專利名稱：光纖特性測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖特性測(cè)定裝置，其向光纖出射由相干光生 成的脈沖光，將對(duì)來自上述光纖的后向布里淵散射光和上述相干光進(jìn) 行合波而得到的光信號(hào)變換為電信號(hào)，基于該電信號(hào)求出上述光纖的 特性。
本申請(qǐng)基于在2006年12月13日申請(qǐng)的日本國(guó)專利申請(qǐng)第 2006-336200號(hào)而要求優(yōu)先權(quán)，在這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
已知一種通過測(cè)定向光纖中入射脈沖光而產(chǎn)生的布里淵散射光 的中心頻率，測(cè)定光纖在所設(shè)定的環(huán)境中的變形或溫度分布的方法。 在該測(cè)定方法中，由于將進(jìn)設(shè)置的光纖自身作為檢測(cè)變形或溫度的介 質(zhì)利用，所以與配置多個(gè)點(diǎn)型傳感器的方法相比，能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 測(cè)定變形及溫度分布。
在這種測(cè)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(cè)定方法，'是通過測(cè)定被速度依賴于變形或溫度而 變化的聲波反射的自然布里淵散射光(后向布里淵散射光)的頻移量 的方法，該方法通過從光纖的一端入射脈沖光，檢測(cè)出從光纖的相同 端出射的后向布里淵散射光。該方法在專利第2575794號(hào)公報(bào)及專利 第3481494號(hào)公報(bào)中公開。
另一方面，BOTDA方式的測(cè)定方法，是從光纖的一端入射大于或 等于規(guī)定閾值的光強(qiáng)度的光脈沖(泵浦光)，從光纖的另一端入射探 測(cè)光，通過由泵浦光產(chǎn)生的誘導(dǎo)布里淵散射現(xiàn)象而測(cè)定探測(cè)光的變化 成分的方法。該方法在專利第2589345號(hào)公報(bào)中公開。
但是，在B0TDR方式的測(cè)定方法及B0TDA方式的測(cè)定方法中， 己知通過使入射至光纖中的脈沖光的脈寬變小而提高空間分辨率，但 由于在脈寬小于或等于規(guī)定值的情況下，無法高精度地測(cè)定布里淵散 射光的中心頻率，所以其空間分辨率為2 3m左右。
為了在上述利用了布里淵散射光的測(cè)定方法中提高空間分辨 率，提出了一種考慮聲波瞬變現(xiàn)象的分布式光纖傳感器系統(tǒng)。該提案 由李哲賢、津田勉、岸田欣增、電子信息通信學(xué)會(huì)計(jì)數(shù)研究報(bào)告 0FT2005-16、 P. 1-6《使用PPP —B0TDA測(cè)定技術(shù)實(shí)現(xiàn)10cra分辨率的 布里淵分布測(cè)量》中公開。該分布式光纖傳感器系統(tǒng)，著眼于由于引 起布里淵散射的聲波為機(jī)械振動(dòng)，所以存在無法瞬間開始振動(dòng)的瞬變 現(xiàn)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泵浦光傳遞至光纖后，使用于產(chǎn)生測(cè)定用的布里淵散射光的第2 泵浦光傳遞，從而防止在測(cè)定用的布里淵散射光中產(chǎn)生瞬變現(xiàn)象，能 夠?qū)崿F(xiàn)10cm左右的高空間分辨率。
另外，提出一種能夠利用與時(shí)域測(cè)量完全不同的原理，實(shí)現(xiàn)cm 級(jí)的高空間分辨率的裝置。該提案在專利第3667132號(hào)公報(bào)中公開。 該裝置著眼于，使用頻率變換器變換探測(cè)光的中心頻率，以使得泵浦 光和探測(cè)光的中心頻率的頻率差處于布里淵頻移附近，在此基礎(chǔ)上， 通過調(diào)制光源的振蕩頻率，在兩種光的相位同步的位置上，選擇性地 進(jìn)行從泵浦光向探測(cè)光的功率移動(dòng)。然后，通過由光檢測(cè)器檢測(cè)從光 纖出射的探測(cè)光的功率，測(cè)定兩種光的相位同步的位置上的布里淵頻 譜。根據(jù)上述裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)lcm左右的高空間分辨率。這種方法稱 為B0CDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis)方 式。

發(fā)明內(nèi)容
但是，非專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)4都是通過從光纖的兩端入射 測(cè)定光的方式而實(shí)現(xiàn)的，沒有提出能夠在BOTDR方式的測(cè)定方法中實(shí)
現(xiàn)高空間分辨率的方案。
在B0TDA方式或B0CDA方式的測(cè)定方法中，必須從光纖的兩端
入射測(cè)定光(泵浦光及探測(cè)光)，由于裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，裝置成本變 高，所以期望能夠在BOTDR方式的測(cè)定方法中實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的方法。
本發(fā)明就是鑒于上述問題點(diǎn)而提出的，其目的在于，在使用布 里淵散射現(xiàn)象的測(cè)定方法中，通過信號(hào)光僅從光纖的一側(cè)端部入射而 實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是一種光纖特性測(cè)定裝置，其使由 相干光生成的脈沖光向光纖出射，將通過將來自上述光纖的后向布里 淵散射光和上述相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)變換為電信號(hào)，基于 該電信號(hào)求出上述光纖的特性，特征在于，具有光脈沖生成部，其
