7的內部產生的聲 波的壽命，包括規定聲波從產生至消失的時間。但是，為了更可靠地 生成後述的幹涉信號，優選聲波壽命為上述聲波的能量從峰值功率下 降直至小於或等於該峰值功率的5%的時間。例如，在聲波的能量基 於下式(1)衰減的情況下，所謂直至小於或等於峰值功率的5%的 時間，表示為直至成為(t>3Ta)的時間。其中，式(1)中的Ta
是聲波的衰減時間。
exp[-t/Ta] (1)
另外，脈衝序列3的產生周期依賴於被測光纖7的長度(即距 離範圍)，例如如果是10km的距離範圍，則其產生周期為200"秒 左右，如果是lkm的距離範圍，則其產生周期為20u秒。
光放大器4是使用了摻Er (鉺)光纖的光纖放大器等，將入射 的脈衝序列3a放大至規定水平而出射。
光方向性結合器5使用光循環器等。該光方向性結合器5將入 射至入射埠 51的脈衝序列3a從出射/入射埠 52出射，同時將 從被測光纖7經由光纖連接器6入射至出射/入射埠 52的折返光 7a從出射埠 53出射。
光纖連接器6將光方向性結合器5的出射/入射埠 52與被測 光纖7的一側端部進行連接，將從光方向性結合器5入射的脈衝序列 3a向被測光纖7出射，同時將來自被測光纖7的折返光7a向光方向
性結合器5出射。
在這裡，在來自被測光纖7的折返光7a所包含的光信號中，自 然布裡淵散射光(後向布裡淵散射光)，相對於入射至被測光纖7 的脈衝序列3a的頻率、即相干光la的頻率f。，頻移大約9 12GHz。 即，如果使頻移的頻率為fs，則折返光7a的頻率fb中包含"f。士fs"。 另一方面，由於在折返光7a包含的光信號中，瑞利散射光或菲涅耳 反射光的頻移fs為"0"，所以在折返光7a的頻率fb中包含"f。"。
此外，在本實施方式的光纖特性測定裝置Sl中，入射至被測光 纖7的脈衝序列3a，具有時間間隔小於或等於聲波壽命的第1脈衝 光3al和第2脈衝光3a2。因此，在來自被測光纖7的折返光7a中， 第1脈衝光3al的折返光和第2脈衝光3a2的折返光重疊存在。即， 來自被測光纖7的折返光7a包含第l脈衝光3al的折返光和第2脈 衝光3a2的折返光。
平衡受光迴路8將通過對相干光2b和折返光7a進行合波而得 到的光信號變換為電信號，其具有合波耦合器81和光一電變換電路 82。
合波耦合器81，通過對從上述分支耦合器2出射的頻率f。的相 幹光2b、和經由光方向性結合器5出射的頻率fb (= "f。士fs"、 "f。")的折返光7a進行合波，得到光信號81a。此外，光信號81a 的頻率成分具有"f。"和"fo土fs"這3種。
光一 電變換電路82將光信號81a變換為電信號82a而輸出直流 和"fs"。
在這裡，在本實施方式的光纖特性測定裝置Sl中，如上述所示， 來自被測光纖7的折返光7a中含有第1脈衝光3al的折返光和第2 脈衝光3a2的折返光這兩種。因此，對於通過由合波耦合器81的合 波產生的光信號81a及由該光信號81a變換的電信號82a，包含屬於 第1脈衝光3al的折返光的成分和屬於第2脈衝光3a2的折返光的成 分這兩種。另外，由於第l脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間具有小 於或等於聲波壽命的時間間隔，所以在從平衡受光迴路8輸出的電信 號82a中，在屬於第l脈衝光3al的折返光的成分和屬於第2脈衝光3a2的折返光的成分之間，具有相當於與第1脈衝光3al和第2脈衝 光3 a 2之間的時間間隔相同的時間間隔的延遲差。
第1放大器9對電信號82a進行放大，直至適合混頻器11 (後 述)處理的電平，進行輸出。
此外，在電信號82a包含的頻率成分中，直流成分通過對電路 進行交流結合等而去除。
