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JP7775809B2 - Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method - Google Patents
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JP7775809B2 - Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method - Google Patents

Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method

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JP7775809B2 JP2022186188A JP2022186188A JP7775809B2 JP 7775809 B2 JP7775809 B2 JP 7775809B2 JP 2022186188 A JP2022186188 A JP 2022186188A JP 2022186188 A JP2022186188 A JP 2022186188A JP 7775809 B2 JP7775809 B2 JP 7775809B2
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Description

本発明は、光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber characteristic measuring device and an optical fiber characteristic measuring method.

光ファイバ特性測定装置は、連続光又はパルス光を被測定光ファイバに入射させ、被測定光ファイバ内において生ずる散乱光又は反射光を検出して被測定光ファイバの長さ方向における温度分布、歪み分布、その他の特性を測定する装置である。この光ファイバ特性測定装置では、検出される散乱光又は反射光が被測定光ファイバに影響を及ぼす物理量(例えば、温度や歪み)に応じて変化するため、被測定光ファイバそのものがセンサとして用いられる。 An optical fiber characteristic measuring device is a device that injects continuous or pulsed light into the optical fiber under test, detects the scattered or reflected light generated within the optical fiber under test, and measures the temperature distribution, strain distribution, and other characteristics along the length of the optical fiber under test. In this optical fiber characteristic measuring device, the detected scattered or reflected light changes depending on the physical quantities (e.g., temperature and strain) that affect the optical fiber under test, so the optical fiber under test itself is used as a sensor.

このような光ファイバ特性測定装置の1つに、OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry:光周波数領域リフレクトメトリ)方式のものがある。このOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、被測定光ファイバの一端から射出されるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出する。そして、得られた検出信号を解析することによって、被測定光ファイバの長さ方向における特性を測定する。尚、OFDR方式の光ファイバ特性測定装置については、例えば、以下の非特許文献1を参照されたい。 One such optical fiber characteristic measurement device is an OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry) type. This OFDR type optical fiber characteristic measurement device splits frequency-swept light into measurement light and reference light, inputs the measurement light into one end of the optical fiber under test, and detects the interference between the Rayleigh scattered light emitted from the end of the optical fiber under test and the reference light. The resulting detection signal is then analyzed to measure the characteristics of the optical fiber under test along its length. For more information on OFDR type optical fiber characteristic measurement devices, please see, for example, Non-Patent Document 1 below.

Brian J. Soller et al.,“High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies”,Optics Express Vol.13,No.2,p.666-674Brian J. Soller et al., “High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies”, Optics Express Vol.13, No.2, p.666-674

ところで、従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を得るために周波数可変光源を用いている。この周波数可変光源は、周波数掃引特性に非線形性があるとともに、一定周波数の光を出力する光源に比べて線幅が広いため、測定誤差が大きいという欠点を有する。また、従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させて得られるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出しているため、測定距離が制限される。 Conventional OFDR optical fiber characteristic measurement devices use a frequency-tunable light source to obtain frequency-swept light. This frequency-tunable light source has the disadvantage of having nonlinear frequency sweep characteristics and a wider linewidth than light sources that output light of a fixed frequency, resulting in large measurement errors. Furthermore, conventional OFDR optical fiber characteristic measurement devices split the frequency-swept light into measurement light and reference light, and then detect the interference between the Rayleigh scattered light obtained by injecting the measurement light into one end of the optical fiber being measured and the reference light, which limits the measurement distance.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an optical fiber characteristics measurement device and method that have smaller measurement errors and can measure longer distances than conventional devices.

上記課題を解決するために、本発明の第1の態様による光ファイバ特性測定装置(1、2)は、一定周波数の光を出力する光源(11)と、前記光源から出力される光を測定光(LM)と参照光(LR)とに分岐する第1分岐部(12)と、周波数が順次変化する第1信号(S10)を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる周波数シフト部(13)と、周波数が順次シフトする前記測定光を被測定光ファイバ(FUT)の一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光(LS)を出力する第2分岐部(15)と、前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する検出部(17)と、周波数が順次変化する第2信号(S20、S20a、S20b)を用いて、前記検出部から出力される検出信号(S1)の周波数を変換する周波数変換部(18、18A、18B)と、前記周波数変換部から出力される信号(S2、S2a、S2b)を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部(19、19A)と、を備える。 In order to solve the above problem, the optical fiber characteristic measuring device (1, 2) according to the first aspect of the present invention comprises a light source (11) that outputs light of a constant frequency, a first branching unit (12) that branches the light output from the light source into measurement light (LM) and reference light (LR), a frequency shifting unit (13) that sequentially shifts the frequency of the measurement light using a first signal (S10) whose frequency sequentially changes, and an optical fiber (FUT) that inputs the measurement light whose frequency is sequentially shifted into one end of the optical fiber (FUT) to be measured, and It comprises a second branching unit (15) that outputs the generated Rayleigh scattered light (LS), a detection unit (17) that detects interference light between the reference light and the Rayleigh scattered light, a frequency conversion unit (18, 18A, 18B) that converts the frequency of the detection signal (S1) output from the detection unit using second signals (S20, S20a, S20b) whose frequency changes sequentially, and a measurement unit (19, 19A) that measures the characteristics of the optical fiber under test using signals (S2, S2a, S2b) output from the frequency conversion unit.

また、本発明の第2の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第1の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記第1信号の周波数変化率と前記第2信号の周波数変化率とが同じであり、前記第2信号の周波数範囲が、前記第1信号の周波数範囲よりも広い。 Furthermore, the optical fiber characteristic measuring device according to the second aspect of the present invention is the optical fiber characteristic measuring device according to the first aspect of the present invention, wherein the frequency change rate of the first signal and the frequency change rate of the second signal are the same, and the frequency range of the second signal is wider than the frequency range of the first signal.

また、本発明の第3の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第1又は第2の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記第1信号が、予め規定された基準時間(tscan)で一度の周波数変化が終わる信号であり、前記周波数シフト部から出力される前記測定光を、前記基準時間だけのパルス幅を有する光パルスにするパルス化部(14)を備える。 Furthermore, an optical fiber characteristic measuring device according to a third aspect of the present invention is the optical fiber characteristic measuring device according to the first or second aspect of the present invention, wherein the first signal is a signal whose frequency change ends in a predetermined reference time (t scan ), and the optical fiber characteristic measuring device further comprises a pulsing unit (14) that converts the measurement light output from the frequency shift unit into an optical pulse having a pulse width equal to the reference time.

また、本発明の第4の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第3の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記測定部が、前記周波数変換部から出力される信号から、前記被測定光ファイバに設定された測定点に応じた部分を切り出す切出部(21、21a、21b)と、前記切出部で切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、前記測定点に対応する周波数成分の大きさを求めるフーリエ変換部(22、22a、22b)と、を備える。 Furthermore, in the optical fiber characteristic measuring device according to a fourth aspect of the present invention, in the optical fiber characteristic measuring device according to the third aspect of the present invention, the measurement unit comprises an extraction unit (21, 21a, 21b) that extracts a portion corresponding to a measurement point set on the optical fiber under test from the signal output from the frequency conversion unit, and a Fourier transform unit (22, 22a, 22b) that performs a Fourier transform on the portion extracted by the extraction unit to determine the magnitude of the frequency component corresponding to the measurement point.

また、本発明の第5の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第4の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記切出部によって切り出される部分が、前記基準時間と同じ時間幅を有する。 Furthermore, the optical fiber characteristic measuring device according to the fifth aspect of the present invention is the optical fiber characteristic measuring device according to the fourth aspect of the present invention, wherein the portion cut out by the cutout unit has the same time width as the reference time.

また、本発明の第6の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第4の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記周波数変換部が、前記第2信号を発生する信号発生器(18a)を備えており、前記信号発生器が、前記第2信号の発生開始タイミングを調整可能である。 Furthermore, the optical fiber characteristic measuring device according to a sixth aspect of the present invention is the optical fiber characteristic measuring device according to the fourth aspect of the present invention, wherein the frequency conversion unit includes a signal generator (18a) that generates the second signal, and the signal generator is capable of adjusting the timing at which generation of the second signal begins.

また、本発明の第7の態様による光ファイバ特性測定装置は、本発明の第6の態様による光ファイバ特性測定装置において、前記周波数変換部が、複数設けられており、前記測定部が、複数の前記周波数変換部に対応する複数の前記切出部及び前記フーリエ変換部をそれぞれ備えており、複数の前記周波数変換部に設けられる前記信号発生器における前記第2信号の発生開始タイミングは互いに異なる。 Furthermore, the optical fiber characteristic measuring device according to a seventh aspect of the present invention is the optical fiber characteristic measuring device according to the sixth aspect of the present invention, in which a plurality of frequency conversion units are provided, the measurement unit is provided with a plurality of cutout units and Fourier transform units corresponding to the plurality of frequency conversion units, and the signal generators provided in the plurality of frequency conversion units start generating the second signal at different timings.

また、本発明の第1の態様による光ファイバ特性測定方法は、一定周波数の光を出力する第1ステップと、前記光を測定光(LM)と参照光(LR)とに分岐する第2ステップと、周波数が順次変化する第1信号(S10)を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる第3ステップと、周波数が順次シフトする前記測定光を被測定光ファイバ(FUT)の一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光(LS)を出力する第4ステップと、前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する第5ステップと、周波数が順次変化する第2信号(S20、S20a、S20b)を用いて、前記第5ステップで検出された検出信号(S1)の周波数を変換する第6ステップと、前記第6ステップで周波数が変換された信号(S2、S2a、S2b)を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する第7ステップと、を有する。 Furthermore, the optical fiber characteristic measurement method according to the first aspect of the present invention comprises the following steps: a first step of outputting light of a constant frequency; a second step of splitting the light into measurement light (LM) and reference light (LR); a third step of sequentially shifting the frequency of the measurement light using a first signal (S10) whose frequency is sequentially changed; a fourth step of inputting the measurement light whose frequency is sequentially shifted into one end of an optical fiber under test (FUT) and outputting Rayleigh scattered light (LS) generated within the optical fiber under test; a fifth step of detecting interference light between the reference light and the Rayleigh scattered light; a sixth step of converting the frequency of the detection signal (S1) detected in the fifth step using second signals (S20, S20a, S20b) whose frequency is sequentially changed; and a seventh step of measuring the characteristics of the optical fiber under test using the signals (S2, S2a, S2b) whose frequency is converted in the sixth step.

本発明によれば、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる、という効果がある。 The present invention has the advantage of reducing measurement errors and enabling longer measurement distances compared to conventional methods.

本発明の第1実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of a main part of an optical fiber characteristic measuring device according to a first embodiment of the present invention; 本発明の第1実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。3A to 3C are diagrams for explaining the operation of the optical fiber characteristic measuring device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。5A and 5B are diagrams for explaining the operation of the optical fiber characteristic measuring device according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光ファイバ特性測定装置の要部構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of a main part of an optical fiber characteristic measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining the operation of the optical fiber characteristic measuring device according to the third embodiment of the present invention.

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特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法について詳細に説明する。以下では、まず、本発明の実施形態の概要について説明し、続いて本発明の各実施形態の詳細について説明する。 The following describes in detail an optical fiber characteristic measuring device and an optical fiber characteristic measuring method according to embodiments of the present invention, with reference to the drawings. First, an overview of the embodiments of the present invention will be provided, followed by a detailed description of each embodiment of the present invention.

〔概要〕
本発明の実施形態は、光ファイバ特性測定装置において、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くするものである。具体的には、OFDR方式の光ファイバ特性測定装置において、周波数可変光源よりも線幅が狭い一定周波数の光を出力する光源を用いることで測定誤差を小さくする。そして、被測定光ファイバに入射させる測定光の周波数を変化させる方法、及びレイリー散乱光の検出方法を工夫することで、従来よりも測定距離を長くするものである。
〔overview〕
An embodiment of the present invention is an optical fiber characteristic measuring device that reduces measurement errors and extends measurement distances compared to conventional devices. Specifically, in an OFDR-type optical fiber characteristic measuring device, measurement errors are reduced by using a light source that outputs light of a constant frequency with a narrower linewidth than a frequency-variable light source. Then, by devising a method for changing the frequency of measurement light incident on the optical fiber under test and a method for detecting Rayleigh scattered light, measurement distances are extended compared to conventional devices.