由上述相干光生成脈沖序列并向上述光纖出射，該脈沖序列的第1
脈沖光和第2脈沖光之間的時(shí)間間隔小于或等于光纖中的聲波壽命； 檢波部，其將通過對(duì)后向布里淵散射光和上述相干光進(jìn)行合波而得到
的光信號(hào)變換為電信號(hào)，該后向布里淵散射光包括上述第l脈沖光的 后向布里淵散射光及上述第2脈沖光的后向布里淵散射光；信號(hào)處理
部，其通過對(duì)該電信號(hào)和將該電信號(hào)延遲第1脈沖光和上述第2脈沖 光的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，從而生成干涉信號(hào)，基于該干涉 信號(hào)求出上述光纖的特性；以及電氣或光學(xué)式頻率可變部，其用于根 據(jù)上述電信號(hào)得到布里淵頻譜。
根據(jù)具有上述特征的本發(fā)明，從上述相干光生成使第1脈沖光 和第2脈沖光之間的時(shí)間間隔小于或等于聲波壽命的脈沖序列，將對(duì) 包括第1脈沖光的后向布里淵散射光及第2脈沖光的后向布里淵散射 光的后向布里淵散射光、與相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)變換為電 信號(hào)，通過對(duì)該電信號(hào)和將該電信號(hào)延遲第1脈沖光和上述第2脈沖 光的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，生成干涉信號(hào)，基于該干涉信號(hào) 求出上述光纖的特性。
另外，在本發(fā)明中，還具有偏振面變更部，其可以變更上述相 干光的偏振面，或變更上述后向布里淵散射光的偏振面，該后向布里 淵散射光包含上述第1脈沖光的后向布里淵散射光及上述第2脈沖光
的后向布里淵散射光。
另外，在本發(fā)明中，還具有多余成分去除部，其去除向上述光 纖出射的上述脈沖序列中包含的多余成分。
另外，在本發(fā)明中，還具有信號(hào)發(fā)生部，其生成具有與上述 后向布里淵散射光的頻移量大致一致的頻率的混頻用信號(hào)；以及混頻 部，其將上述混頻用信號(hào)與上述電信號(hào)混頻。
另外，在本發(fā)明中，上述聲波的壽命，是上述聲波的能量從峰
值功率下降至小于或等于該峰值功率的5%的時(shí)間。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，通過從上述相干光生成使第1脈沖光和第2脈沖 光之間的間隔成為小于或等于聲波壽命的時(shí)間間隔的脈沖序列，將對(duì) 包括第1脈沖光的后向布里淵散射光及第2脈沖光的后向布里淵散射
光的后向布里淵散射光、與相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)，變換為 電信號(hào)，通過對(duì)該電信號(hào)和將該電信號(hào)延遲第1脈沖光和上述第2 脈沖光的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，生成干涉信號(hào)。由此生成的 干涉信號(hào)的布里淵頻譜，表示將第1脈沖光的后向布里淵散射光的布 里淵頻譜及第2脈沖光的后向布里淵散射光的布里淵頻譜進(jìn)行比較 而產(chǎn)生的陡峭的布里淵頻譜。由此，通過基于干涉信號(hào)求出上述光纖 的特性，能夠非常容易地檢測(cè)布里淵頻移，有效地實(shí)現(xiàn)空間分辨率的 提高。
由此，根據(jù)本發(fā)明，在使用布里淵散射現(xiàn)象的測(cè)定方法中，能 夠通過信號(hào)光僅從光纖的一側(cè)端部入射而實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置的功能 結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置所具有 的信號(hào)處理部的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的框圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置所具有 的信號(hào)處理部的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的框圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置所具有
的信號(hào)處理部的具體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的框圖。
圖5是用于說明第l脈沖光電信號(hào)的布里淵頻譜的說明圖。
圖6是用于說明干涉信號(hào)的布里淵頻譜的說明圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置的模擬
結(jié)果的曲線圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置的測(cè)定 結(jié)果的曲線圖。
圖9是表示現(xiàn)有的光纖特性測(cè)定裝置的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。 圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2中的光纖特性測(cè)定裝置的功能 結(jié)構(gòu)的框圖。