信號發生部10由下述部分構成信號發生電路101，其生成正 弦波的RF (無線頻率)信號10a，作為混頻用信號；以及控制電路 102，其設定RF信號10a的頻率fr。另外，在本實施方式中，頻率 fr在用於檢測布裡淵散射光的折返光的頻移fs附近即大約8 12GHz 的範圍內可變。由此，通過在信號發生部10中使頻率fr可變，能夠 測定電信號82a的頻譜。g卩，在本實施方式中，信號發生部10還起 到作為本發明的頻率可變部的功能。
混頻器11對從平衡受光迴路8輸出的電信號82a和從信號發生 器10輸出的RF信號10a進行混頻，將電信號82a的頻率降低RF信 號10a的頻率大小而輸出電信號lla (基帶信號)。在這裡，由於RF 信號10a的頻率fr設定在折返光的頻移fs附近，所以上述2個頻率 成分中，將頻移fs的值降低頻率fr後的頻率成分接近直流成分(基 帶)。由此，該頻率成分成為位於混頻器11後段的電路(即、低通 濾波器12、第2放大器13、信號處理部14)能夠容易地進行處理的 頻率區域。
在這裡，在本實施方式的光纖特性測定裝置Sl中，從平衡受光 迴路8輸出電信號82a，該電信號82a包含屬於第1脈衝光3al的折 返光的成分和屬於第2脈衝光3a2的折返光的成分，這兩種成分之間 具有相當於與第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間的時間間隔相同 的時間間隔的延遲差。因此，在從混頻器ll輸出的電信號lla中也 包含屬於第1脈衝光3al的折返光的成分和屬於第2脈衝光3a2的折 返光的成分，這兩種成分之間具有相當於與第1脈衝光3al和第2 脈衝光3 a 2之間的時間間隔相同的時間間隔的延遲差。
在這裡，為了得到期望的電信號lla，使用混頻器迴路11、信
號發生部10，但通過將合波中使用的相干光變換光頻率而生成具有 與上述布裡淵散射光大致一致的光頻率的相干光，將該相干光進行合
波，也能夠得到相同效果。或者對送出的脈衝光3a使用光頻率變換 器，該光頻率變換器使其頻移與後方散射光的頻移量大致一致的頻 率，也能夠得到相同效果。
低通濾波器12是用於去除從混頻器11輸出的電信號lla中所 包含的噪聲等高頻成分而提高S/ N比(信號/噪聲比)的電路。
第2放大器13將從低通濾波器12輸出的電信號lla放大至適 合信號處理部14的電平。
信號處理部14通過將電信號lla和將該電信號lla延遲第l脈 衝光3al和第2脈衝光3a2之間的時間間隔量的電信號進行求和，生 成幹涉信號，即通過將電信號lla中包含的屬於第1脈衝光3al的折 返光的成分(下面稱為第1脈衝光成分)、和屬於第2脈衝光3a2 的折返光的成分(下面稱為第2脈衝光成分)在時間軸上對齊而進行 求和，從而生成幹涉信號，根據該幹涉信號測定光纖7的特性。
作為該信號處理部14的具體結構，例如圖2所示，可以舉出具 有下述部分的結構A/D轉換器141，其將包含第l脈衝光成分及第 2脈衝光成分的模擬信號lla變換為數位訊號llal而並行輸出；延 遲器142，其將一個數位訊號llal延遲第1脈衝光3al和第2脈衝 光3a2之間的時間間隔量，作為數位訊號11a2輸出；加法器143， 其通過將數位訊號llal和數位訊號11a2進行求和而生成幹涉信號 11a3;以及平方律檢波處理部144，其對幹涉信號11a3進行平方律 檢波處理。此外，該延遲器142的功能可以由軟體進行。
另外，作為信號處理部14的其他結構，例如圖3所示，可以舉 出具有下述部分的結構A/D轉換器145，其將分支後的一個模擬信 號lla變換為數位訊號llal; A/D轉換器146，其將分支後的另一 個模擬信號lla變換為數位訊號llal;延遲器142，其使從該A/D 轉換器146輸出的數位訊號llal延遲第1脈衝光3al和第2脈衝光 3a2之間的時間間隔量，作為數位訊號11a2輸出；加法器143;以及 平方律檢波處理部144。另外，作為信號處理部14的另一個結構，例如圖4所示，可以 舉出具有下述部分的結構延遲器147，其使分支的一個模擬信號lla 延遲第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間的時間間隔量，作為模擬 信號lla4輸出；加法器148，其通過將模擬信號lla和延遲的模擬 信號11a4以模擬信號進行求和而生成幹涉信號11a5; A/D轉換器 149，其將幹涉信號11a5變換為數位訊號，作為幹涉信號11a3輸出； 以及平方律檢波處理部144。