従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数掃引された光を得るために周波数可変光源を用いている。この周波数可変光源は、周波数掃引特性に非線形性があることから測定誤差が生ずる。このような周波数掃引特性の非線形性を補償する方法も考案されているが、補償が十分に行われる条件が限られることから、測定誤差を十分に小さくすることは困難である。 Conventional OFDR optical fiber characteristic measurement devices use a frequency-tunable light source to obtain frequency-swept light. This frequency-tunable light source has nonlinearity in its frequency sweep characteristics, resulting in measurement errors. Methods have been devised to compensate for this nonlinearity in the frequency sweep characteristics, but the conditions under which sufficient compensation can be achieved are limited, making it difficult to sufficiently reduce measurement errors.

また、従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、周波数可変光源から出力された光(周波数掃引された光)を測定光と参照光とに分岐し、測定光を被測定光ファイバの一端から入射させて得られるレイリー散乱光と参照光とを干渉させたものを検出している。このため、非測定光ファイバの他端近傍で生じたレイリー散乱光と参照光とが干渉する時間幅が短くなり、フーリエ変換後のスペクトル幅が広くなることから、測定精度が得にくくなる。これを回避するためには、被測定光ファイバの長さを短くしなければならず、測定距離が制約されてしまう。 Furthermore, conventional OFDR optical fiber characteristic measurement devices split the light output from a frequency-tunable light source (frequency-swept light) into measurement light and reference light, and then detect the interference between the Rayleigh scattered light obtained by injecting the measurement light into one end of the optical fiber under test and the reference light. As a result, the time width during which the Rayleigh scattered light generated near the other end of the optical fiber under test interferes with the reference light becomes shorter, and the spectral width after Fourier transform becomes wider, making it difficult to achieve measurement accuracy. To avoid this, the length of the optical fiber under test must be shortened, which limits the measurement distance.

更に、従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置で用いられている周波数可変光源は、一定周波数の光を出力する光源に比べて線幅が広く、コヒーレント時間が短いことが多い。これにより、測定距離或いはフーリエ変換後の測定精度で不利となる。 Furthermore, the frequency-tunable light sources used in conventional OFDR optical fiber characteristic measurement devices often have a wider linewidth and a shorter coherent time than light sources that output light of a fixed frequency. This puts a strain on the measurement distance and measurement accuracy after Fourier transform.

本実施形態では、まず、光源から出力される一定周波数の光を測定光と参照光とに分岐する。次に、周波数が順次変化する第1信号を用いて、測定光の周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光を出力する。次いで、参照光とレイリー散乱光との干渉光を検出し、周波数が順次変化する第2信号を用いて、検出された検出信号の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号を用いて被測定光ファイバの特性を測定する。これにより、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。 In this embodiment, light of a constant frequency output from a light source is first split into measurement light and reference light. Next, the frequency of the measurement light is sequentially shifted using a first signal whose frequency sequentially changes, and the measurement light whose frequency sequentially shifts is incident on one end of the optical fiber under test, outputting Rayleigh scattered light generated within the optical fiber under test. Next, interference light between the reference light and Rayleigh scattered light is detected, and the frequency of the detected detection signal is converted using a second signal whose frequency sequentially changes. The frequency-converted signal is then used to measure the characteristics of the optical fiber under test. This reduces measurement error and enables longer measurement distances than conventional methods.

〔第1実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置〉
図1は、本発明の第1実施形態による光ファイバ特性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特性測定装置1は、光源11、光分岐器12(第1分岐部)、周波数シフト部13、光スイッチ14(パルス化部)、光サーキュレータ15(第2分岐部)、光合波器16、光検出器17(検出部)、周波数変換部18、及び測定部19を備える。このような光ファイバ特性測定装置1は、被測定光ファイバFUTの長さ方向(z方向)における特性(例えば、温度分布や歪み分布等)を測定する。
First Embodiment
Optical fiber characteristic measuring device
Fig. 1 is a block diagram showing the main components of an optical fiber characteristic measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 of this embodiment includes a light source 11, an optical branching device 12 (first branching device), a frequency shifting unit 13, an optical switch 14 (pulsing unit), an optical circulator 15 (second branching device), an optical multiplexer 16, a photodetector 17 (detecting unit), a frequency conversion unit 18, and a measuring unit 19. Such an optical fiber characteristic measuring apparatus 1 measures the characteristics (e.g., temperature distribution, strain distribution, etc.) of the optical fiber FUT to be measured in the length direction (z direction) of the optical fiber FUT.

光源11は、コヒーレンス(可干渉性)が高い一定周波数f0の光を射出する。この光源11としては、例えば、被測定光ファイバFUTでの吸収が少ない波長(例えば、1.55μm)のレーザ光を射出する半導体レーザを用いることができる。光源11から射出される光は、光ファイバ特性測定装置1の測定精度を高めるために、線幅(スペクトル線幅)が極力狭いことが望ましい。 The light source 11 emits light with a constant frequency f0 and high coherence. This light source 11 can be, for example, a semiconductor laser that emits laser light with a wavelength (e.g., 1.55 μm) that is poorly absorbed by the optical fiber FUT under test. It is desirable that the light emitted from the light source 11 have as narrow a linewidth (spectral linewidth) as possible to increase the measurement accuracy of the optical fiber characteristic measuring device 1.

光分岐器12は、光源11から射出された光を、測定光LMと参照光LRとに分岐する。測定光LMと参照光LRとの強度比は、例えば、1対1である。尚、測定光LMと参照光LRとの強度比は、1対1に制限される訳ではなく、任意の強度比にすることが可能である。 The optical splitter 12 splits the light emitted from the light source 11 into measurement light LM and reference light LR. The intensity ratio between the measurement light LM and reference light LR is, for example, 1:1. However, the intensity ratio between the measurement light LM and reference light LR is not limited to 1:1 and can be any intensity ratio.

周波数シフト部13は、周波数発生器13aと光周波数シフタ13bとを備えており、測定光LMの周波数を順次シフトさせる。周波数発生器13aは、周波数が順次変化する信号S10(第1信号)を出力する。具体的に、周波数発生器13aは、周波数f11~f12の周波数範囲(例えば、250~350MHzの範囲)で周波数が一定の割合で順次変化する信号S10を出力する。尚、周波数発生器13aが、信号S10の周波数をf11からf12まで変化させるのに要する時間はtscan(基準時間)である。つまり、信号S10は、時間tscanで一度の周波数変化が終わる信号であり、このような周波数変化が繰り返される信号である。 The frequency shift unit 13 includes a frequency generator 13a and an optical frequency shifter 13b, and sequentially shifts the frequency of the measurement light LM. The frequency generator 13a outputs a signal S10 (first signal) whose frequency changes sequentially. Specifically, the frequency generator 13a outputs the signal S10 whose frequency changes sequentially at a constant rate within a frequency range from f11 to f12 (e.g., a range of 250 to 350 MHz). The time required for the frequency generator 13a to change the frequency of the signal S10 from f11 to f12 is t scan (reference time). In other words, the signal S10 is a signal whose frequency change ends in time t scan , and such frequency changes are repeated.

光周波数シフタ13bは、周波数発生器13aから出力される信号S10を用いて、測定光LMの周波数を順次シフトさせる。光源11から射出される光の周波数はf0であるため、光周波数シフタ13bは、測定光LMの周波数をf0+f11からf0+f12まで順次シフトさせる。この光周波数シフタ13bとしては、例えば、市販のAO(Acousto-Optics:音響光学)素子等を用いることができる。 The optical frequency shifter 13b sequentially shifts the frequency of the measurement light LM using the signal S10 output from the frequency generator 13a. Since the frequency of the light emitted from the light source 11 is f0, the optical frequency shifter 13b sequentially shifts the frequency of the measurement light LM from f0 + f11 to f0 + f12. For example, a commercially available AO (Acousto-Optics) element can be used as this optical frequency shifter 13b.

光スイッチ14は、周波数シフト部13と光サーキュレータ15との間の光路を切断状態又は導通状態にする。このような光スイッチ14を設けるのは、測定光LMをパルス化するためである。具体的に、光スイッチ14は、周波数シフト部13によって測定光LMの周波数が順次シフトされている間だけ、周波数シフト部13と光サーキュレータ15との間の光路を導通状態にする。つまり、光スイッチ14は、周波数シフト部13から出力される測定光LMを、時間tscanだけのパルス幅を有する光パルスにする。尚、必要に応じて、光スイッチ14と光サーキュレータ15との間に光増幅器を設けてもよい。 The optical switch 14 opens or closes the optical path between the frequency shifter 13 and the optical circulator 15. The optical switch 14 is provided in order to pulse the measurement light LM. Specifically, the optical switch 14 opens the optical path between the frequency shifter 13 and the optical circulator 15 only while the frequency of the measurement light LM is being sequentially shifted by the frequency shifter 13. In other words, the optical switch 14 converts the measurement light LM output from the frequency shifter 13 into an optical pulse having a pulse width of the time t scan . If necessary, an optical amplifier may be provided between the optical switch 14 and the optical circulator 15.

光サーキュレータ15は、第1ポート、第2ポート、及び第3ポートを備える。第1ポートは、光スイッチ14と接続される。第2ポートは、被測定光ファイバFUTと接続される。第3ポートは、光合波器16と接続される。光サーキュレータ15は、第1ポートから入力される測定光LMを第2ポートに出力する。また、光サーキュレータ15は、第2ポートから入力される被測定光ファイバFUTからのレイリー散乱光LSを第3ポートに出力する。 The optical circulator 15 has a first port, a second port, and a third port. The first port is connected to the optical switch 14. The second port is connected to the optical fiber FUT under test. The third port is connected to the optical multiplexer 16. The optical circulator 15 outputs the measurement light LM input from the first port to the second port. The optical circulator 15 also outputs the Rayleigh scattered light LS from the optical fiber FUT under test, which is input from the second port, to the third port.

光合波器16は、光サーキュレータ15から出力されるレイリー散乱光LSと、光分岐器12で分岐された参照光LRとを合波させる。このような光合波器16としては、例えば、光カプラを用いることができる。光検出器17は、光合波器16で合波された光の光ヘテロダイン検出を行って検出信号S1を出力する。 The optical multiplexer 16 multiplexes the Rayleigh scattered light LS output from the optical circulator 15 with the reference light LR branched by the optical brancher 12. An optical coupler, for example, can be used as this optical multiplexer 16. The photodetector 17 performs optical heterodyne detection of the light combined by the optical multiplexer 16 and outputs a detection signal S1.

ここで、レイリー散乱光LSは、被測定光ファイバFUTに入射した測定光LMが弾性散乱されたもの(波長変化を伴わずに散乱されたもの)である。このため、被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSは、一定時間(時間tscan)に亘って周波数がf0+f11からf0+f12まで順次変化するものになる。このようなレイリー散乱光LSは、参照光LRと合波されて光ヘテロダイン検出されることで、周波数がf11からf12まで順次変化する成分となる。光検出器17から出力される検出信号S1は、このような被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSに起因し、周波数がf11からf12まで順次変化する成分が含まれるものになる。 Here, the Rayleigh scattered light LS is the measurement light LM incident on the optical fiber FUT under test that is elastically scattered (scattered without a change in wavelength). Therefore, the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT under test has a frequency that changes sequentially from f0+f11 to f0+f12 over a fixed time (time t scan ). This Rayleigh scattered light LS is combined with the reference light LR and optically heterodyne detected, resulting in a component whose frequency changes sequentially from f11 to f12. The detection signal S1 output from the photodetector 17 is due to the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT under test, and includes a component whose frequency changes sequentially from f11 to f12.