圖11是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3中的光纖特性測(cè)定裝置的功能 結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照

本發(fā)明所涉及的光纖特性測(cè)定裝置的一個(gè) 實(shí)施方式。此外，在下述附圖中，為了使各部件成為可以識(shí)別的大小， 適當(dāng)?shù)刈兏烁鞑考谋壤?(實(shí)施方式1)
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1中的光纖特性測(cè)定裝置Sl的功 能結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl具 有光源1、分支耦合器2、光脈沖發(fā)生回路3 (光脈沖生成部)、光 放大器4、光方向性結(jié)合器5、光纖連接器6、被測(cè)光纖7、平衡受光 回路8 (檢波部)、第1放大器9、信號(hào)發(fā)生部10 (信號(hào)發(fā)生部)、 混頻器11 (混頻部)、低通濾波器12、第2放大器13及信號(hào)處理部 14 (信號(hào)處理部)。
光源1產(chǎn)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(dǎo)體激光器。另外，在本實(shí)施 方式中，光源l發(fā)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(wèi)個(gè)入射端口和2個(gè)出射端口的1X2的光 分支耦合器，入射至入射端口的相干光la分配至2個(gè)出射端口中， 分別作為相干光2a、 2b而出射。
光脈沖發(fā)生回路3為高速光開關(guān)等，通過開關(guān)的接通/斷開而 由相干光2a生成能夠?qū)崿F(xiàn)要求的空間分辨率的、脈寬為數(shù)納秒左右 的脈沖光，向被測(cè)光纖7出射。另外，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定 裝置S1中，由光纖發(fā)生回路3生成連續(xù)2個(gè)脈寬為數(shù)納秒的脈沖光 的脈沖序列3a，而不是生成單一的脈沖光。
在該脈沖序列3a所具有的2個(gè)脈沖光中，先生成的第1脈沖光 3al和后生成的第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔，成為小于或等于被 測(cè)光纖7中的聲波的壽命的時(shí)間間隔，優(yōu)選小于或等于10納秒。此 外，這里所說的聲波壽命，廣義上是指在被測(cè)光纖7的內(nèi)部產(chǎn)生的聲 波的壽命，包括規(guī)定聲波從產(chǎn)生至消失的時(shí)間。但是，為了更可靠地 生成后述的干涉信號(hào)，優(yōu)選聲波壽命為上述聲波的能量從峰值功率下 降直至小于或等于該峰值功率的5%的時(shí)間。例如，在聲波的能量基 于下式(1)衰減的情況下，所謂直至小于或等于峰值功率的5%的 時(shí)間，表示為直至成為(t>3Ta)的時(shí)間。其中，式(1)中的Ta
是聲波的衰減時(shí)間。
exp[-t/Ta] (1)
另外，脈沖序列3的產(chǎn)生周期依賴于被測(cè)光纖7的長(zhǎng)度(即距 離范圍)，例如如果是10km的距離范圍，則其產(chǎn)生周期為200"秒 左右，如果是lkm的距離范圍，則其產(chǎn)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 的脈沖序列3a放大至規(guī)定水平而出射。
光方向性結(jié)合器5使用光循環(huán)器等。該光方向性結(jié)合器5將入 射至入射端口 51的脈沖序列3a從出射/入射端口 52出射，同時(shí)將 從被測(cè)光纖7經(jīng)由光纖連接器6入射至出射/入射端口 52的折返光 7a從出射端口 53出射。
光纖連接器6將光方向性結(jié)合器5的出射/入射端口 52與被測(cè) 光纖7的一側(cè)端部進(jìn)行連接，將從光方向性結(jié)合器5入射的脈沖序列 3a向被測(cè)光纖7出射，同時(shí)將來自被測(cè)光纖7的折返光7a向光方向
性結(jié)合器5出射。
在這里，在來自被測(cè)光纖7的折返光7a所包含的光信號(hào)中，自 然布里淵散射光(后向布里淵散射光)，相對(duì)于入射至被測(cè)光纖7 的脈沖序列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，由于在折返光7a包含的光信號(hào)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(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl中，入射至被測(cè)光 纖7的脈沖序列3a，具有時(shí)間間隔小于或等于聲波壽命的第1脈沖 光3al和第2脈沖光3a2。因此，在來自被測(cè)光纖7的折返光7a中， 第1脈沖光3al的折返光和第2脈沖光3a2的折返光重疊存在。即， 來自被測(cè)光纖7的折返光7a包含第l脈沖光3al的折返光和第2脈 沖光3a2的折返光。