另外，由於作為平方律檢波處理假定使用軟體進行處理，所以 在上述結構中均具有A / D轉換器，但在作為平方律檢波處理使用硬 件進行處理的情況下，信號處理部14並不必須具有A/D轉換器。
然後，通過一邊為了檢測布裡淵散射光而使RF信號10a的頻率 fr在頻移fs的附近可變， 一邊重複上述處理，可以得到布裡淵頻譜。
另外，本實施方式的信號處理部14，不僅測定被測光纖7的特 性(變形或損耗)，還通過在時間軸上檢測折返光7a而求出變形特 性或損耗特性的距離分布。
此外，布裡淵散射光具有下述特性因脈衝光在被測光纖7中 的相同聲波中反射而生成的布裡淵散射光相互幹涉，因脈衝光在不同 的聲波中反射而生成的布裡淵散射光不相互幹涉。由於聲波雖然具有 速度，但與脈衝光的速度相比非常慢，所以可以認為因脈衝光在相同 聲波中反射而生成的布裡淵散射光彼此在被測光纖7中的相同的位 置生成。即，布裡淵散射光如果在被測光纖7中的相同位置生成，則 相互幹涉，如果在被測光纖7中的不同位置生成，則相互不幹涉。
在這裡，在本實施方式的光纖特性測定裝置S1中，第l脈衝光 3al和第2脈衝光3a2之間的時間間隔，小於或等於被測光纖7中的 聲波壽命。因此，如果第1脈衝光3al由被測光纖7中的規定聲波反 射而生成後向布裡淵散射光，則第2脈衝光3a2也由相同聲波反射， 在折返光7a中包含能夠進行幹涉的後向布裡淵散射光。由此，能夠 通過在信號處理部14中將兩者的時間對齊而進行求和，從而生成幹 涉信號。
在本實施方式中，將能夠產生可以幹涉的後向布裡淵散射光的 第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間的最長時間間隔，設為聲波壽 命。由此，例如在第1脈衝光3al由即將消失的聲波反射的情況下， 該聲波在第2脈衝光3a2到達之前會消失，所以認為存在由第1脈衝 光3al生成的布裡淵散射光的幹涉對象不存在的情況。在上述情況 下，在信號處理部14中無法生成幹涉信號，但如果使第1脈衝光3al 和第2脈衝光3a2之間的時間間隔小於或等於聲波壽命，則不會出現 所有的布裡淵散射光都不存在幹涉對象的情況。另外，在生成了幹涉 信號的情況下，通過使用該幹涉信號測定被測光纖7的特性，能夠沿 被測光纖7的整個長度充分地進行特性測定。
下面，說明本實施方式的光纖特性測定裝置S1的動作，在下述 說明中，以第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2到達被測光纖7中的相 同聲波處為前提。
如果從光源1出射頻率為f。的相干光la，則相干光la入射至 分支耦合器2，由分支耦合器2分為出射至光脈衝發生迴路3的相干 光2a和出射至平衡受光迴路8的相干光2b。
如果相干光2a入射至光脈衝發生迴路3，則通過光脈衝發生回 路3，由相干光2a生成脈衝序列3a，該脈衝序列3a由具有小於或等 於被測光纖7中的聲波壽命的第l脈衝光3al和第2脈衝光3a2構成。
脈衝序列3a由光放大器4放大後，入射至光方向性結合器5的 入射埠 51。然後，脈衝序列3a從光方向性結合器5的出射/入射 埠 52出射，經由光纖連接器6從被測光纖7的一側端部入射。
由此，如果脈衝序列3a從被測光纖7的一側端部入射，則在被 測光纖7中，由於第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2到達相同的聲波 處，所以產生布裡淵散射光。因此，在來自被測光纖7的折返光7a 中，第1脈衝光3al的後向布裡淵散射光成分和第2脈衝光3a2的後 向布裡淵散射光成分，以具有與第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2 之間的時間間隔相同的時間間隔的延遲的狀態重疊地出射。
