JPH026725A - 光ファイバの特性評価方法および装置 - Google Patents

光ファイバの特性評価方法および装置

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JPH026725A
JPH026725A JP63154828A JP15482888A JPH026725A JP H026725 A JPH026725 A JP H026725A JP 63154828 A JP63154828 A JP 63154828A JP 15482888 A JP15482888 A JP 15482888A JP H026725 A JPH026725 A JP H026725A
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light
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optical fiber
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常雄 堀口
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、光ファイバの損失、比屈折率差、コア径、光
ファイバに加わった張力の変化、温度変化の影響等の、
光ファイバの長平方向にわたる各種特性の分布を評価す
る方法およびそのための装置に関するものである。
［従来の技術］ 光ファイバの長平方向の損失分布を測定する方法として
、光ファイバ中で発生する後方レリー散乱光を検出する
０ＴＤＲ（たとえば、Ｍ、に。
１１ａｒｎｏｓｋｉ、ｅｔ　ａｌ、”０ｐｔｉｃａｌ　
ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ　
　　　、八ｐｐ１．　　Ｏｐｔ、、　　Ｖｏｌ、Ｉ６．
　　ｐｐ、２３７５〜２３７９．１９７７参照）がある
。０ＴＤＲが、時間領域での解析を行うのに対し、後方
レーリー散乱光を周波数領域で解析する０ＦＤＲ（たと
えば、Ｆ、Ｐ、Ｋａｐｒｏｎ。
ｅｔ　　ａｌ、、　　”八５ｐｅｃｔ　　ｏｆ　　ｏｐ
ｔｉｃａｌ　　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎｒｅ
ｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ　”　、Ｔｅｃｈ、　Ｄｉｇｅ
ｓｔ　ｏｆ　１００Ｃ８１゜Ｐ、１０６．１９８１参照
）も提案されている。０ＴＤＲ，０ＦＤＲともに、その
技術は完成の域に達しつつある。
［発明が解決しようとする課題］ しかし、後方散乱光は非常に微弱なため、平均化処理装
置等により、受信信号のＳＮ比改善を行なっても、その
測定精度を高めることは非常に困難である。
そこで、本発明の目的は、光ファイバの損失、比屈折率
差、コア径、光ファイバに加わりた張力変化、温度変化
の影響等の、光ファイバの長平方向にわたる各種特性の
分布を高精度で測定可能な、光ファイバの特性評価方法
およびそのための装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段〕 このような目的を達成するために、本発明では、被測定
光ファイバ中を対向して伝搬する変調された第１光源か
らの第１信号光と第２光源からの第２信号光との間の、
ブリルアン光増幅という非線形相互作用を利用し、ブリ
ルアン光増幅作用の効果をうけた第２信号光の信号波形
を解析する。
すなわち、本発明の第１形態は、第１光源からの変調さ
れた光の形態の第１信号光を被測定光ファイバ中に入射
させ、第２光源からの第２信号光を被測定光ファイバ中
を第１信号光と対向して伝搬させて、第１信号光と第２
信号光との間にブリルアン光増幅作用を生じさせ、ブリ
ルアン光増幅作用を受けた第２信号光を検出し、その検