周波数変換部18は、周波数発生器18a(信号発生器)と周波数変換器18bとを備えており、光検出器17から出力される検出信号S1の周波数を変換する。周波数発生器18aは、周波数が順次変化する信号S20(第2信号)を出力する。具体的に、周波数発生器18aは、周波数f21~f22の周波数範囲(例えば、360~560MHzの範囲)で周波数が順次変化する信号S20を出力する。 The frequency conversion unit 18 includes a frequency generator 18a (signal generator) and a frequency converter 18b, and converts the frequency of the detection signal S1 output from the photodetector 17. The frequency generator 18a outputs a signal S20 (second signal) whose frequency changes sequentially. Specifically, the frequency generator 18a outputs a signal S20 whose frequency changes sequentially within a frequency range from f21 to f22 (for example, a range from 360 to 560 MHz).

ここで、周波数発生器18aが発生する信号S20の周波数変化率と、周波数シフト部13に設けられた周波数発生器13aが発生する信号S10の周波数変化率とは同じである。また、周波数発生器18aが発生する信号S20の周波数範囲は、周波数シフト部13に設けられた周波数発生器13aが発生する信号S10の周波数範囲よりも広い。尚、本実施形態では、信号S20の周波数範囲は、信号S10の周波数範囲よりも2倍広い。このため、周波数発生器18aが、信号S20の周波数を周波数f21から周波数f22まで変化させるのに要する時間は、周波数発生器13aが、信号S10の周波数を周波数f11から周波数f12まで変化させるのに要する時間tscanよりも長い。つまり、信号S20は、時間tscanよりも長い時間で一度の周波数変化が終わる信号であり、このような周波数変化が繰り返される信号である。 Here, the rate of frequency change of the signal S20 generated by the frequency generator 18a is the same as the rate of frequency change of the signal S10 generated by the frequency generator 13a provided in the frequency shift unit 13. Furthermore, the frequency range of the signal S20 generated by the frequency generator 18a is wider than the frequency range of the signal S10 generated by the frequency generator 13a provided in the frequency shift unit 13. In this embodiment, the frequency range of the signal S20 is twice as wide as the frequency range of the signal S10. Therefore, the time required for the frequency generator 18a to change the frequency of the signal S20 from frequency f21 to frequency f22 is longer than the time t scan required by the frequency generator 13a to change the frequency of the signal S10 from frequency f11 to frequency f12. In other words, the signal S20 is a signal whose frequency change is completed in a time longer than the time t scan , and in which such frequency changes are repeated.

周波数変換器18bは、周波数発生器18aから出力される信号S20を用いて、光検出器17から出力される検出信号S1の周波数を変換する。具体的に、周波数変換器18bは、被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSに起因する成分が、互いに異なる周波数になるように検出信号S1の周波数を変換する。例えば、図1に示す点z1で生ずるレイリー散乱光LSに起因する成分が一定の周波数f31となり、点z2で生ずるレイリー散乱光LSに起因する成分が一定の周波数f32となるよう検出信号S1の周波数を変換する。 Frequency converter 18b uses signal S20 output from frequency generator 18a to convert the frequency of detection signal S1 output from photodetector 17. Specifically, frequency converter 18b converts the frequency of detection signal S1 so that the components caused by Rayleigh scattered light LS generated at each point in the measured optical fiber FUT have different frequencies. For example, the frequency of detection signal S1 is converted so that the component caused by Rayleigh scattered light LS generated at point z1 shown in Figure 1 has a constant frequency f31, and the component caused by Rayleigh scattered light LS generated at point z2 has a constant frequency f32.

測定部19は、切出部21、フーリエ変換部22、及び信号処理部23を備えており、周波数変換部18から出力される信号S2を用いて被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)を測定する。切出部21は、周波数変換部18から出力される信号S2から、被測定光ファイバFUTに設定された測定点(特性を測定しようとする点)に応じた部分を切り出す。ここで、切出部21によって切り出される部分は、測定点の位置に拘わらず時間tscanと同じ時間幅を有する。 The measurement unit 19 includes a cutout unit 21, a Fourier transform unit 22, and a signal processing unit 23, and measures the characteristics (for example, temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction) of the optical fiber FUT under test using the signal S2 output from the frequency conversion unit 18. The cutout unit 21 cuts out a portion from the signal S2 output from the frequency conversion unit 18 that corresponds to a measurement point (a point at which characteristics are to be measured) set in the optical fiber FUT under test. Here, the portion cut out by the cutout unit 21 has the same time width as the time t scan , regardless of the position of the measurement point.

フーリエ変換部22は、周波数変換部18から出力される信号S2のうち、切出部21によって切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、測定点に対応する周波数成分の大きさを求める。信号処理部23は、フーリエ変換部22で求められた周波数成分の大きさを用いて予め規定された信号処理を行うことで、被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)を測定する。 The Fourier transform unit 22 performs a Fourier transform on the portion of the signal S2 output from the frequency conversion unit 18 that has been extracted by the extraction unit 21, to determine the magnitude of the frequency component corresponding to the measurement point. The signal processing unit 23 performs predefined signal processing using the magnitude of the frequency component determined by the Fourier transform unit 22, thereby measuring the characteristics of the optical fiber FUT under test (e.g., temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction).

〈光ファイバ特性測定方法〉
測定が開始されると、一定周波数f0の光が光源11から射出される(第1ステップ)。光源11から射出された光は、光分岐器12で測定光LMと参照光LRとに分岐される(第2ステップ)。光分岐器12で分岐された測定光LMは、周波数シフト部13に入射し、周波数が順次シフトされる(第3ステップ)。具体的に、測定光LMは、周波数シフト部13に設けられた周波数発生器13aから出力される信号S10を用いて、周波数シフト部13に設けられた光周波数シフタ13bにより、周波数がf0+f11からf0+f12まで一定の割合で順次変化される。
<Optical fiber characteristic measurement method>
When measurement begins, light of a constant frequency f0 is emitted from light source 11 (step 1). The light emitted from light source 11 is split into measurement light LM and reference light LR by optical splitter 12 (step 2). The measurement light LM split by optical splitter 12 enters frequency shifter 13, where its frequency is sequentially shifted (step 3). Specifically, the frequency of measurement light LM is sequentially changed at a constant rate from f0 + f11 to f0 + f12 by optical frequency shifter 13b provided in frequency shifter 13, using signal S10 output from frequency generator 13a provided in frequency shifter 13.

周波数がシフトされた測定光LMは、光スイッチ14によってパルス化される。具体的に、測定光LMは、光スイッチ14によって、周波数が順次シフトされている間だけ、周波数シフト部13と光サーキュレータ15との間の光路が導通状態になることにより、時間tscanだけのパルス幅を有する光パルスにされる。 The frequency-shifted measurement light LM is pulsed by the optical switch 14. Specifically, the optical switch 14 turns the optical path between the frequency shifter 13 and the optical circulator 15 into a conductive state only while the frequency is being sequentially shifted, thereby making the measurement light LM into an optical pulse having a pulse width of the time t scan .

パルス化された測定光LMは、光サーキュレータ15を介して被測定光ファイバFUTの一端から被測定光ファイバFUT内に入射する。パルス化された測定光LMが被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。被測定光ファイバFUTの各点で生じたレイリー散乱光LSの一部は、被測定光ファイバFUTの一端から光サーキュレータ15に入射し、光合波器16に出力される(第4ステップ)。 The pulsed measurement light LM enters the optical fiber FUT under test from one end thereof via the optical circulator 15. As the pulsed measurement light LM propagates through the optical fiber FUT under test, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT under test. A portion of the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT under test enters the optical circulator 15 from one end of the optical fiber FUT under test and is output to the optical multiplexer 16 (fourth step).

図2は、本発明の第1実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。尚、図2(a)は、測定光LM及びレイリー散乱光LSが被測定光ファイバFUT内を進行する様子を示す図である。図2(b)は、光検出器17から出力される検出信号S1を示す図であり、図2(c)は、周波数発生器18aから出力される信号S20を示す図であり、図2(d)は、周波数変換部18から出力される信号S2を示す図である。図2(a)に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に被測定光ファイバFUTの長さ方向の位置をとってある。また、図2(b)~図2(d)に示すグラフは何れも、横軸に時間をとり、縦軸に周波数をとってある。 Figure 2 is a diagram illustrating the operation of the optical fiber characteristic measuring device according to the first embodiment of the present invention. Figure 2(a) shows the measurement light LM and Rayleigh scattered light LS traveling through the optical fiber FUT under test. Figure 2(b) shows the detection signal S1 output from the photodetector 17, Figure 2(c) shows the signal S20 output from the frequency generator 18a, and Figure 2(d) shows the signal S2 output from the frequency conversion unit 18. The graph shown in Figure 2(a) has time on the horizontal axis and position along the length of the optical fiber FUT under test on the vertical axis. The graphs shown in Figures 2(b) to 2(d) all have time on the horizontal axis and frequency on the vertical axis.

図2(a)に示す通り、時刻0で周波数がf0+f11の測定光LMが被測定光ファイバFUTに入射され、時刻tsで周波数がf0+f12の測定光LMが被測定光ファイバFUTに入射されるとする。尚、時刻tsは、時刻0から時間tscanが経過した時刻である。また、説明の便宜上、時刻0で被測定光ファイバFUTに入射された測定光LMを測定光LM1とし、時刻tsで被測定光ファイバFUTに入射された測定光LMを測定光LM2とする。 2A, it is assumed that measurement light LM with a frequency of f0+f11 is incident on the optical fiber FUT under test at time 0, and measurement light LM with a frequency of f0+f12 is incident on the optical fiber FUT under test at time ts. Note that time ts is the time when a time t scan has elapsed since time 0. For ease of explanation, the measurement light LM incident on the optical fiber FUT under test at time 0 is referred to as measurement light LM1, and the measurement light LM incident on the optical fiber FUT under test at time ts is referred to as measurement light LM2.

被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM1が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM1が時刻t1で図1に示す点z1に達すると、レイリー散乱光LS11が生ずる。このレイリー散乱光LS11は、測定光LM1の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻t2で被測定光ファイバFUTの一端に達する。また、測定光LM1が時刻t3で図1に示す点z2に達すると、レイリー散乱光LS12が生ずる。このレイリー散乱光LS12は、測定光LM1の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻t6で被測定光ファイバFUTの一端に達する。 As the measurement light LM1 incident on the optical fiber FUT propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT. For example, when the measurement light LM1 reaches point z1 shown in Figure 1 at time t1, Rayleigh scattered light LS11 is generated. This Rayleigh scattered light LS11 propagates in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM1 and reaches one end of the optical fiber FUT at time t2. Furthermore, when the measurement light LM1 reaches point z2 shown in Figure 1 at time t3, Rayleigh scattered light LS12 is generated. This Rayleigh scattered light LS12 propagates in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM1 and reaches one end of the optical fiber FUT at time t6.

同様に、被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM2が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM2が時刻t7で図1に示す点z1に達すると、レイリー散乱光LS21が生ずる。このレイリー散乱光LS21は、測定光LM2の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻t8で被測定光ファイバFUTの一端に達する。また、測定光LM2が時刻t9で図1に示す点z2に達すると、レイリー散乱光LS22が生ずる。このレイリー散乱光LS22は、測定光LM2の伝播方向とは逆方向に伝播し、時刻t10で被測定光ファイバFUTの一端に達する。 Similarly, as the measurement light LM2 incident on the optical fiber FUT propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT. For example, when the measurement light LM2 reaches point z1 shown in Figure 1 at time t7, Rayleigh scattered light LS21 is generated. This Rayleigh scattered light LS21 propagates in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM2 and reaches one end of the optical fiber FUT at time t8. Furthermore, when the measurement light LM2 reaches point z2 shown in Figure 1 at time t9, Rayleigh scattered light LS22 is generated. This Rayleigh scattered light LS22 propagates in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM2 and reaches one end of the optical fiber FUT at time t10.