此外，如上述所示，由於折返光7a受到布裡淵散射現象中所特 有的頻移fs，所以在折返光7a的頻率fb中包含"f。土fs"。另夕卜， 由於在折返光7a中也包含瑞利散射光或菲涅耳反射光，所以在頻率
fb中包含"f。"。
這樣的折返光7a經由光纖連接器6而從光方向性結合器5的出 射/入射埠 52入射後，從出射埠 53出射而入射至平衡受光迴路 8。
入射至平衡受光迴路8的折返光7a通過合波耦合器81與相干 光2b合波。由此生成光信號81a,該光信號81a利用光一電變換回 路82變換為電信號82a。另外，如上述所示，在電信號82a中，包 含直流成分、和"fs"這2種頻率成分。
電信號82a由第1放大器9放大，此時，去除自身包含的頻率 成分中的直流成分。然後，放大後的電信號82a輸入至混頻器11。
另一方面，在信號發生部10中，通過控制電路102控制信號發 生電路101，生成將頻率fr設定在頻移fs附近的RF信號10a。
然後，該RF信號輸入至混頻器11。
其結果，電信號82a和RF信號10a混頻。由此，如果將電信號 82a和RF信號10a混頻而使電信號82a的頻率降低頻率fr，則頻移 "fs"的頻率成分降低至接近直流成分，其結果，由第l脈衝光3al 及第2脈衝光3a2得到布裡淵散射光的頻率減低至基帶區域的電氣信 號lla。 S卩，能夠從電信號82a包含的3個頻率成分中僅檢測出頻率 "fs"的信號成分，僅對相當於後向布裡淵散射光的電信號進行處理。
然後，電信號82a由低通濾波器12去除高頻成分，由第2放大 器13放大後輸入至信號處理部14。
在這裡，在輸入至信號處理部14的電信號lla中，包含屬於第 1脈衝光3al的折返光(後向布裡淵散射光)的成分、和屬於第2脈 衝光3a2的折返光(後向布裡淵散射光)的成分。然後，該模擬信號 lla輸入至信號處理部14。此時，在基於第1脈衝光成分的布裡淵頻 譜和基於第2脈衝光成分的布裡淵頻譜之間，具有與第l脈衝光3al 和第2脈衝光3 a 2之間的時間間隔相當的相位差。
基於第1脈衝光成分的布裡淵頻譜，與如現有的測定方法所示 的，僅將單一脈衝光入射至被測光纖7的情況相同地，成為如圖5 所示的平坦頻譜。另外，基於第2脈衝光成分的布裡淵頻譜，也與基
於第l脈衝光成分的布裡淵頻譜相同地，成為平坦頻譜。
並且，在本實施方式的光纖特性測定裝置S1中，通過將電信號 lla和將該電信號ll延遲第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間的 時間間隔量的電信號進行求和，即將第1脈衝光成分和第2脈衝光成 分在時間軸上對齊而進行求和，生成幹涉信號11a3。該幹涉信號11a3 的布裡淵頻譜中，由於基於第l脈衝光3al的布裡淵頻譜和基於第2 脈衝光3a2的布裡淵頻譜之間，具有與第1脈衝和第2脈衝之間的時 間間隔相當的相位差，所以如圖6所示，被狹窄化而成為陡峭的頻譜。 並且，信號處理部14使用具有該被狹窄化的陡峭的布裡淵頻譜的幹 涉信號11a3，測定被測光纖7的特性。通過使用上述具有被狹窄化 的陡峭的布裡淵頻譜的幹涉信號Ua3，能夠高精度地檢測布裡淵頻 移，提高空間解析度。
根據上述的本實施方式的光纖特性測定裝置Sl,由相干光2a 生成第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2之間的間隔設為小於或等於被 測光纖7中的聲波壽命的脈衝序列3a，包含第1脈衝光3al的折返 光(後向布裡淵散射光)和第2脈衝光3a2的折返光的光信號，與相 幹光合波後變換為電信號，通過將第1脈衝光成分和第2脈衝光成分 在時間軸上對齊而進行求和，生成幹涉信號11a3。由此生成的幹涉 信號11a3，表示將基於第1脈衝光3al的布裡淵頻譜和基於第2脈 衝光3a2的布裡淵頻譜進行比較而被狹窄化的陡峭的頻譜。由此，通 過基於幹涉信號Ua3求出被測光纖7的特性，能夠非常容易地檢測 布裡淵頻移，有效地實現空間解析度的提高。