出された第２信号光に基づいて、ブリルアン光増幅作用
により生じた第２信号光の時間的波形変化あるいは振幅
および位相変化を解析することにより、被測定光ファイ
バの特性を評価することを特徴とする。
本発明の第２形態は、第１信号光および第２信号光の光
周波数をそれぞれｆｌおよびｆ２とし、光周波数ｆ１お
よびｆ２を、ｆ　＋−ｆ２−ｆａ　（ｆｎはブリルアン
シフト周波数）の関係を満足するように設定することに
より、ブリルアン光増幅作用を受けた第２信号光を検出
し、その検出された第２信号光の時間的波形をＷＡとし
、次に、第１信号光および第２信号光の光周波数をそれ
ぞれｆ１′　およびｈ’　とし、光周波数ｆ、′　およ
びｆ２’　を、ｆ２’　　ｆ＋’　＝ｆａの関係を満足
するように設定することにより、ブリルアン光増幅作用
を受けた第２信号光を検出し、その検出された第２信号
光の時間的波形をＷＢとし、波形ＷＡとＷＢを解析する
ことにより、被測定光ファイバの特性を評価することを
特徴とする。。
本発明の第３形態は、変調された光の形態の第１信号光
を発生する第１光源と、被測定光ファイバ中を第１信号
光と対向して伝搬する第２信号光を出射する第２光源と
、第１信号光と第２信号光の光周波数の差を制御するた
めの光周波数制御手段と、第１信号光を被測定光ファイ
バに入射させ、および第１信号光と第２信号光との間で
生じたブリルアン光増幅作用を受けた第２信号光を取り
出す合分波手段と、合分波手段からのブリルアン光増幅
作用を受けた第２信号光を電気信号に変換する光検出手
段と、光検出手段により検出された信号の時間的波形あ
るいは振幅および位相を処埋して解析するための信号処
理手段とを具備したことを特徴とする。
本発明の第４形態は、変調された光の形態の第１信号光
を発生ずる第１光源と、被測定光ファイバ中を第１信号
光と対向して伝搬する第２信号光を出射する第２光源と
、第１イ３号光と第２信号光の光周波数の差を制御する
ための光周波数制御手段と、第１信号光を被測定光ファ
イバに入射させ、および第１信号光と第２信号光との間
で生じたブリルアン光増幅作用を受けた第２信号光を取
り出す合分波手段と、合分波手段からのブリルアン光増
幅作用を受けた第２信号光を受け、ブリルアン光増幅作
用を受けた第２信号光の周波数は通過させるか、第１信
号光の周波数は遮断する光周波数フィルタと、光周波数
フィルタからの出力光を電気信号に変換する光検出手段
と、光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
手段とを具備したことを特徴とする。
本発明の第５形態は、変調された光の形態の第１信号光
を発生する第１光源と、被測定光ファイバ中を第１信号
光と対向して伝搬する第２信号光を出射する第２光源と
、第１信号光と第２信号光の光周波数の差を制御するた
めの光周波数制御手段と、第１信号光を被測定光ファイ
バに入射させ、および第１信号光と第２信号光との間で
生したブリルアン光増幅作用を受りだ第２信号光を取り
出す合分波手段と、合分波手段からのブリルアン光増幅
作用を受けた第２信号光を受け、ブリルアン光増幅作用
を受けた第２信号光から、第２信号光の周波数は通過さ
せるが、第１信号光の周波数は遮断する光周波数フィル
タと、光周波数フィルタからの出力光を電気信号に変換
する光検出手段と、光検出手段により検出された信号の
時間的波形あるいは振幅および位相を処理して解析する
ための信号処理手段と第１信号光および第２信号光の少
なくとも一方の偏波状態を変化させる手段とを具備した
ことを特徴とする。
［作　用］ ブリルアン光増幅の原３］ｉは以下の通っである。
ある物質、たとえば光ファイバに光を入射すると、入射
光自身によって音波か励起され、この音波により入射光
よりも周波数の低い光（ストークス光）が発生ずる。更
に入射光強度を強めると、入射光と反対方向に散乱され
た、位相のそろった強いストークス光か得られる。これ
か誘導ブリルアン光増幅という現象である。