被測定光ファイバFUTの一端に達したレイリー散乱光LSは、光サーキュレータ15を介して光合波器16に入射され、光分岐器12で分岐された参照光LRと合波された後に、光検出器17で光ヘテロダイン検出される(第5ステップ)。つまり、被測定光ファイバFUTの一端に達したレイリー散乱光LSと光分岐器12で分岐された参照光LRとの干渉光が光検出器17で検出される。 The Rayleigh scattered light LS that has reached one end of the optical fiber FUT under test is incident on the optical multiplexer 16 via the optical circulator 15, where it is multiplexed with the reference light LR branched by the optical brancher 12 and then optically heterodyne detected by the photodetector 17 (step 5). In other words, the interference light between the Rayleigh scattered light LS that has reached one end of the optical fiber FUT under test and the reference light LR branched by the optical brancher 12 is detected by the photodetector 17.

ここで、レイリー散乱光LSは、前述した通り、被測定光ファイバFUTに入射した測定光LMが弾性散乱されたもの(波長変化を伴わずに散乱されたもの)である。このため、被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSは、一定時間(時間tscan)に亘って周波数がf0+f11からf0+f12まで順次変化するものになる。このようなレイリー散乱光LSは、参照光LRと合波されて光ヘテロダイン検出されることで、周波数がf11からf12まで順次変化する成分となる。光検出器17から出力される検出信号S1は、このような被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSに起因し、周波数がf11からf12まで順次変化する成分が含まれるものになる。 As described above, the Rayleigh scattered light LS is the measurement light LM incident on the optical fiber FUT that has been elastically scattered (scattered without a change in wavelength). Therefore, the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT that has been measured changes in frequency sequentially from f0+f11 to f0+f12 over a fixed time (time t scan ). This Rayleigh scattered light LS is combined with the reference light LR and optically heterodyne detected, resulting in a component whose frequency sequentially changes from f11 to f12. The detection signal S1 output from the photodetector 17 includes a component whose frequency sequentially changes from f11 to f12, due to the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT that has been measured.

例えば、被測定光ファイバFUTの一端の近傍で生じたレイリー散乱光が参照光LRと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図2(b)において、時刻0~tsの間(時間tscanの間)において、周波数がf11からf12まで順次変化する成分A0である。また、図1に示す点z1で生じたレイリー散乱光が参照光LRと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図2(b)において、時刻t2~t8の間(時間tscanの間)において、周波数がf11からf12まで順次変化する成分A1である。また、図1に示す点z2で生じたレイリー散乱光が参照光LRと合波されて光ヘテロダイン検出されることで得られる成分は、図2(b)において、時刻t6~t10の間(時間tscanの間)において、周波数がf11からf12まで順次変化する成分A2である。 For example, the component obtained by multiplexing Rayleigh scattered light generated near one end of the optical fiber FUT with the reference light LR and performing optical heterodyne detection is a component A0 whose frequency changes sequentially from f11 to f12 between times 0 and ts (during time t scan ) in Figure 2(b). Also, the component obtained by multiplexing Rayleigh scattered light generated at point z1 shown in Figure 1 with the reference light LR and performing optical heterodyne detection is a component A1 whose frequency changes sequentially from f11 to f12 between times t2 and t8 (during time t scan ) in Figure 2(b). Also, the component obtained by multiplexing Rayleigh scattered light generated at point z2 shown in Figure 1 with the reference light LR and performing optical heterodyne detection is a component A2 whose frequency changes sequentially from f11 to f12 between times t6 and t10 (during time t scan ) in Figure 2(b).

光検出器17から出力された検出信号S1は、周波数変換部18に入力されて周波数が変換される(第6ステップ)。具体的に、検出信号S1は、周波数発生器18aから出力される信号S20を用いて周波数変換器18bにより、被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSに起因する成分が、互いに異なる周波数になるように周波数が変換される。 The detection signal S1 output from the photodetector 17 is input to the frequency converter 18, where its frequency is converted (step 6). Specifically, the detection signal S1 is frequency converted by the frequency converter 18b using the signal S20 output from the frequency generator 18a so that the components resulting from the Rayleigh scattered light LS generated at each point in the optical fiber FUT under test have different frequencies.

ここで、前述した通り、周波数発生器18aが発生する信号S20の周波数変化率と、周波数シフト部13に設けられた周波数発生器13aが発生する信号S10の周波数変化率とは同じである。レイリー散乱光LSは、前述の通り、被測定光ファイバFUTに入射した測定光LMが弾性散乱されたもの(波長変化を伴わずに散乱されたもの)であるから、被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSの周波数変化率は、信号S10の周波数変化率と同じである。 As mentioned above, the frequency change rate of signal S20 generated by frequency generator 18a is the same as the frequency change rate of signal S10 generated by frequency generator 13a provided in frequency shift unit 13. As mentioned above, Rayleigh scattered light LS is elastically scattered (scattered without a change in wavelength) measurement light LM incident on the optical fiber FUT under test, so the frequency change rate of the Rayleigh scattered light LS generated at each point within the optical fiber FUT under test is the same as the frequency change rate of signal S10.

このため、図2(b),(c)に示す通り、信号S20の周波数変化率は、検出信号S1に含まれる被測定光ファイバFUT内の各点で生ずるレイリー散乱光LSに起因する成分の周波数変化率と同じになる。よって、図2(b)に示す検出信号S1が、図2(c)に示す信号S20を用いて周波数変換されると、図2(d)に示す信号S2が得られる。例えば、信号S2に含まれる時刻0~tsの間(時間tscanの間)において一定の周波数f30を有する成分B0は、図2(b)に示す成分A0の周波数が変換されたものである。また、信号S2に含まれる時刻t2~t8の間(時間tscanの間)において一定の周波数f31を有する成分B1は、図2(b)に示す成分A1の周波数が変換されたものである。また、信号S2に含まれる時刻t6~t10の間(時間tscanの間)において一定の周波数f32を有する成分B2は、図2(b)に示す成分A2の周波数が変換されたものである。 Therefore, as shown in Figures 2(b) and 2(c), the frequency change rate of signal S20 is the same as the frequency change rate of the component included in detection signal S1 and attributed to Rayleigh scattered light LS occurring at each point in the measured optical fiber FUT. Therefore, when detection signal S1 shown in Figure 2(b) is frequency-converted using signal S20 shown in Figure 2(c), signal S2 shown in Figure 2(d) is obtained. For example, component B0 included in signal S2 and having a constant frequency f30 between times 0 and ts (during time t scan ) is the frequency-converted component A0 shown in Figure 2(b). Furthermore, component B1 included in signal S2 and having a constant frequency f31 between times t2 and t8 (during time t scan ) is the frequency-converted component A1 shown in Figure 2(b). Furthermore, component B2 included in signal S2 and having a constant frequency f32 between times t6 and t10 (during time t scan ) is the frequency-converted component A2 shown in Figure 2(b).

周波数変換部18で得られた信号S2は、測定部19に入力される。そして、測定部19において、被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)を測定する処理が行われる(第7ステップ)。信号S2が測定部19に入力されると、まず、信号S2から被測定光ファイバFUTに設定された測定点に応じた部分を切り出す処理が切出部21によって行われる。 The signal S2 obtained by the frequency conversion unit 18 is input to the measurement unit 19. The measurement unit 19 then performs a process to measure the characteristics of the optical fiber FUT under test (e.g., temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction) (7th step). When the signal S2 is input to the measurement unit 19, the extraction unit 21 first extracts a portion of the signal S2 corresponding to the measurement point set on the optical fiber FUT under test.

例えば、測定点が図1に示す点z1に設定されている場合には、切出部21は、図2(d)に示す信号S2の時刻t2~t8の間の部分を切り出す。また、測定点が図1に示す点z2に設定されている場合には、切出部21は、図2(d)に示す信号S2の時刻t6~t10の間の部分を切り出す。尚、切出部21によって切り出される部分は、測定点の位置に拘わらず時間tscanと同じ時間幅を有する。 For example, when the measurement point is set at point z1 shown in Fig. 1, the clipping unit 21 clips out the portion of the signal S2 between times t2 and t8 shown in Fig. 2(d). When the measurement point is set at point z2 shown in Fig. 1, the clipping unit 21 clips out the portion of the signal S2 between times t6 and t10 shown in Fig. 2(d). Note that the portion clipped out by the clipping unit 21 has the same time width as time t scan , regardless of the position of the measurement point.

次に、測定部19に入力された信号S2のうち、切出部21によって切り出された部分の各々に対してフーリエ変換を行って、測定点の各々に対応する周波数成分の大きさを求める処理がフーリエ変換部22によって行われる。続いて、フーリエ変換部22で求められた周波数成分の大きさを用いて予め規定された信号処理を行って、測定点の各々における被測定光ファイバFUTの特性(例えば、温度や歪み等)を測定する処理が信号処理部23によって行われる。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバFUTの一端から点z2までの特性が連続的に測定される。 Next, the Fourier transform unit 22 performs a Fourier transform on each of the portions of the signal S2 input to the measurement unit 19 extracted by the extraction unit 21 to determine the magnitude of the frequency components corresponding to each measurement point. Next, the signal processing unit 23 performs predefined signal processing using the magnitudes of the frequency components determined by the Fourier transform unit 22 to measure the characteristics (e.g., temperature, strain, etc.) of the optical fiber FUT under test at each measurement point. By repeating the above-described processing, the characteristics of the optical fiber FUT under test from one end to point z2, for example, are continuously measured.

以上の通り、本実施形態では、まず、光源11から出力される一定周波数の光を測定光LMと参照光LRとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号S10を用いて、測定光LMの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光LMを被測定光ファイバFUTの一端から入射させ、被測定光ファイバFUT内で生じたレイリー散乱光LSを出力する。次いで、参照光LRとレイリー散乱光LSとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号S20を用いて、検出された検出信号S1の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号S2を用いて被測定光ファイバFUTの特性を測定している。 As described above, in this embodiment, light of a constant frequency output from the light source 11 is first split into measurement light LM and reference light LR. Next, the frequency of the measurement light LM is sequentially shifted using a signal S10 whose frequency changes sequentially, and the measurement light LM whose frequency is sequentially shifted is incident on one end of the optical fiber FUT to be measured, outputting Rayleigh scattered light LS generated within the optical fiber FUT. Next, interference light between the reference light LR and the Rayleigh scattered light LS is detected, and the frequency of the detected detection signal S1 is converted using a signal S20 whose frequency changes sequentially. The frequency-converted signal S2 is then used to measure the characteristics of the optical fiber FUT to be measured.

ここで、本実施形態では、測定光LMの周波数をシフトさせる際に、周波数発生器13aから出力される信号S10を用いている。一般的に、精度が良く、高い線形性をもって周波数が変化する電気信号を生成するのは容易である。本実施形態は、このような精度が良く、高い線形性をもって周波数が変化する電気信号(信号S10)を用いて測定光LMの周波数をシフトさせているため、測定誤差を小さくすることができる。 In this embodiment, the signal S10 output from the frequency generator 13a is used to shift the frequency of the measurement light LM. In general, it is easy to generate an electrical signal whose frequency changes with high precision and linearity. In this embodiment, the frequency of the measurement light LM is shifted using such an electrical signal (signal S10) whose frequency changes with high precision and linearity, thereby reducing measurement errors.

また、本実施形態では、被測定光ファイバFUTの他端側における測定点で生じたレイリー散乱光LSの取り込み時間を、被測定光ファイバFUTの一端側における測定点で生じたレイリー散乱光LSの取り込み時間と同じ長さにすることができる。尚、ここにいう「取り込み時間」とは、レイリー散乱光LSと参照光LRとが干渉する時間幅をいう。これにより、測定精度を向上させることができるとともに、測定距離を長くすることができる。 Furthermore, in this embodiment, the acquisition time of the Rayleigh scattered light LS generated at the measurement point on the other end side of the measured optical fiber FUT can be made the same length as the acquisition time of the Rayleigh scattered light LS generated at the measurement point on one end side of the measured optical fiber FUT. Note that the "acquisition time" here refers to the time width during which the Rayleigh scattered light LS and the reference light LR interfere. This makes it possible to improve measurement accuracy and increase the measurement distance.