平衡受光回路8將通過對(duì)相干光2b和折返光7a進(jìn)行合波而得 到的光信號(hào)變換為電信號(hào)，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(duì)從上述分支耦合器2出射的頻率f。的相 干光2b、和經(jīng)由光方向性結(jié)合器5出射的頻率fb (= "f。士fs"、 "f。")的折返光7a進(jìn)行合波，得到光信號(hào)81a。此外，光信號(hào)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(hào)81a變換為電信號(hào)82a而輸出直流 和"fs"。
在這里，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl中，如上述所示， 來自被測(cè)光纖7的折返光7a中含有第1脈沖光3al的折返光和第2 脈沖光3a2的折返光這兩種。因此，對(duì)于通過由合波耦合器81的合 波產(chǎn)生的光信號(hào)81a及由該光信號(hào)81a變換的電信號(hào)82a，包含屬于 第1脈沖光3al的折返光的成分和屬于第2脈沖光3a2的折返光的成 分這兩種。另外，由于第l脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間具有小 于或等于聲波壽命的時(shí)間間隔，所以在從平衡受光回路8輸出的電信 號(hào)82a中，在屬于第l脈沖光3al的折返光的成分和屬于第2脈沖光3a2的折返光的成分之間，具有相當(dāng)于與第1脈沖光3al和第2脈沖 光3 a 2之間的時(shí)間間隔相同的時(shí)間間隔的延遲差。
第1放大器9對(duì)電信號(hào)82a進(jìn)行放大，直至適合混頻器11 (后 述)處理的電平，進(jìn)行輸出。
此外，在電信號(hào)82a包含的頻率成分中，直流成分通過對(duì)電路 進(jìn)行交流結(jié)合等而去除。
信號(hào)發(fā)生部10由下述部分構(gòu)成信號(hào)發(fā)生電路101，其生成正 弦波的RF (無線頻率)信號(hào)10a，作為混頻用信號(hào)；以及控制電路 102，其設(shè)定RF信號(hào)10a的頻率fr。另外，在本實(shí)施方式中，頻率 fr在用于檢測(cè)布里淵散射光的折返光的頻移fs附近即大約8 12GHz 的范圍內(nèi)可變。由此，通過在信號(hào)發(fā)生部10中使頻率fr可變，能夠 測(cè)定電信號(hào)82a的頻譜。g卩，在本實(shí)施方式中，信號(hào)發(fā)生部10還起 到作為本發(fā)明的頻率可變部的功能。
混頻器11對(duì)從平衡受光回路8輸出的電信號(hào)82a和從信號(hào)發(fā)生 器10輸出的RF信號(hào)10a進(jìn)行混頻，將電信號(hào)82a的頻率降低RF信 號(hào)10a的頻率大小而輸出電信號(hào)lla (基帶信號(hào))。在這里，由于RF 信號(hào)10a的頻率fr設(shè)定在折返光的頻移fs附近，所以上述2個(gè)頻率 成分中，將頻移fs的值降低頻率fr后的頻率成分接近直流成分(基 帶)。由此，該頻率成分成為位于混頻器11后段的電路(即、低通 濾波器12、第2放大器13、信號(hào)處理部14)能夠容易地進(jìn)行處理的 頻率區(qū)域。
在這里，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl中，從平衡受光 回路8輸出電信號(hào)82a，該電信號(hào)82a包含屬于第1脈沖光3al的折 返光的成分和屬于第2脈沖光3a2的折返光的成分，這兩種成分之間 具有相當(dāng)于與第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔相同 的時(shí)間間隔的延遲差。因此，在從混頻器ll輸出的電信號(hào)lla中也 包含屬于第1脈沖光3al的折返光的成分和屬于第2脈沖光3a2的折 返光的成分，這兩種成分之間具有相當(dāng)于與第1脈沖光3al和第2 脈沖光3 a 2之間的時(shí)間間隔相同的時(shí)間間隔的延遲差。
在這里，為了得到期望的電信號(hào)lla，使用混頻器回路11、信
號(hào)發(fā)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 與上述布里淵散射光大致一致的光頻率的相干光，將該相干光進(jìn)行合
波，也能夠得到相同效果?；蛘邔?duì)送出的脈沖光3a使用光頻率變換 器，該光頻率變換器使其頻移與后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是用于去除從混頻器11輸出的電信號(hào)lla中所 包含的噪聲等高頻成分而提高S/ N比(信號(hào)/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(hào)lla放大至適 合信號(hào)處理部14的電平。
信號(hào)處理部14通過將電信號(hào)lla和將該電信號(hào)lla延遲第l脈 沖光3al和第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，生 成干涉信號(hào)，即通過將電信號(hào)lla中包含的屬于第1脈沖光3al的折 返光的成分(下面稱為第1脈沖光成分)、和屬于第2脈沖光3a2 的折返光的成分(下面稱為第2脈沖光成分)在時(shí)間軸上對(duì)齊而進(jìn)行 求和，從而生成干涉信號(hào)，根據(jù)該干涉信號(hào)測(cè)定光纖7的特性。