したがって、信号光の光周波数が、ストークス光の光周
波数となるように、第１信号光あるいは第２信号光の光
周波数を設定すれば、上記誘導ブリルアン散乱を介して
、信号光を増幅することが可能となる。
このように、本発明は、ブリルアン光増幅という非線形
効果により生した信号光の波形変化から光ファイバの特
性を評価するものであり、０ＴＤＲのように線形散乱効
果により生じる、被測定光ファイバからの後方レーリー
散乱光を測定することにより、光ファイバの長平方向の
損失分布を評価する従来技術とは大きく異なる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
実施例１ 第１図は本発明の実施例１を示す。ここで、１はパルス
状に振幅変調されたパルス光を発生ずる第１光源であっ
て、スペクトル線幅の狭い光を出射する。第１光源１は
、たとえばＣＷ全発振ＹＡＧレーザあるいはＣＷ全発振
ＤＦＢレーザ等の単−縦モード発振レーザからの出射光
を、音響光学型光変調器あるいは電界効果型光変調器等
によって、パルス状に振幅変調する構成とすることによ
り実現できる。２はＣＷ全発振第２光源であり、ＹＡＧ
レーザ、ＤＦＢレーザ等のようにスペクトル線幅の狭い
光源である。３は被測定光ファイバ、４は合分波器、５
は光検出器、６は光検出器５からの電気信号を受けてそ
の信号の時間的波形あるいは振幅および位相を処理して
解析する信号処理装置、７は第１光源１と第２光諒２の
光周波数の差を所望の値に制御するための光周波数制御
装置である。
この評価装置の動作は以下の通りである。
第１光源１から出射したパルス状の光、すなわち第１信
号光Ｓ１は、合分波器４を介して被測定光ファイバ３に
結合される。他方、第２光源２からの出射光、すなわち
第２信号光Ｓ２は、第１信号光Ｓ１が結合した被測定光
ファイバ３の端末３−１とは反対側の端末３−２から、
被測定光ファイバ３に結合される。
このとき、第１信号光Ｓ１の光周波数ｆ１と第２信号光
Ｓ２の光周波数ｆ２は、 ｆ＋　　ｈ＝ｆｓ　　　　　　　　　　　　　　　（１
）となるよう、光周波数制御装置７により制御する。こ
こで、ｆＢは被測定光ファイバ３に固有のブリルアンシ
フト周波数であり、例えば、石英系の光ファイバであれ
は、波長１．３μｍにおいて約１３ＧＨｚである。式（
１）が満足されているとき、第２信号光Ｓ２は第１信号
光Ｓ１によりブリルアン光増幅される。このとき、光検
出器５により検出される第２信号光Ｓ２の波形は以下の
ように導かれる。
ブリルアン光増幅による第２信号光Ｓ２に対する、位置
Ｚにおける利得ｇは、ｇ−１＜＜ｉのとき、 ｇ＝ｉ　　十Ａｐｌ（Ｚ）　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（２）と表わされる。ここで、Ａ
は比例゛係数、Ｚは被測定光ファイバ３中を伝搬する第
１信号光Ｓｌ（パルス信号）が存在する位置を表わし、
ここでは、被測定光ファイバ３の端末３−１を基準とし
て定めるものとする。ｐ＋（ｚ）は位置Ｚにおける第１
信号光Ｓ１の光パワーである。同様に、Ｐ２（Ｚ）を第
２信号光Ｓ２の位置Ｚにおける光パワーとし、被測定光
ファイバ３の光損失および長さを、それぞれ、ａ　［ｎ
ｅｐｅｒ／ｍｌ　およびＬ［ｍ］とする。また、信号光
Ｓ１と５２との間の周波数差は僅かであるため、被測定
光ファイバ３の、両信号光の光周波数に対する損失は同
一であるとすると、 Ｐ＋　（ｚ）　＝　Ｐ＋　（０）　・ｅｘｐ　（−ａ　
ｚ）　　　　　　　（３−１）Ｐ２（２）　　＝Ｐ２（
Ｌ）−ｅｘｐ　　Ｅ−ａ　（Ｌ−ｚ）］　　　　　　（
３−１）となる。式（２）９式（３）および位置０−　
ｚ間の光ファイバ損失による第２信号光Ｓ２の減衰率ｅ
ｘｐ（−ａｌ）を考慮すると、光検出器５に入射する第
２信号光Ｓ２のパワーＰ２（Ｚ）　は、 １’２　（７，）−ｇ４２（Ｚ）　’ｅＸｌｌ　（−α
Ｚ）−Ｐ２（１、）・ｅｘｐ（−αＬ） 十へ・Ｐ＋（０）・Ｐ２（Ｌ）・ｅｘｐ　　（−ａｌ、