また、本実施形態では、光源11から出力される一定周波数の光を用いている。周波数波長光源よりも一定周波数の光を射出する光源の方が、射出される光の線幅が狭いため、フーリエ変換後の周波数の精度を高くすることができる。加えて、周波数シフト部13で用いられる信号S10及び周波数変換部18で用いられる信号S20の周波数を適切に選定することで、光検出器17の検出信号S1及び周波数変換部18から出力される信号S2の周波数を扱いやすい周波数にすることもできる。 Furthermore, this embodiment uses constant-frequency light output from the light source 11. A light source that emits constant-frequency light has a narrower linewidth of the emitted light than a frequency wavelength light source, which allows for higher frequency accuracy after Fourier transform. In addition, by appropriately selecting the frequencies of the signal S10 used in the frequency shift unit 13 and the signal S20 used in the frequency conversion unit 18, the frequencies of the detection signal S1 of the photodetector 17 and the signal S2 output from the frequency conversion unit 18 can be made easier to handle.

このように、本実施形態では、これにより、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。例えば、従来のOFDR方式の光ファイバ特性測定装置は、空間分解能が数十μm程度と極めて高いものの、測定距離が数十m程度に制限されていた。これに対し、本実施形態の光ファイバ特性測定装置1は、従来に比べて空間分解能は劣るものの、測定距離を1km以上にすることができる。 As such, this embodiment allows for smaller measurement errors and longer measurement distances than conventional methods. For example, conventional OFDR-based optical fiber characteristic measuring devices have extremely high spatial resolution of around several tens of microns, but are limited to measurement distances of around several tens of meters. In contrast, the optical fiber characteristic measuring device 1 of this embodiment has inferior spatial resolution compared to conventional devices, but can achieve measurement distances of 1 km or more.

〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、基本的には、図1に示す光ファイバ特性測定装置1と同様の構成である。このため、光ファイバ特性測定装置の構成及び動作の詳細な説明は省略する。本実施形態の光ファイバ特性測定装置は、周波数変換部18に設けられた周波数発生器18aが、信号S2の発生開始タイミングを調整可能である。そして、周波数発生器18aから出力される信号S20のタイミングを、第1実施形態とは異ならせることで、被測定光ファイバFUTの測定範囲をシフトさせるようにしたものである。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The optical fiber characteristic measuring device of this embodiment has basically the same configuration as the optical fiber characteristic measuring device 1 shown in FIG. 1. Therefore, a detailed description of the configuration and operation of the optical fiber characteristic measuring device will be omitted. In the optical fiber characteristic measuring device of this embodiment, a frequency generator 18a provided in a frequency conversion unit 18 is capable of adjusting the timing at which the signal S2 starts to be generated. The timing of the signal S20 output from the frequency generator 18a is made different from that of the first embodiment, thereby shifting the measurement range of the optical fiber FUT to be measured.

図3は、本発明の第2実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。尚、図3(a)~(d)は、図2(a)~(d)と同様の図である。つまり、図2(a)は、測定光LM及びレイリー散乱光LSが被測定光ファイバFUT内を進行する様子を示す図である。図3(b)は、光検出器17から出力される検出信号S1を示す図であり、図3(c)は、周波数発生器18aから出力される信号S20を示す図であり、図3(d)は、周波数変換部18から出力される信号S2を示す図である。尚、図3(a)~(d)においては、図2(a)~(d)に示したものと同じものについては同じ符号を付してある。 Figure 3 is a diagram illustrating the operation of an optical fiber characteristic measuring device according to a second embodiment of the present invention. Note that Figures 3(a) to 3(d) are similar to Figures 2(a) to 2(d). That is, Figure 2(a) is a diagram illustrating the measurement light LM and Rayleigh scattered light LS traveling through the optical fiber FUT under test. Figure 3(b) is a diagram illustrating the detection signal S1 output from the photodetector 17, Figure 3(c) is a diagram illustrating the signal S20 output from the frequency generator 18a, and Figure 3(d) is a diagram illustrating the signal S2 output from the frequency conversion unit 18. Note that in Figures 3(a) to 3(d), the same components as those shown in Figures 2(a) to 2(d) are designated by the same reference numerals.

図3(a)に示す通り、時刻0で周波数がf0+f11の測定光LM(測定光LM1)が被測定光ファイバFUTに入射され、時刻tsで周波数がf0+f12の測定光LM(測定光LM2)が被測定光ファイバFUTに入射されるとする。これは、第1実施形態と同様である。 As shown in Figure 3(a), at time 0, measurement light LM (measurement light LM1) with a frequency of f0 + f11 is incident on the optical fiber FUT under test, and at time ts, measurement light LM (measurement light LM2) with a frequency of f0 + f12 is incident on the optical fiber FUT under test. This is the same as in the first embodiment.

被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM1が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM1が、図1に示す点z1に達するとレイリー散乱光LS11が生じ、図1に示す点z2に達するとレイリー散乱光LS12が生じ(時刻t3)、図1に示す点z2よりも遠方の点z3に達するとレイリー散乱光LS13が生ずる。尚、点z3は、点z2から、被測定光ファイバFUTの一端から点z1までの距離だけ遠方の点である。これらレイリー散乱光LS11,LS12,LS13は、測定光LM1の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光LS11は、時刻t2で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS12は、時刻t6で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS13は、時刻t31で被測定光ファイバFUTの一端に達する。 As the measurement light LM1 incident on the optical fiber FUT under test propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT under test. For example, when the measurement light LM1 reaches point z1 shown in Figure 1, Rayleigh scattered light LS11 is generated; when it reaches point z2 shown in Figure 1, Rayleigh scattered light LS12 is generated (time t3); and when it reaches point z3, which is further away from point z2 shown in Figure 1, Rayleigh scattered light LS13 is generated. Note that point z3 is a point farther away from point z2 than the distance from one end of the optical fiber FUT under test to point z1. These Rayleigh scattered lights LS11, LS12, and LS13 propagate in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM1. Then, Rayleigh scattered light LS11 reaches one end of the measured optical fiber FUT at time t2, Rayleigh scattered light LS12 reaches one end of the measured optical fiber FUT at time t6, and Rayleigh scattered light LS13 reaches one end of the measured optical fiber FUT at time t31.

同様に、被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM2が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM2が、図1に示す点z1に達するとレイリー散乱光LS21が生じ、図1に示す点z2に達するとレイリー散乱光LS22が生じ(時刻t9)、点z3に達するとレイリー散乱光LS23が生ずる。これらレイリー散乱光LS21,LS22,LS23は、測定光LM2の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光LS21は、時刻t8で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS22は、時刻t10で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS23は、時刻t32で被測定光ファイバFUTの一端に達する。 Similarly, as the measurement light LM2 incident on the optical fiber FUT propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT. For example, when the measurement light LM2 reaches point z1 shown in FIG. 1, Rayleigh scattered light LS21 is generated; when it reaches point z2 shown in FIG. 1, Rayleigh scattered light LS22 is generated (time t9); and when it reaches point z3, Rayleigh scattered light LS23 is generated. These Rayleigh scattered lights LS21, LS22, and LS23 propagate in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM2. Rayleigh scattered light LS21 reaches one end of the optical fiber FUT at time t8, Rayleigh scattered light LS22 reaches one end of the optical fiber FUT at time t10, and Rayleigh scattered light LS23 reaches one end of the optical fiber FUT at time t32.

被測定光ファイバFUTの一端に達したレイリー散乱光LSが、光サーキュレータ15を介して光合波器16に入射され、参照光LRと合波された後に光検出器17で光ヘテロダイン検出されると、図3(b)に示す検出信号S1が得られる。検出信号S1に含まれる成分A1は、図1に示す点z1で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号S1に含まれる成分A2は、図1に示す点z2で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号S1に含まれる成分A3は、図1に示す点z2よりも遠方の点z3で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。 The Rayleigh scattered light LS that has reached one end of the optical fiber FUT under test is incident on the optical multiplexer 16 via the optical circulator 15, where it is multiplexed with the reference light LR and then optically heterodyne detected by the photodetector 17, resulting in the detection signal S1 shown in Figure 3(b). Component A1 contained in the detection signal S1 is a component resulting from the Rayleigh scattered light that occurred at point z1 shown in Figure 1. Component A2 contained in the detection signal S1 is a component resulting from the Rayleigh scattered light that occurred at point z2 shown in Figure 1. Component A3 contained in the detection signal S1 is a component resulting from the Rayleigh scattered light that occurred at point z3, which is farther away than point z2 shown in Figure 1.

光検出器17から出力された検出信号S1は、周波数変換部18において、周波数発生器18aから出力される信号S20を用いて周波数変換器18bによって周波数変換される。ここで、本実施形態では、図3(c)に示す通り、周波数変換器18bから信号S20が出力されるタイミングが、時刻t2に設定されている。つまり、測定光LM1が図1に示す点z1に達したときに生じたレイリー散乱光LS11が被測定光ファイバFUTの一端に達した時刻t2で信号S20の出力が開始される。信号S20の周波数は、時刻t2においてf21であり、時刻t32においてf22である。尚、時刻t32は、時刻t10から、時刻0から時刻t2までの時間が経過した時刻である。 The detection signal S1 output from the photodetector 17 is frequency-converted by the frequency converter 18b in the frequency conversion unit 18 using the signal S20 output from the frequency generator 18a. In this embodiment, as shown in FIG. 3(c), the timing at which the signal S20 is output from the frequency converter 18b is set to time t2. That is, output of the signal S20 begins at time t2, when the Rayleigh scattered light LS11 generated when the measurement light LM1 reaches point z1 shown in FIG. 1 reaches one end of the optical fiber FUT under test. The frequency of the signal S20 is f21 at time t2 and f22 at time t32. Time t32 is the time after time t10, i.e., the time from time 0 to time t2, has elapsed.

図3(b)に示す検出信号S1が、図3(c)に示す信号S20を用いて周波数変換されると、図3(d)に示す信号S2が得られる。例えば、信号S2に含まれる時刻t2~t8の間(時間tscanの間)において一定の周波数f30を有する成分B1は、図3(b)に示す成分A1の周波数が変換されたものである。また、信号S2に含まれる時刻t6~t10の間(時間tscanの間)において一定の周波数f31を有する成分B2は、図3(b)に示す成分A2の周波数が変換されたものである。また、信号S2に含まれる時刻t31~t32の間(時間tscanの間)において一定の周波数f32を有する成分B3は、図3(b)に示す成分A3の周波数が変換されたものである。 When the detection signal S1 shown in FIG. 3(b) is frequency-converted using the signal S20 shown in FIG. 3(c), the signal S2 shown in FIG. 3(d) is obtained. For example, the component B1 having a constant frequency f30 between times t2 and t8 (during time t scan ) contained in the signal S2 is the frequency-converted component A1 shown in FIG. 3(b). Furthermore, the component B2 having a constant frequency f31 between times t6 and t10 (during time t scan ) contained in the signal S2 is the frequency-converted component A2 shown in FIG. 3(b). Furthermore, the component B3 having a constant frequency f32 between times t31 and t32 (during time t scan ) contained in the signal S2 is the frequency-converted component A3 shown in FIG. 3(b).

周波数変換部18で得られた信号S2は、測定部19に入力される。そして、第1実施形態と同様の処理が行われて、測定点の各々における被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)が測定される。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバFUTの点z1から点z3までの特性が連続的に測定される。 The signal S2 obtained by the frequency conversion unit 18 is input to the measurement unit 19. Then, the same processing as in the first embodiment is performed to measure the characteristics of the optical fiber FUT under test at each measurement point (e.g., temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction). By repeating the processing described above, the characteristics of the optical fiber FUT under test are continuously measured, for example, from point z1 to point z3.