作為該信號(hào)處理部14的具體結(jié)構(gòu)，例如圖2所示，可以舉出具 有下述部分的結(jié)構(gòu)A/D轉(zhuǎn)換器141，其將包含第l脈沖光成分及第 2脈沖光成分的模擬信號(hào)lla變換為數(shù)字信號(hào)llal而并行輸出；延 遲器142，其將一個(gè)數(shù)字信號(hào)llal延遲第1脈沖光3al和第2脈沖 光3a2之間的時(shí)間間隔量，作為數(shù)字信號(hào)11a2輸出；加法器143， 其通過將數(shù)字信號(hào)llal和數(shù)字信號(hào)11a2進(jìn)行求和而生成干涉信號(hào) 11a3;以及平方律檢波處理部144，其對(duì)干涉信號(hào)11a3進(jìn)行平方律 檢波處理。此外，該延遲器142的功能可以由軟件進(jìn)行。
另外，作為信號(hào)處理部14的其他結(jié)構(gòu)，例如圖3所示，可以舉 出具有下述部分的結(jié)構(gòu)A/D轉(zhuǎn)換器145，其將分支后的一個(gè)模擬信 號(hào)lla變換為數(shù)字信號(hào)llal; A/D轉(zhuǎn)換器146，其將分支后的另一 個(gè)模擬信號(hào)lla變換為數(shù)字信號(hào)llal;延遲器142，其使從該A/D 轉(zhuǎn)換器146輸出的數(shù)字信號(hào)llal延遲第1脈沖光3al和第2脈沖光 3a2之間的時(shí)間間隔量，作為數(shù)字信號(hào)11a2輸出；加法器143;以及 平方律檢波處理部144。另外，作為信號(hào)處理部14的另一個(gè)結(jié)構(gòu)，例如圖4所示，可以 舉出具有下述部分的結(jié)構(gòu)延遲器147，其使分支的一個(gè)模擬信號(hào)lla 延遲第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔量，作為模擬 信號(hào)lla4輸出；加法器148，其通過將模擬信號(hào)lla和延遲的模擬 信號(hào)11a4以模擬信號(hào)進(jìn)行求和而生成干涉信號(hào)11a5; A/D轉(zhuǎn)換器 149，其將干涉信號(hào)11a5變換為數(shù)字信號(hào)，作為干涉信號(hào)11a3輸出； 以及平方律檢波處理部144。
另外，由于作為平方律檢波處理假定使用軟件進(jìn)行處理，所以 在上述結(jié)構(gòu)中均具有A / D轉(zhuǎn)換器，但在作為平方律檢波處理使用硬 件進(jìn)行處理的情況下，信號(hào)處理部14并不必須具有A/D轉(zhuǎn)換器。
然后，通過一邊為了檢測(cè)布里淵散射光而使RF信號(hào)10a的頻率 fr在頻移fs的附近可變， 一邊重復(fù)上述處理，可以得到布里淵頻譜。
另外，本實(shí)施方式的信號(hào)處理部14，不僅測(cè)定被測(cè)光纖7的特 性(變形或損耗)，還通過在時(shí)間軸上檢測(cè)折返光7a而求出變形特 性或損耗特性的距離分布。
此外，布里淵散射光具有下述特性因脈沖光在被測(cè)光纖7中 的相同聲波中反射而生成的布里淵散射光相互干涉，因脈沖光在不同 的聲波中反射而生成的布里淵散射光不相互干涉。由于聲波雖然具有 速度，但與脈沖光的速度相比非常慢，所以可以認(rèn)為因脈沖光在相同 聲波中反射而生成的布里淵散射光彼此在被測(cè)光纖7中的相同的位 置生成。即，布里淵散射光如果在被測(cè)光纖7中的相同位置生成，則 相互干涉，如果在被測(cè)光纖7中的不同位置生成，則相互不干涉。
在這里，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S1中，第l脈沖光 3al和第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔，小于或等于被測(cè)光纖7中的 聲波壽命。因此，如果第1脈沖光3al由被測(cè)光纖7中的規(guī)定聲波反 射而生成后向布里淵散射光，則第2脈沖光3a2也由相同聲波反射， 在折返光7a中包含能夠進(jìn)行干涉的后向布里淵散射光。由此，能夠 通過在信號(hào)處理部14中將兩者的時(shí)間對(duì)齊而進(jìn)行求和，從而生成干 涉信號(hào)。
在本實(shí)施方式中，將能夠產(chǎn)生可以干涉的后向布里淵散射光的 第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間的最長(zhǎng)時(shí)間間隔，設(shè)為聲波壽 命。由此，例如在第1脈沖光3al由即將消失的聲波反射的情況下， 該聲波在第2脈沖光3a2到達(dá)之前會(huì)消失，所以認(rèn)為存在由第1脈沖 光3al生成的布里淵散射光的干涉對(duì)象不存在的情況。在上述情況 下，在信號(hào)處理部14中無法生成干涉信號(hào)，但如果使第1脈沖光3al 和第2脈沖光3a2之間的時(shí)間間隔小于或等于聲波壽命，則不會(huì)出現(xiàn) 所有的布里淵散射光都不存在干涉對(duì)象的情況。另外，在生成了干涉 信號(hào)的情況下，通過使用該干涉信號(hào)測(cè)定被測(cè)光纖7的特性，能夠沿 被測(cè)光纖7的整個(gè)長(zhǎng)度充分地進(jìn)行特性測(cè)定。
下面，說明本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S1的動(dòng)作，在下述 說明中，以第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2到達(dá)被測(cè)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分為出射至光脈沖發(fā)生回路3的相干 光2a和出射至平衡受光回路8的相干光2b。
如果相干光2a入射至光脈沖發(fā)生回路3，則通過光脈沖發(fā)生回 路3，由相干光2a生成脈沖序列3a，該脈沖序列3a由具有小于或等 于被測(cè)光纖7中的聲波壽命的第l脈沖光3al和第2脈沖光3a2構(gòu)成。