由此，根據本實施方式的光纖特性測定裝置Sl，在使用布裡淵 散射現象的測定方法中，能夠由僅從光纖的一側端部入射的信號光實 現高空間解析度。
圖7是表示下述曲線圖，E卩，在將第1脈衝光3al和第2脈衝 光3a2之間的間隔設為5nsec,將第1脈衝光3al和第2脈衝光3a2 的脈寬設為2nsec的情況下，根據本發明對從光纖中的一點折返的布 裡淵散射光測定的信號的模擬結果。在該圖中，在一5nsec處表示的 波形是基於第1脈衝光成分的布裡淵頻譜，在+ 5nsec處表示的波形
是基於第2脈衝光成分的布裡淵頻譜。此外，在本模擬中，通過模擬 而將第1脈衝光成分和第2脈衝光成分的時間軸對齊進行求和，生成 幹涉信號lla3。其結果為Onsec處所示的布裡淵頻譜。
根據該模擬可知，通過將表示平坦的布裡淵頻譜的第1脈衝光 成分和第2脈衝光成分的時間軸對齊而進行求和，能夠生成具有陡峭 的布裡淵頻譜的幹涉信號11a3。
另外，圖8是表示在本實施方式的光纖特性測定裝置S1中，在 被測光纖7中有意地形成變形分布的情況下的測定結果的曲線圖。另 外，圖9是表示在現有的光纖特性測定裝置(使用單一脈衝光的測定 方法)中，在被測光纖中有意形成相同變形分布的情況下的測定結果 的曲線圖。
通過比較這些圖可知，本實施方式的光纖特性測定裝置Sl的測 定結果，與現有的光纖特性測定裝置的測定結果相比，接近於被測光
纖中形成的變形分布。由此，根據本實施方式的光纖特性測定裝置 Sl，能夠有效地實現空間解析度的提高。
另外，在圖8所示的測定結果中，通過由信號處理部14進行運 算處理而得到原始數據，通過對布裡淵頻譜實施噪聲去除濾波，利用 曲線擬合法進行近似處理，或者利用得到的布裡淵頻譜實施周期性變 動而實施濾波處理，能夠更高精度地測定變形分布。
(實施方式2)
下面，說明本發明的實施方式2。此外，在本實施方式2的說明 中，對於與上述實施方式l相同的部分，省略或簡化其說明。
圖10是表示本實施方式2的光纖特性測定裝置S2的功能結構 的框圖。
如該圖所示，本實施方式2的光纖特性測定裝置S2，在分支耦 合器2和平衡受光迴路8之間設置偏振控制裝置20 (偏振控制部)。 該偏振控制裝置20通過使相干光2b的偏振面高速變化而隨機地進行變更。
在上述實施方式l中，假定向平衡受光迴路8的合波耦合器81
輸入的相干光2b和折返光7a之間的偏振狀態的關係恆定。
但是，滿足上述條件的只有偏振保持光纖這樣的特殊光纖、或
偏振面隨機化的多模光纖。
艮P，在使用普通的光纖作為被測光纖7的情況下，不滿足上述條件。
另一方面，平衡受光迴路8中的檢波靈敏度，在相干光2b的偏 振方向和折返光7a的偏振方向一致的情況下成為最大值，在正交時 為0，即具有偏振依賴性。
因此，如本實施方式的光纖特性測定裝置S2所示，通過利用偏 振控制裝置20使相干光2b的偏振面高速變化而隨機變更，能夠使平 衡受光迴路8中的檢波靈敏度平均化。由此，能夠消除平衡受光迴路 8的偏振依賴性。
另外，通過利用偏振控制裝置20使相干光2b的偏振面在每個 規定單位時間內變化90° ，取得多個單位時間內的測定結果的平方 和均值，這種方法也能夠消除平衡受光迴路8的偏振依賴性。
另外，在本實施方式的光纖特性測定裝置S2中，採用在分支耦 合器2和平衡受光迴路8之間設置偏振控制裝置20的結構。但是並 不限於此，通過在分支耦合器2和光方向性結合器5之間或光方向性 結合器5和被測光纖7之間設置偏振控制裝置，變更脈衝序列3a或 折返光7a的偏振狀態，也能夠得到相同效果。
(實施方式3)