以上の通り、本実施形態では、第1実施形態と同様に、まず、光源11から出力される一定周波数の光を測定光LMと参照光LRとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号S10を用いて、測定光LMの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光LMを被測定光ファイバFUTの一端から入射させ、被測定光ファイバFUT内で生じたレイリー散乱光LSを出力する。次いで、参照光LRとレイリー散乱光LSとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号S20を用いて、検出された検出信号S1の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号S2を用いて被測定光ファイバFUTの特性を測定している。これにより、第1実施形態と同様に、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。 As described above, in this embodiment, as in the first embodiment, constant-frequency light output from the light source 11 is first split into measurement light LM and reference light LR. Next, the frequency of the measurement light LM is sequentially shifted using a signal S10 whose frequency changes sequentially, and the measurement light LM whose frequency is sequentially shifted is incident on one end of the optical fiber FUT to be measured, outputting Rayleigh scattered light LS generated within the optical fiber FUT to be measured. Next, interference light between the reference light LR and the Rayleigh scattered light LS is detected, and the frequency of the detected detection signal S1 is converted using a signal S20 whose frequency changes sequentially. The frequency-converted signal S2 is then used to measure the characteristics of the optical fiber FUT to be measured. As in the first embodiment, this allows for smaller measurement errors and longer measurement distances than conventional methods.

また、本実施形態では、周波数変換部18に設けられた周波数発生器18aが、信号S20の周波数範囲を変えることなく、信号S2の発生開始タイミングを調整可能である。本実施形態では、周波数発生器18aから出力される信号S20のタイミングを、第1実施形態とは異ならせるだけで、被測定光ファイバFUTの測定範囲をシフトさせることができる。具体的に、第1実施形態の光ファイバ特性測定装置1の測定範囲は、例えば、被測定光ファイバFUTの一端から点z2までの範囲であったが、本実施形態の光ファイバ特性測定装置の測定範囲は、例えば、点z1から点z3までの範囲である。 Furthermore, in this embodiment, the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18 can adjust the timing at which the signal S2 starts to be generated without changing the frequency range of the signal S20. In this embodiment, the measurement range of the optical fiber FUT to be measured can be shifted simply by changing the timing of the signal S20 output from the frequency generator 18a from that in the first embodiment. Specifically, while the measurement range of the optical fiber characteristic measuring device 1 in the first embodiment was, for example, from one end of the optical fiber FUT to point z2, the measurement range of the optical fiber characteristic measuring device in this embodiment is, for example, from point z1 to point z3.

〔第3実施形態〕
〈光ファイバ特性測定装置〉
図4は、本発明の第3実施形態による光ファイバ特性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に示す構成と同様の構成については同じ符号を付してある。図4に示す通り、本実施形態の光ファイバ特性測定装置2は、図1に示す光ファイバ特性測定装置1とは、周波数変換部18に替えて周波数変換部18A,18B,18Cが設けられており、測定部19に替えて測定部19Aが設けられている点が異なる。このような光ファイバ特性測定装置2は、図1に示す光ファイバ特性測定装置1よりも測定距離を長くしたものである。尚、本実施形態では、被測定光ファイバFUTの長さが、第1実施形態における被測定光ファイバFUTの長さの約3倍となっている点に注意されたい。
Third Embodiment
Optical fiber characteristic measuring device
Fig. 4 is a block diagram showing the main configuration of an optical fiber characteristic measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention. In Fig. 4, components similar to those shown in Fig. 1 are designated by the same reference numerals. As shown in Fig. 4, the optical fiber characteristic measuring apparatus 2 of this embodiment differs from the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 shown in Fig. 1 in that frequency conversion units 18A, 18B, and 18C are provided instead of the frequency conversion unit 18, and a measuring unit 19A is provided instead of the measuring unit 19. The optical fiber characteristic measuring apparatus 2 has a longer measurement distance than the optical fiber characteristic measuring apparatus 1 shown in Fig. 1. It should be noted that in this embodiment, the length of the optical fiber FUT to be measured is approximately three times the length of the optical fiber FUT to be measured in the first embodiment.

周波数変換部18A,18B,18Cは、図1に示す周波数変換部18と同様の構成である。つまり、周波数変換部18A,18B,18Cは、周波数発生器18aと周波数変換器18bとを備えており、光検出器17から出力される検出信号S1の周波数を変換する。ここで、周波数変換部18Aから出力される信号S2と、周波数変換部18Bから出力される信号S2とを区別するために、前者を「信号S2a」といい、後者を「信号S2b」という。同様に、周波数変換部18Cから出力される信号S2を「信号S2c」という。 Frequency conversion units 18A, 18B, and 18C have the same configuration as frequency conversion unit 18 shown in Figure 1. That is, frequency conversion units 18A, 18B, and 18C are equipped with frequency generator 18a and frequency converter 18b, and convert the frequency of detection signal S1 output from photodetector 17. Here, to distinguish between signal S2 output from frequency conversion unit 18A and signal S2 output from frequency conversion unit 18B, the former is referred to as "signal S2a" and the latter as "signal S2b." Similarly, signal S2 output from frequency conversion unit 18C is referred to as "signal S2c."

また、周波数変換部18Aに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20と、周波数変換部18Bに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20とを区別するために、前者を「信号S20a」といい、後者を「信号S20b」という。同様に、周波数変換部18Cに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20を「信号S20c」という。信号S20a,S20b,S20cは何れも、周波数f21~f22の周波数範囲(例えば、360~560MHzの範囲)で周波数が順次変化する信号である。但し、詳細は後述するが、信号S20aの発生開始タイミング、信号S20bの発生開始タイミング、及び信号S20cの発生開始タイミングは互いに異なるように調整されている。 Furthermore, to distinguish between the signal S20 output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18A and the signal S20 output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18B, the former will be referred to as "signal S20a" and the latter will be referred to as "signal S20b." Similarly, the signal S20 output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18C will be referred to as "signal S20c." Signals S20a, S20b, and S20c are all signals whose frequencies change sequentially within the frequency range of f21 to f22 (for example, a range of 360 to 560 MHz). However, as will be described in detail later, the generation start timing of signal S20a, signal S20b, and signal S20c are adjusted to be different from one another.

測定部19Aは、切出部21a,21b,21c、フーリエ変換部22a,22b,22c、及び信号処理部23Aを備えており、周波数変換部18から出力される信号S2a,S2b,S2cを用いて被測定光ファイバFUTの特性を測定する。つまり、測定部19Aは、周波数変換部18Aに対応する切出部21a及びフーリエ変換部22aと、周波数変換部18Bに対応する切出部21b及びフーリエ変換部22bと、周波数変換部18Cに対応する切出部21c及びフーリエ変換部22cとを備える構成である。 The measurement unit 19A includes cutout units 21a, 21b, and 21c, Fourier transform units 22a, 22b, and 22c, and a signal processing unit 23A, and measures the characteristics of the optical fiber FUT under test using signals S2a, S2b, and S2c output from the frequency conversion unit 18. In other words, the measurement unit 19A includes cutout unit 21a and Fourier transform unit 22a corresponding to frequency conversion unit 18A, cutout unit 21b and Fourier transform unit 22b corresponding to frequency conversion unit 18B, and cutout unit 21c and Fourier transform unit 22c corresponding to frequency conversion unit 18C.

切出部21a,21b,21cは、図1に示す切出部21と同様のものであり、フーリエ変換部22a,22b,22cは、図1に示すフーリエ変換部22と同様のものである。このため、これらの詳細な説明は省略する。信号処理部23Aは、基本的には、図1に示す信号処理部23と同様の処理を行うことで、被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)を測定する。但し、信号処理部23Aは、上記の処理を、フーリエ変換部22a,22b,22cの各々で求められた周波数成分の大きさを用いて行う点が信号処理部23とは異なる。 Cutting units 21a, 21b, and 21c are similar to cutting unit 21 shown in FIG. 1, and Fourier transform units 22a, 22b, and 22c are similar to Fourier transform unit 22 shown in FIG. 1. Therefore, detailed description of these units will be omitted. Signal processing unit 23A basically measures the characteristics of the optical fiber FUT under test (e.g., temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction) by performing the same processing as signal processing unit 23 shown in FIG. 1. However, signal processing unit 23A differs from signal processing unit 23 in that it performs the above processing using the magnitude of the frequency components determined by each of Fourier transform units 22a, 22b, and 22c.

〈光ファイバ特性測定方法〉
図5は、本発明の第3実施形態による光ファイバ特性測定装置の動作を説明するための図である。尚、図5(a)は、測定光LM及びレイリー散乱光LSが被測定光ファイバFUT内を進行する様子を示す図である。図5(b)は、光検出器17から出力される検出信号S1を示す図である。図5(c)は、周波数変換部18Aに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20aを示す図であり、図5(d)は、周波数変換部18Aから出力される信号S2aを示す図である。図5(e)は、周波数変換部18Bに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20bを示す図であり、図5(f)は、周波数変換部18Bから出力される信号S2bを示す図である。図5(g)は、周波数変換部18Cに設けられた周波数発生器18aから出力される信号S20cを示す図であり、図5(h)は、周波数変換部18Cから出力される信号S2cを示す図である。尚、図5(a),(b)においては、図2(a),(b)に示したものと同じものについては同じ符号を付してある。
<Optical fiber characteristic measurement method>
FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the optical fiber characteristic measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5(a) shows the measurement light LM and Rayleigh scattered light LS traveling through the optical fiber FUT under test. FIG. 5(b) shows the detection signal S1 output from the photodetector 17. FIG. 5(c) shows the signal S20a output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18A, and FIG. 5(d) shows the signal S2a output from the frequency conversion unit 18A. FIG. 5(e) shows the signal S20b output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18B, and FIG. 5(f) shows the signal S2b output from the frequency conversion unit 18B. FIG. 5(g) shows the signal S20c output from the frequency generator 18a provided in the frequency conversion unit 18C, and FIG. 5(h) shows the signal S2c output from the frequency conversion unit 18C. In FIGS. 5(a) and 5(b), the same components as those shown in FIGS. 2(a) and 2(b) are denoted by the same reference numerals.

図5(a)に示す通り、時刻0で周波数がf0+f11の測定光LM(測定光LM1)が被測定光ファイバFUTに入射され、時刻tsで周波数がf0+f12の測定光LM(測定光LM2)が被測定光ファイバFUTに入射されるとする。これは、第1,第2実施形態と同様である。 As shown in Figure 5(a), at time 0, measurement light LM (measurement light LM1) with a frequency of f0 + f11 is incident on the optical fiber FUT under test, and at time ts, measurement light LM (measurement light LM2) with a frequency of f0 + f12 is incident on the optical fiber FUT under test. This is the same as in the first and second embodiments.

被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM1が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM1が、図4に示す点z2に達するとレイリー散乱光LS12が生じ(時刻t3)、図4に示す点z4に達するとレイリー散乱光LS14が生じ(時刻t6)、図4に示す点z6に達するとレイリー散乱光LS16が生ずる。これらレイリー散乱光LS12,LS14,LS16は、測定光LM1の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光LS12は、時刻t6で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS14は、時刻t41で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS16は、時刻t61で被測定光ファイバFUTの一端に達する。 As the measurement light LM1 incident on the optical fiber FUT propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT. For example, when the measurement light LM1 reaches point z2 shown in FIG. 4, Rayleigh scattered light LS12 is generated (time t3), when it reaches point z4 shown in FIG. 4, Rayleigh scattered light LS14 is generated (time t6), and when it reaches point z6 shown in FIG. 4, Rayleigh scattered light LS16 is generated. These Rayleigh scattered lights LS12, LS14, and LS16 propagate in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM1. Rayleigh scattered light LS12 reaches one end of the optical fiber FUT at time t6, Rayleigh scattered light LS14 reaches one end of the optical fiber FUT at time t41, and Rayleigh scattered light LS16 reaches one end of the optical fiber FUT at time t61.