脈沖序列3a由光放大器4放大后，入射至光方向性結(jié)合器5的 入射端口 51。然后，脈沖序列3a從光方向性結(jié)合器5的出射/入射 端口 52出射，經(jīng)由光纖連接器6從被測(cè)光纖7的一側(cè)端部入射。
由此，如果脈沖序列3a從被測(cè)光纖7的一側(cè)端部入射，則在被 測(cè)光纖7中，由于第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2到達(dá)相同的聲波 處，所以產(chǎn)生布里淵散射光。因此，在來自被測(cè)光纖7的折返光7a 中，第1脈沖光3al的后向布里淵散射光成分和第2脈沖光3a2的后 向布里淵散射光成分，以具有與第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2 之間的時(shí)間間隔相同的時(shí)間間隔的延遲的狀態(tài)重疊地出射。
此外，如上述所示，由于折返光7a受到布里淵散射現(xiàn)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， 由于在折返光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(jīng)由光纖連接器6而從光方向性結(jié)合器5的出 射/入射端口 52入射后，從出射端口 53出射而入射至平衡受光回路 8。
入射至平衡受光回路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(hào)81a,該光信號(hào)81a利用光一電變換回 路82變換為電信號(hào)82a。另外，如上述所示，在電信號(hào)82a中，包 含直流成分、和"fs"這2種頻率成分。
電信號(hào)82a由第1放大器9放大，此時(shí)，去除自身包含的頻率 成分中的直流成分。然后，放大后的電信號(hào)82a輸入至混頻器11。
另一方面，在信號(hào)發(fā)生部10中，通過控制電路102控制信號(hào)發(fā) 生電路101，生成將頻率fr設(shè)定在頻移fs附近的RF信號(hào)10a。
然后，該RF信號(hào)輸入至混頻器11。
其結(jié)果，電信號(hào)82a和RF信號(hào)10a混頻。由此，如果將電信號(hào) 82a和RF信號(hào)10a混頻而使電信號(hào)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(jié)果，由第l脈沖光3al 及第2脈沖光3a2得到布里淵散射光的頻率減低至基帶區(qū)域的電氣信 號(hào)lla。 S卩，能夠從電信號(hào)82a包含的3個(gè)頻率成分中僅檢測(cè)出頻率 "fs"的信號(hào)成分，僅對(duì)相當(dāng)于后向布里淵散射光的電信號(hào)進(jìn)行處理。
然后，電信號(hào)82a由低通濾波器12去除高頻成分，由第2放大 器13放大后輸入至信號(hào)處理部14。
在這里，在輸入至信號(hào)處理部14的電信號(hào)lla中，包含屬于第 1脈沖光3al的折返光(后向布里淵散射光)的成分、和屬于第2脈 沖光3a2的折返光(后向布里淵散射光)的成分。然后，該模擬信號(hào) lla輸入至信號(hào)處理部14。此時(shí)，在基于第1脈沖光成分的布里淵頻 譜和基于第2脈沖光成分的布里淵頻譜之間，具有與第l脈沖光3al 和第2脈沖光3 a 2之間的時(shí)間間隔相當(dāng)?shù)南辔徊睢?br> 基于第1脈沖光成分的布里淵頻譜，與如現(xiàn)有的測(cè)定方法所示 的，僅將單一脈沖光入射至被測(cè)光纖7的情況相同地，成為如圖5 所示的平坦頻譜。另外，基于第2脈沖光成分的布里淵頻譜，也與基
于第l脈沖光成分的布里淵頻譜相同地，成為平坦頻譜。
并且，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S1中，通過將電信號(hào) lla和將該電信號(hào)ll延遲第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間的 時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，即將第1脈沖光成分和第2脈沖光成 分在時(shí)間軸上對(duì)齊而進(jìn)行求和，生成干涉信號(hào)11a3。該干涉信號(hào)11a3 的布里淵頻譜中，由于基于第l脈沖光3al的布里淵頻譜和基于第2 脈沖光3a2的布里淵頻譜之間，具有與第1脈沖和第2脈沖之間的時(shí) 間間隔相當(dāng)?shù)南辔徊?，所以如圖6所示，被狹窄化而成為陡峭的頻譜。 并且，信號(hào)處理部14使用具有該被狹窄化的陡峭的布里淵頻譜的干 涉信號(hào)11a3，測(cè)定被測(cè)光纖7的特性。通過使用上述具有被狹窄化 的陡峭的布里淵頻譜的干涉信號(hào)Ua3，能夠高精度地檢測(cè)布里淵頻 移，提高空間分辨率。
根據(jù)上述的本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl,由相干光2a 生成第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2之間的間隔設(shè)為小于或等于被 測(cè)光纖7中的聲波壽命的脈沖序列3a，包含第1脈沖光3al的折返 光(后向布里淵散射光)和第2脈沖光3a2的折返光的光信號(hào)，與相 干光合波后變換為電信號(hào)，通過將第1脈沖光成分和第2脈沖光成分 在時(shí)間軸上對(duì)齊而進(jìn)行求和，生成干涉信號(hào)11a3。由此生成的干涉 信號(hào)11a3，表示將基于第1脈沖光3al的布里淵頻譜和基于第2脈 沖光3a2的布里淵頻譜進(jìn)行比較而被狹窄化的陡峭的頻譜。由此，通 過基于干涉信號(hào)Ua3求出被測(cè)光纖7的特性，能夠非常容易地檢測(cè) 布里淵頻移，有效地實(shí)現(xiàn)空間分辨率的提高。