下面，說明本發明的實施方式3。另外，在本實施方式3的說明 中，對於與上述實施方式l相同的部分，省略或簡化其說明。
圖11是表示本實施方式3的光纖特性測定裝置S3的功能結構 的框圖。
如該圖所示，本實施方式3的光纖特性測定裝置S3，設置ASE 光去除用光開關30 (多餘成分去除部)。該ASE光去除用光開關30 將通過由光放大器4放大脈衝序列3而附加在脈衝序列3a中的噪聲 成分(ASE光)去除。
在上述實施方式1中，假定能夠忽略由光放大器4產生的噪聲
成分(多餘成分)，但實際上，由於其有可能使脈衝序列3a或折返 光7a的S/N惡化，所以優選進行去除。
由此，通過如本實施方式的光纖特性測定裝置S3這樣設置ASE 光去除用光開關30，能夠抑制脈衝序列3a或折返光7a的S / N惡化。
另外，從去除附加在脈衝序列3a中的噪聲成分這一相同觀點出 發，也可以在光脈衝發生迴路3的後段設置去除光脈衝發生迴路3 斷開時的洩漏光的去除部。
以上，舉例說明本發明的優選實施方式，但這些只是發明的例 示，並不必須限定在其內進行考慮，可以在不脫離本發明的精神或範 圍的範圍內進行追加、刪除、置換或其他變更。即，本發明並不限定 為上述實施方式，僅由權利要求書進行限定。
權利要求
1.一種光纖特性測定裝置，其使由相干光生成的脈衝光向光纖出射，將通過對來自上述光纖的後向布裡淵散射光和上述相干光進行合波而得到的光信號變換為電信號，基於該電信號求出上述光纖的特性，其特徵在於，具有光脈衝生成部，其由上述相干光生成脈衝序列並向上述光纖出射，該脈衝序列的第1脈衝光和第2脈衝光之間的時間間隔小於或等於光纖中的聲波的壽命；檢波部，其將通過對後向布裡淵散射光和上述相干光進行合波而得到的光信號變換為電信號，該後向布裡淵散射光包括上述第1脈衝光的後向布裡淵散射光及上述第2脈衝光的後向布裡淵散射光；信號處理部，其通過對該電信號和將該電信號延遲第1脈衝光和上述第2脈衝光的時間間隔量的電信號進行求和，從而生成幹涉信號，基於該幹涉信號求出上述光纖的特性；以及電氣或光學式頻率可變部，其用於根據上述電信號得到布裡淵頻譜。
2. 根據權利要求l所述的光纖特性測定裝置，其特徵在於， 還具有偏振面變更部，其可以變更上述相干光的偏振面，或變更上述後向布裡淵散射光的偏振面，該後向布裡淵散射光包含上述第 1脈衝光的後向布裡淵散射光及上述第2脈衝光的後向布裡淵散射 光。
3. 根據權利要求l所述的光纖特性測定裝置，其特徵在於， 還具有多餘成分去除部，其去除向上述光纖出射的上述脈衝序列中包含的多餘成分。
4. 根據權利要求l所述的光纖特性測定裝置，其特徵在於， 還具有信號發生部，其生成具有與上述後向布裡淵散射光的 頻移量大致一致的頻率的混頻用信號；以及混頻部，其將上述混頻用信號與上述電信號混頻。
5.根據權利要求l所述的光纖特性測定裝置，其特徵在於， 上述聲波的壽命，是上述聲波的能量從峰值功率下降至小於或 等於該峰值功率的5%的時間。
全文摘要
本發明提供一種光纖特性測定裝置，其在使用布裡淵散射現象的測定方法中，通過信號光僅從光纖的一側端部入射而實現高空間解析度。其具有光脈衝生成部(3)，其由相干光(2a)生成脈衝序列(3a)並出射至光纖(7)，該脈衝序列的第1脈衝光和第2脈衝光之間的時間間隔小於或等於聲波壽命；檢波部(8)，其將由第1脈衝光的後向布裡淵散射光和相干光進行合波而得到的光信號變換為電信號；信號處理部(14)，其通過對該電信號和將該電信號延遲第1脈衝光和上述第2脈衝光的時間間隔量的電信號進行求和，生成幹涉信號，基於該幹涉信號求出上述光纖的特性；以及電氣或光學式頻率可變部(10)，其用於通過上述電信號得到布裡淵頻譜。
文檔編號G01M11/02GK101201292SQ20071019908
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月12日 優先權日2006年12月13日
發明者小山田彌平 申請人:橫河電機株式會社;小山田彌平