同様に、被測定光ファイバFUTに入射された測定光LM2が、被測定光ファイバFUT内を伝播するに従って、被測定光ファイバFUTの各点でレイリー散乱光LSが生ずる。例えば、測定光LM2が、図4に示す点z2に達するとレイリー散乱光LS22が生じ(時刻t9)、図4に示す点z4に達するとレイリー散乱光LS24が生じ(時刻t10)、点z6に達するとレイリー散乱光LS26が生ずる。これらレイリー散乱光LS22,LS24,LS26は、測定光LM2の伝播方向とは逆方向に伝播する。そして、レイリー散乱光LS22は、時刻t10で被測定光ファイバFUTの一端に達し、レイリー散乱光LS24は、時刻t42で被測定光ファイバFUTの一端に達する。尚、レイリー散乱光LS26は、時刻t61から時間tscanだけ経過した時刻t62に被測定光ファイバFUTの一端に達する。 Similarly, as the measurement light LM2 incident on the optical fiber FUT propagates through the optical fiber FUT, Rayleigh scattered light LS is generated at each point in the optical fiber FUT. For example, when the measurement light LM2 reaches point z2 shown in Fig. 4, Rayleigh scattered light LS22 is generated (time t9), when the measurement light LM2 reaches point z4 shown in Fig. 4, Rayleigh scattered light LS24 is generated (time t10), and when the measurement light LM2 reaches point z6, Rayleigh scattered light LS26 is generated. These Rayleigh scattered lights LS22, LS24, and LS26 propagate in the opposite direction to the propagation direction of the measurement light LM2. Then, Rayleigh scattered light LS22 reaches one end of the optical fiber FUT at time t10, and Rayleigh scattered light LS24 reaches one end of the optical fiber FUT at time t42. The Rayleigh scattered light LS26 reaches one end of the optical fiber FUT to be measured at time t62, which is the time t scan after time t61.

被測定光ファイバFUTの一端に達したレイリー散乱光LSが、光サーキュレータ15を介して光合波器16に入射され、参照光LRと合波された後に光検出器17で光ヘテロダイン検出されると、図5(b)に示す検出信号S1が得られる。検出信号S1に含まれる成分A0は、被測定光ファイバFUTの一端の近傍で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号S1に含まれる成分A2は、図4に示す点z2で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号S1に含まれる成分A4は、図4に示す点z4で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。検出信号S1に含まれる成分A6は、図4に示す点z6で生じたレイリー散乱光に起因する成分である。 The Rayleigh scattered light LS that has reached one end of the optical fiber FUT under test is incident on the optical multiplexer 16 via the optical circulator 15, combined with the reference light LR, and then optically heterodyne detected by the photodetector 17, resulting in the detection signal S1 shown in Figure 5(b). Component A0 contained in the detection signal S1 is a component resulting from Rayleigh scattered light generated near one end of the optical fiber FUT under test. Component A2 contained in the detection signal S1 is a component resulting from Rayleigh scattered light generated at point z2 shown in Figure 4. Component A4 contained in the detection signal S1 is a component resulting from Rayleigh scattered light generated at point z4 shown in Figure 4. Component A6 contained in the detection signal S1 is a component resulting from Rayleigh scattered light generated at point z6 shown in Figure 4.

光検出器17から出力された検出信号S1は、周波数変換部18A,18B,18Cに入力されて周波数変換される。具体的に、周波数変換部18Aに入力された検出信号S1は、周波数発生器18aから出力される信号S20aを用いて周波数変換器18bによって周波数変換される。また、周波数変換部18Bに入力された検出信号S1は、周波数発生器18aから出力される信号S20bを用いて周波数変換器18bによって周波数変換される。同様に、周波数変換部18Cに入力された検出信号S1は、周波数発生器18aから出力される信号S20cを用いて周波数変換器18bによって周波数変換される。 The detection signal S1 output from the photodetector 17 is input to frequency conversion units 18A, 18B, and 18C and frequency converted. Specifically, the detection signal S1 input to frequency conversion unit 18A is frequency converted by frequency converter 18b using signal S20a output from frequency generator 18a. Similarly, the detection signal S1 input to frequency conversion unit 18B is frequency converted by frequency converter 18b using signal S20b output from frequency generator 18a. Similarly, the detection signal S1 input to frequency conversion unit 18C is frequency converted by frequency converter 18b using signal S20c output from frequency generator 18a.

ここで、図5(c),(e),(g)に示す通り、周波数変換部18Aで用いられる信号S20aと、周波数変換部18Bで用いられる信号S20bと、周波数変換部18Cで用いられる信号S20cとは、互いに異なるタイミングで発生するように調整されている。図5(c)に例示する通り、周波数変換部18Aで用いられる信号S20aは、時刻0で発生するようにタイミングが調整されている。また、図5(e)に例示する通り、周波数変換部18Bで用いられる信号S20bは、時刻t6で発生するようにタイミングが調整されている。尚、時刻t6は、測定光LM1が点z2に達したときに生じたレイリー散乱光LS12が、被測定光ファイバFUTの一端に達する時刻である。同様に、図5(g)に例示する通り、周波数変換部18Cで用いられる信号S20cは、時刻t41で発生するようにタイミングが調整されている。尚、時刻t41は、測定光LM1が点z4に達したときに生じたレイリー散乱光LS14が、被測定光ファイバFUTの一端に達する時刻である。 As shown in Figures 5(c), (e), and (g), the signal S20a used in the frequency conversion unit 18A, the signal S20b used in the frequency conversion unit 18B, and the signal S20c used in the frequency conversion unit 18C are adjusted to be generated at different times. As shown in Figure 5(c), the signal S20a used in the frequency conversion unit 18A is adjusted to be generated at time 0. As shown in Figure 5(e), the signal S20b used in the frequency conversion unit 18B is adjusted to be generated at time t6. Time t6 is the time when the Rayleigh scattered light LS12 generated when the measurement light LM1 reaches point z2 reaches one end of the optical fiber FUT under test. Similarly, as shown in Figure 5(g), the signal S20c used in the frequency conversion unit 18C is adjusted to be generated at time t41. Time t41 is the time when the Rayleigh scattered light LS14 generated when the measurement light LM1 reaches point z4 reaches one end of the optical fiber FUT under test.

図5(b)に示す検出信号S1が、図5(c)に示す信号S20aを用いて周波数変換されると、図5(d)に示す信号S2aが得られる。例えば、信号S2aに含まれる時刻0~tsの間(時間tscanの間)において一定の周波数f41を有する成分B10は、図5(b)に示す成分A0の周波数が変換されたものである。また、信号S2aに含まれる時刻t6~t10の間(時間tscanの間)において一定の周波数f42を有する成分B12は、図5(b)に示す成分A2の周波数が変換されたものである。 When the detection signal S1 shown in Fig. 5(b) is frequency-converted using the signal S20a shown in Fig. 5(c), the signal S2a shown in Fig. 5(d) is obtained. For example, the component B10 contained in the signal S2a and having a constant frequency f41 between times 0 and ts (during time t scan ) is the frequency-converted component A0 shown in Fig. 5(b). Furthermore, the component B12 contained in the signal S2a and having a constant frequency f42 between times t6 and t10 (during time t scan ) is the frequency-converted component A2 shown in Fig. 5(b).

図5(b)に示す検出信号S1が、図5(e)に示す信号S20bを用いて周波数変換されると、図5(f)に示す信号S2bが得られる。例えば、信号S2bに含まれる時刻t6~t10の間(時間tscanの間)において一定の周波数f41を有する成分B22は、図5(b)に示す成分A2の周波数が変換されたものである。また、信号S2bに含まれる時刻t41~t42の間(時間tscanの間)において一定の周波数f42を有する成分B24は、図5(b)に示す成分A4の周波数が変換されたものである。 When the detection signal S1 shown in Fig. 5(b) is frequency-converted using the signal S20b shown in Fig. 5(e), the signal S2b shown in Fig. 5(f) is obtained. For example, the component B22 having a constant frequency f41 between times t6 and t10 (during time t scan ) contained in the signal S2b is the frequency-converted component A2 shown in Fig. 5(b). Furthermore, the component B24 having a constant frequency f42 between times t41 and t42 (during time t scan ) contained in the signal S2b is the frequency-converted component A4 shown in Fig. 5(b).

図5(b)に示す検出信号S1が、図5(g)に示す信号S20cを用いて周波数変換されると、図5(h)に示す信号S2cが得られる。例えば、信号S2cに含まれる時刻t41~t42の間(時間tscanの間)において一定の周波数f41を有する成分B34は、図5(b)に示す成分A4の周波数が変換されたものである。また、信号S2cに含まれる時刻t61~t62の間(時間tscanの間)において一定の周波数f42を有する成分B36は、図5(b)に示す成分A6の周波数が変換されたものである。 When the detection signal S1 shown in Fig. 5(b) is frequency-converted using the signal S20c shown in Fig. 5(g), the signal S2c shown in Fig. 5(h) is obtained. For example, a component B34 having a constant frequency f41 between times t41 and t42 (during time t scan ) contained in the signal S2c is a frequency-converted version of the component A4 shown in Fig. 5(b). Furthermore, a component B36 having a constant frequency f42 between times t61 and t62 (during time t scan ) contained in the signal S2c is a frequency-converted version of the component A6 shown in Fig. 5(b).

周波数変換部18Aで得られた信号S2a及び周波数変換部18Bで得られた信号S2b、周波数変換部18Cで得られた信号S2cは測定部19Aに入力される。信号S2aについては、切出部21a及びフーリエ変換部22aによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われ、信号S2bについては、切出部21b及びフーリエ変換部22bによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われ、信号S2cについては、切出部21c及びフーリエ変換部22cによって、切り出し及びフーリエ変換の処理が行われる。そして、フーリエ変換部22a,22b,22cによって求められた測定点に対応する周波数成分の大きさが信号処理部23Aに入力され、測定点の各々における被測定光ファイバFUTの特性(例えば、長さ方向における温度分布や歪み分布等)が測定される。以上説明した処理が繰り返し行われることによって、例えば、被測定光ファイバFUTの一端から点z6までの特性が連続的に測定される。 Signal S2a obtained by frequency conversion unit 18A, signal S2b obtained by frequency conversion unit 18B, and signal S2c obtained by frequency conversion unit 18C are input to measurement unit 19A. Signal S2a is extracted and Fourier transformed by extraction unit 21a and Fourier transform unit 22a, signal S2b is extracted and Fourier transformed by extraction unit 21b and Fourier transform unit 22b, and signal S2c is extracted and Fourier transformed by extraction unit 21c and Fourier transform unit 22c. The magnitudes of the frequency components corresponding to the measurement points determined by Fourier transform units 22a, 22b, and 22c are then input to signal processing unit 23A, which measures the characteristics of the optical fiber FUT under test at each measurement point (e.g., temperature distribution and strain distribution in the longitudinal direction). By repeating the above-described process, the characteristics of the optical fiber FUT under test from one end to point z6 are continuously measured, for example.

以上の通り、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、まず、光源11から出力される一定周波数の光を測定光LMと参照光LRとに分岐する。次に、周波数が順次変化する信号S10を用いて、測定光LMの周波数を順次シフトさせ、周波数が順次シフトする測定光LMを被測定光ファイバFUTの一端から入射させ、被測定光ファイバFUT内で生じたレイリー散乱光LSを出力する。次いで、参照光LRとレイリー散乱光LSとの干渉光を検出し、周波数が順次変化する信号S20を用いて、検出された検出信号S1の周波数を変換する。そして、周波数が変換された信号S2を用いて被測定光ファイバFUTの特性を測定している。これにより、第1実施形態と同様に、従来よりも測定誤差が小さく、測定距離を長くすることができる。 As described above, in this embodiment, as in the first embodiment, constant-frequency light output from the light source 11 is first split into measurement light LM and reference light LR. Next, the frequency of the measurement light LM is sequentially shifted using a signal S10 whose frequency changes sequentially. The measurement light LM whose frequency is sequentially shifted is then incident on one end of the optical fiber FUT under test, and Rayleigh scattered light LS generated within the optical fiber FUT under test is output. Next, interference light between the reference light LR and the Rayleigh scattered light LS is detected, and the frequency of the detected detection signal S1 is converted using a signal S20 whose frequency changes sequentially. The frequency-converted signal S2 is then used to measure the characteristics of the optical fiber FUT under test. As in the first embodiment, this allows for smaller measurement errors and longer measurement distances than conventional methods.