由此，根據(jù)本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl，在使用布里淵 散射現(xiàn)象的測(cè)定方法中，能夠由僅從光纖的一側(cè)端部入射的信號(hào)光實(shí) 現(xiàn)高空間分辨率。
圖7是表示下述曲線圖，E卩，在將第1脈沖光3al和第2脈沖 光3a2之間的間隔設(shè)為5nsec,將第1脈沖光3al和第2脈沖光3a2 的脈寬設(shè)為2nsec的情況下，根據(jù)本發(fā)明對(duì)從光纖中的一點(diǎn)折返的布 里淵散射光測(cè)定的信號(hào)的模擬結(jié)果。在該圖中，在一5nsec處表示的 波形是基于第1脈沖光成分的布里淵頻譜，在+ 5nsec處表示的波形
是基于第2脈沖光成分的布里淵頻譜。此外，在本模擬中，通過模擬 而將第1脈沖光成分和第2脈沖光成分的時(shí)間軸對(duì)齊進(jìn)行求和，生成 干涉信號(hào)lla3。其結(jié)果為Onsec處所示的布里淵頻譜。
根據(jù)該模擬可知，通過將表示平坦的布里淵頻譜的第1脈沖光 成分和第2脈沖光成分的時(shí)間軸對(duì)齊而進(jìn)行求和，能夠生成具有陡峭 的布里淵頻譜的干涉信號(hào)11a3。
另外，圖8是表示在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S1中，在 被測(cè)光纖7中有意地形成變形分布的情況下的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。另 外，圖9是表示在現(xiàn)有的光纖特性測(cè)定裝置(使用單一脈沖光的測(cè)定 方法)中，在被測(cè)光纖中有意形成相同變形分布的情況下的測(cè)定結(jié)果 的曲線圖。
通過比較這些圖可知，本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置Sl的測(cè) 定結(jié)果，與現(xiàn)有的光纖特性測(cè)定裝置的測(cè)定結(jié)果相比，接近于被測(cè)光
纖中形成的變形分布。由此，根據(jù)本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置 Sl，能夠有效地實(shí)現(xiàn)空間分辨率的提高。
另外，在圖8所示的測(cè)定結(jié)果中，通過由信號(hào)處理部14進(jìn)行運(yùn) 算處理而得到原始數(shù)據(jù)，通過對(duì)布里淵頻譜實(shí)施噪聲去除濾波，利用 曲線擬合法進(jìn)行近似處理，或者利用得到的布里淵頻譜實(shí)施周期性變 動(dòng)而實(shí)施濾波處理，能夠更高精度地測(cè)定變形分布。
(實(shí)施方式2)
下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式2。此外，在本實(shí)施方式2的說明 中，對(duì)于與上述實(shí)施方式l相同的部分，省略或簡(jiǎn)化其說明。
圖10是表示本實(shí)施方式2的光纖特性測(cè)定裝置S2的功能結(jié)構(gòu) 的框圖。
如該圖所示，本實(shí)施方式2的光纖特性測(cè)定裝置S2，在分支耦 合器2和平衡受光回路8之間設(shè)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(jī)地進(jìn)行變更。
在上述實(shí)施方式l中，假定向平衡受光回路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(tài)的關(guān)系恒定。
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(jī)化的多模光纖。
艮P，在使用普通的光纖作為被測(cè)光纖7的情況下，不滿足上述條件。
另一方面，平衡受光回路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(shí) 為0，即具有偏振依賴性。
因此，如本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)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(jī)變更，能夠使平 衡受光回路8中的檢波靈敏度平均化。由此，能夠消除平衡受光回路 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(gè) 規(guī)定單位時(shí)間內(nèi)變化90° ，取得多個(gè)單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)定結(jié)果的平方 和均值，這種方法也能夠消除平衡受光回路8的偏振依賴性。
另外，在本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S2中，采用在分支耦 合器2和平衡受光回路8之間設(shè)置偏振控制裝置20的結(jié)構(gòu)。但是并 不限于此，通過在分支耦合器2和光方向性結(jié)合器5之間或光方向性 結(jié)合器5和被測(cè)光纖7之間設(shè)置偏振控制裝置，變更脈沖序列3a或 折返光7a的偏振狀態(tài)，也能夠得到相同效果。