また、本実施形態では、3つの周波数変換部18A,18B,18Cを設け、周波数変換部18Aに対応する切出部21a及びフーリエ変換部22aと、周波数変換部18Bに対応する切出部21b及びフーリエ変換部22bと、周波数変換部18Cに対応する切出部21c及びフーリエ変換部22cとを備える測定部19Aを設けている。そして、周波数変換部18Aで用いられる信号S20aの発生開始タイミングと、周波数変換部18Bで用いられる信号S20bの発生開始タイミングと、周波数変換部18Cで用いられる信号S20cの発生開始タイミングとを異ならせている。これにより、信号S20a,S20b,S20cの周波数範囲を変えることなく、第1,第2実施形態よりも測定距離を長くすることができる。 In addition, this embodiment provides three frequency conversion units 18A, 18B, and 18C, and provides a measurement unit 19A equipped with a cutout unit 21a and a Fourier transform unit 22a corresponding to frequency conversion unit 18A, a cutout unit 21b and a Fourier transform unit 22b corresponding to frequency conversion unit 18B, and a cutout unit 21c and a Fourier transform unit 22c corresponding to frequency conversion unit 18C. The generation start timing of signal S20a used in frequency conversion unit 18A, the generation start timing of signal S20b used in frequency conversion unit 18B, and the generation start timing of signal S20c used in frequency conversion unit 18C are made different. This allows the measurement distance to be longer than in the first and second embodiments without changing the frequency ranges of signals S20a, S20b, and S20c.

以上、本発明の実施形態による光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法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、上述した第1~第3実施形態において、レイリー散乱光LSと参照光LRとの偏波面が一致しないと感度が低下するため、偏波ダイバーシティ等によってレイリー散乱光LSと参照光LRとの偏波面を一致させるのが望ましい。 The above describes an optical fiber characteristics measuring device and an optical fiber characteristics measuring method according to embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments and can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the first to third embodiments described above, sensitivity decreases if the polarization planes of the Rayleigh scattered light LS and the reference light LR do not match, so it is desirable to match the polarization planes of the Rayleigh scattered light LS and the reference light LR using polarization diversity, etc.

また、上記第1~第3実施形態においては、光検出器17と周波数変換部18(周波数変換部18A,18B,18C)との間にA/D変換器を設け、光検出器17から検出信号S1をディジタル信号に変換しても良い。この構成の場合には、周波数変換部18(周波数変換部18A,18B,18C)及び測定部19(測定部19A)はディジタル回路で構成される。或いは、周波数変換部18(周波数変換部18A,18B,18C)と測定部19(測定部19A)の間にA/D変換器を設け、周波数変換部18(周波数変換部18A,18B,18C)から出力される信号S2(信号S2a,S2b,S2c)をディジタル信号に変換しても良い。この構成の場合には、測定部19(測定部19A)はディジタル回路で構成される。 Furthermore, in the first to third embodiments, an A/D converter may be provided between the photodetector 17 and the frequency conversion unit 18 (frequency conversion units 18A, 18B, 18C) to convert the detection signal S1 from the photodetector 17 into a digital signal. In this configuration, the frequency conversion unit 18 (frequency conversion units 18A, 18B, 18C) and the measurement unit 19 (measurement unit 19A) are configured with digital circuits. Alternatively, an A/D converter may be provided between the frequency conversion unit 18 (frequency conversion units 18A, 18B, 18C) and the measurement unit 19 (measurement unit 19A) to convert the signal S2 (signals S2a, S2b, S2c) output from the frequency conversion unit 18 (frequency conversion units 18A, 18B, 18C) into a digital signal. In this configuration, the measurement unit 19 (measurement unit 19A) is configured with a digital circuit.

また、上記第1~第3実施形態においては、周波数変換部18(周波数変換部18A,18B,18C)で用いられる信号S20(信号S20a,S20b,S20c)の周波数範囲が、一定(周波数f21~f22)である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、周波数シフト部13で用いられる信号S10の周波数をf11からf12まで変化させるのに要する時間tscanとは独立に、信号S20(信号S20a,S20b,S20c)の周波数範囲を拡げてもよい。信号S20(信号S20a,S20b,S20c)の周波数範囲を拡げることによっても測定距離を長くすることができる。 Furthermore, in the above-described first to third embodiments, the frequency range of the signal S20 (signals S20a, S20b, S20c) used in the frequency conversion unit 18 (frequency conversion units 18A, 18B, 18C) is constant (frequencies f21 to f22). However, the frequency range of the signal S20 (signals S20a, S20b, S20c) may be expanded independently of the time t scan required to change the frequency of the signal S10 used in the frequency shift unit 13 from f11 to f12. Expanding the frequency range of the signal S20 (signals S20a, S20b, S20c) also makes it possible to increase the measurement distance.

また、上記第3実施形態においては、被測定光ファイバFUTの長さが、例えば、被測定光ファイバFUTの一端から点z6までの範囲である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、時刻t62以降も、図5(c),(e),(g)に示すタイミングで信号S20a,S20b,S20cを繰り返し発生させることで、更に測定距離範囲を長くすることができる。 Furthermore, in the above third embodiment, an example was described in which the length of the optical fiber FUT under test ranges, for example, from one end of the optical fiber FUT under test to point z6. However, even after time t62, the measurement distance range can be further extended by repeatedly generating signals S20a, S20b, and S20c at the timings shown in Figures 5(c), (e), and (g).

1,2 光ファイバ特性測定装置
11 光源
12 光分岐器
13 周波数シフト部
14 光スイッチ
15 光サーキュレータ
17 光検出器
18 周波数変換部
18A,18B,18C 周波数変換部
18a 周波数発生器
19,19A 測定部
21 切出部
21a,21b,21c 切出部
22 フーリエ変換部
22a,22b,22c フーリエ変換部
23,23A 信号処理部
FUT 被測定光ファイバ
LM 測定光
LR 参照光
LS レイリー散乱光
S1 検出信号
S2 信号
S2a,S2b,S2c 信号
S10 信号
S20 信号
S20a,S20b,S20c 信号
scan 時間
1, 2 Optical fiber characteristic measuring device 11 Light source 12 Optical branching device 13 Frequency shift unit 14 Optical switch 15 Optical circulator 17 Photodetector 18 Frequency conversion unit 18A, 18B, 18C Frequency conversion unit 18a Frequency generator 19, 19A Measuring unit 21 Cutting unit 21a, 21b, 21c Cutting unit 22 Fourier transform unit 22a, 22b, 22c Fourier transform unit 23, 23A Signal processing unit FUT Optical fiber to be measured LM Measurement light LR Reference light LS Rayleigh scattered light S1 Detection signal S2 Signal S2a, S2b, S2c Signal S10 Signal S20 Signal S20a, S20b, S20c Signal t Scan time

Claims (8)

一定周波数の光を出力する光源と、
前記光源から出力される光を測定光と参照光とに分岐する第1分岐部と、
周波数が順次変化する第1信号を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる周波数シフト部と、
周波数が順次シフトする前記測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光を出力する第2分岐部と、
前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する検出部と、
周波数が順次変化する第2信号を用いて、前記検出部から出力される検出信号の周波数を変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部から出力される信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する測定部と、
を備える光ファイバ特性測定装置。
a light source that outputs light of a constant frequency;
a first branching unit that branches the light output from the light source into measurement light and reference light;
a frequency shifter that sequentially shifts the frequency of the measurement light using a first signal whose frequency sequentially changes;
a second branching section that inputs the measurement light, the frequency of which is sequentially shifted, into one end of the optical fiber under test and outputs Rayleigh scattered light generated within the optical fiber under test;
a detection unit that detects interference light between the reference light and the Rayleigh scattered light;
a frequency conversion unit that converts the frequency of the detection signal output from the detection unit using a second signal whose frequency changes sequentially;
a measurement unit that measures the characteristics of the optical fiber under test using the signal output from the frequency conversion unit;
An optical fiber characteristic measuring device comprising:
前記第1信号の周波数変化率と前記第2信号の周波数変化率とは同じであり、
前記第2信号の周波数範囲は、前記第1信号の周波数範囲よりも広い、
請求項1記載の光ファイバ特性測定装置。
a frequency change rate of the first signal and a frequency change rate of the second signal are the same;
the frequency range of the second signal is wider than the frequency range of the first signal;
2. The optical fiber characteristic measuring device according to claim 1.
前記第1信号は、予め規定された基準時間で一度の周波数変化が終わる信号であり、
前記周波数シフト部から出力される前記測定光を、前記基準時間だけのパルス幅を有する光パルスにするパルス化部を備える請求項1又は請求項2記載の光ファイバ特性測定装置。
the first signal is a signal whose frequency change ends at a predetermined reference time,
3. The optical fiber characteristic measuring device according to claim 1, further comprising a pulsing unit that converts the measurement light output from the frequency shift unit into an optical pulse having a pulse width equal to the reference time.
前記測定部は、前記周波数変換部から出力される信号から、前記被測定光ファイバに設定された測定点に応じた部分を切り出す切出部と、
前記切出部で切り出された部分に対してフーリエ変換を行って、前記測定点に対応する周波数成分の大きさを求めるフーリエ変換部と、
を備える請求項3記載の光ファイバ特性測定装置。
the measurement unit includes a cutting unit that cuts out a portion of the signal output from the frequency conversion unit according to a measurement point set in the optical fiber to be measured;
a Fourier transform unit that performs a Fourier transform on the portion cut out by the cutout unit to obtain the magnitude of the frequency component corresponding to the measurement point;
4. The optical fiber characteristic measuring device according to claim 3, comprising:
前記切出部によって切り出される部分は、前記基準時間と同じ時間幅を有する、請求項4記載の光ファイバ特性測定装置。 An optical fiber characteristic measuring device as described in claim 4, wherein the portion cut out by the cutout unit has the same time width as the reference time. 前記周波数変換部は、前記第2信号を発生する信号発生器を備えており、
前記信号発生器は、前記第2信号の発生開始タイミングを調整可能である、
請求項4記載の光ファイバ特性測定装置。
the frequency conversion unit includes a signal generator that generates the second signal;
the signal generator is capable of adjusting a timing at which the second signal starts to be generated;
5. The optical fiber characteristic measuring device according to claim 4.
前記周波数変換部は、複数設けられており、
前記測定部は、複数の前記周波数変換部に対応する複数の前記切出部及び前記フーリエ変換部をそれぞれ備えており、
複数の前記周波数変換部に設けられる前記信号発生器における前記第2信号の発生開始タイミングは互いに異なる、
請求項6記載の光ファイバ特性測定装置。
The frequency conversion unit is provided in plurality,
the measurement unit includes a plurality of the extraction units and the Fourier transform units corresponding to the plurality of the frequency conversion units,
the signal generators provided in the plurality of frequency conversion units have different generation start timings of the second signals;
7. The optical fiber characteristic measuring device according to claim 6.
一定周波数の光を出力する第1ステップと、
前記光を測定光と参照光とに分岐する第2ステップと、
周波数が順次変化する第1信号を用いて、前記測定光の周波数を順次シフトさせる第3ステップと、
周波数が順次シフトする前記測定光を被測定光ファイバの一端から入射させ、前記被測定光ファイバ内で生じたレイリー散乱光を出力する第4ステップと、
前記参照光と前記レイリー散乱光との干渉光を検出する第5ステップと、
周波数が順次変化する第2信号を用いて、前記第5ステップで検出された検出信号の周波数を変換する第6ステップと、
前記第6ステップで周波数が変換された信号を用いて前記被測定光ファイバの特性を測定する第7ステップと、
を有する光ファイバ特性測定方法。
a first step of outputting light of a constant frequency;
a second step of splitting the light into a measurement light and a reference light;
a third step of sequentially shifting the frequency of the measurement light using a first signal whose frequency is sequentially changed;
a fourth step of inputting the measurement light whose frequency is sequentially shifted into one end of an optical fiber under test and outputting Rayleigh scattered light generated in the optical fiber under test;
a fifth step of detecting interference light between the reference light and the Rayleigh scattered light;
a sixth step of converting the frequency of the detection signal detected in the fifth step using a second signal whose frequency is sequentially changed;
a seventh step of measuring the characteristics of the optical fiber under test using the signal whose frequency has been converted in the sixth step;
An optical fiber characteristic measuring method comprising:
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