(實(shí)施方式3)
下面，說明本發(fā)明的實(shí)施方式3。另外，在本實(shí)施方式3的說明 中，對(duì)于與上述實(shí)施方式l相同的部分，省略或簡(jiǎn)化其說明。
圖11是表示本實(shí)施方式3的光纖特性測(cè)定裝置S3的功能結(jié)構(gòu) 的框圖。
如該圖所示，本實(shí)施方式3的光纖特性測(cè)定裝置S3，設(shè)置ASE 光去除用光開關(guān)30 (多余成分去除部)。該ASE光去除用光開關(guān)30 將通過由光放大器4放大脈沖序列3而附加在脈沖序列3a中的噪聲 成分(ASE光)去除。
在上述實(shí)施方式1中，假定能夠忽略由光放大器4產(chǎn)生的噪聲
成分(多余成分)，但實(shí)際上，由于其有可能使脈沖序列3a或折返 光7a的S/N惡化，所以優(yōu)選進(jìn)行去除。
由此，通過如本實(shí)施方式的光纖特性測(cè)定裝置S3這樣設(shè)置ASE 光去除用光開關(guān)30，能夠抑制脈沖序列3a或折返光7a的S / N惡化。
另外，從去除附加在脈沖序列3a中的噪聲成分這一相同觀點(diǎn)出 發(fā)，也可以在光脈沖發(fā)生回路3的后段設(shè)置去除光脈沖發(fā)生回路3 斷開時(shí)的泄漏光的去除部。
以上，舉例說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但這些只是發(fā)明的例 示，并不必須限定在其內(nèi)進(jìn)行考慮，可以在不脫離本發(fā)明的精神或范 圍的范圍內(nèi)進(jìn)行追加、刪除、置換或其他變更。即，本發(fā)明并不限定 為上述實(shí)施方式，僅由權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種光纖特性測(cè)定裝置，其使由相干光生成的脈沖光向光纖出射，將通過對(duì)來自上述光纖的后向布里淵散射光和上述相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)變換為電信號(hào)，基于該電信號(hào)求出上述光纖的特性，其特征在于，具有光脈沖生成部，其由上述相干光生成脈沖序列并向上述光纖出射，該脈沖序列的第1脈沖光和第2脈沖光之間的時(shí)間間隔小于或等于光纖中的聲波的壽命；檢波部，其將通過對(duì)后向布里淵散射光和上述相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)變換為電信號(hào)，該后向布里淵散射光包括上述第1脈沖光的后向布里淵散射光及上述第2脈沖光的后向布里淵散射光；信號(hào)處理部，其通過對(duì)該電信號(hào)和將該電信號(hào)延遲第1脈沖光和上述第2脈沖光的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，從而生成干涉信號(hào)，基于該干涉信號(hào)求出上述光纖的特性；以及電氣或光學(xué)式頻率可變部，其用于根據(jù)上述電信號(hào)得到布里淵頻譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖特性測(cè)定裝置，其特征在于， 還具有偏振面變更部，其可以變更上述相干光的偏振面，或變更上述后向布里淵散射光的偏振面，該后向布里淵散射光包含上述第 1脈沖光的后向布里淵散射光及上述第2脈沖光的后向布里淵散射 光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖特性測(cè)定裝置，其特征在于， 還具有多余成分去除部，其去除向上述光纖出射的上述脈沖序列中包含的多余成分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖特性測(cè)定裝置，其特征在于， 還具有信號(hào)發(fā)生部，其生成具有與上述后向布里淵散射光的 頻移量大致一致的頻率的混頻用信號(hào)；以及混頻部，其將上述混頻用信號(hào)與上述電信號(hào)混頻。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光纖特性測(cè)定裝置，其特征在于， 上述聲波的壽命，是上述聲波的能量從峰值功率下降至小于或 等于該峰值功率的5%的時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光纖特性測(cè)定裝置，其在使用布里淵散射現(xiàn)象的測(cè)定方法中，通過信號(hào)光僅從光纖的一側(cè)端部入射而實(shí)現(xiàn)高空間分辨率。其具有光脈沖生成部(3)，其由相干光(2a)生成脈沖序列(3a)并出射至光纖(7)，該脈沖序列的第1脈沖光和第2脈沖光之間的時(shí)間間隔小于或等于聲波壽命；檢波部(8)，其將由第1脈沖光的后向布里淵散射光和相干光進(jìn)行合波而得到的光信號(hào)變換為電信號(hào)；信號(hào)處理部(14)，其通過對(duì)該電信號(hào)和將該電信號(hào)延遲第1脈沖光和上述第2脈沖光的時(shí)間間隔量的電信號(hào)進(jìn)行求和，生成干涉信號(hào)，基于該干涉信號(hào)求出上述光纖的特性；以及電氣或光學(xué)式頻率可變部(10)，其用于通過上述電信號(hào)得到布里淵頻譜。
文檔編號(hào)G01M11/02GK101201292SQ20071019908
公開日2008年6月18日 申請(qǐng)日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者小山田彌平 申請(qǐng)人:橫河電機(jī)株式會(huì)社;小山田彌平