）・ｅｘｐ（−ａｚ）　　　　　（４）となる。ここで
、第２信号光Ｓ２が合分波器４を通過するときの損失は
無視した。式（４）の右辺における第１項は、直流分で
あり、第２項がブリルアン光増幅により増加した成分で
ある。第１信号光Ｓｌが被測定光ファイバ３に入射して
から、Ｚの位置でブリルアン光増幅された第２信号光Ｓ
２が光検出器５で検出されるまでの時間ｔは、被測定光
ファイバ３中での光速をＶとすると、 ｔ＝２ｚ／ｖ　　　　　　　　　　　　　　　（５）で
あるから、受光信号レベルの波形は、第２図のようにな
る。
第２図において、ブリルアン光増幅により増加した成分
の減衰率、あるいは、任意の点の受光信号レベル差から
被測定光ファイバ３の光損失αを求めることかできる。
本発明と従来の０ＴＤＲとを比較すると、以下の２点が
異なることがすぐにわかる。
（１）　　従来の０ＴＤＲによる信号波形の減衰率がｅ
ｘｐ　（−２α２）であり、信号レベルが急速に減衰す
るのに対し、本発明での信号波形の減衰率はｅｘｐ　（
−αＺ）であり、信号レベルの減衰は小さい。
（２）　　　式（４）が示すように、第２光源２の光パ
ワーを増大させることにより、受光信号レベルも増大さ
せることができる。
従って、本発明によれば、従来の０ＴＤＨに比へて、大
幅に受光信号レベルを増大させることができ、測定精度
が向上する。
なお、以上の説明では、被測定光ファイバ３に一様な損
失αを仮定したが、光ファイバの長手方向において損失
が一様でない場合でありても、第１図に示した測定系に
より、被測定光ファイバ３の損失の長平方向の損失分布
か測定可能である。
すなわち、たとえは、かかる光ファイバにおいて、損失
が−様な区間毎に、上記考察を行なうことにより測定可
能である。
実施例２ 第３図は、第１図に示した本発明実施例１に対し、光検
出器５の前段に光周波数フィルタ８を配設した実施例２
である。光周波数フィルタ８は、第２信号光Ｓ２の周波
数１２は通過させるか、第１信号光Ｓ１の周波数ｆ、は
遮断する特性を有するものとする。この実施例２の動作
は、第１図の実施例１とほぼ同しである。それにより以
下の効果が得られる。
（１）　　第１信号光Ｓｌか被測定光ファイバ３を伝搬
することにより発生する後方レーリー散乱光（従来の０
ＴＤＲはこれを測定していた）を光検出器５には入射さ
せず、それが第２信号光Ｓ２に対する雑音となることを
防ぐ。
（２）　　被測定光ファイバ３の入射端、出射端あるい
は被測定光ファイバ３中のコネクタ接続点等からの、第
１信号光Ｓ１の強大なフレネル反射か光検出器５に入射
することを防ぐ。通常、過大信号検出時は、検出系の飽
和により過大信号の裾引き、あるいはオーバーシュート
により、過大信号直後の微弱信号が測定できなくなる。
すなわち、デッドゾーンの問題が発生ずる。しかし、本
実施例２によれは、光周波数フィルタ８により、従来の
０ＴＤＲで問題となるこのデッドシンの問題を解決でき
る。
実施例３ 第４図は本発明の実施例３である。ここで、９は第２信
号光Ｓ２の偏波状態を制御する偏波制御装置であり、第
２光源２と被測定光ファイバ３との間に配置する。第１
図および第３図にそれぞれ示した本発明の実施例１およ
び２では、第１および第２信号光Ｓ１およびＳ２の偏波
状態の関係は、被測定光ファイバ３の中で一定であるこ
とを暗黙のうちに仮定していた。しかし、このような条
件が満足されるのは、偏波保持光ファイバのような特殊
な光ファイバ、あるいは、偏波がランダム化されてしま
う多モート光ファイバたけである。一方、ブリルアン光
増幅による利得ｇは、信号光Ｓｌと５２の偏波方向が一
致するときに最大値をとり、直交するときに零となると
いう、偏波依存性を有する。したかって、一般の単一モ
ード光ファイバを測定するときには、第４図に示すよう
に、偏波制御装置９を設けることが必要となる。ここで
、利得ｇは、簡単な解析により、 ｇ　　＝　１＋〇、５Ｇｍａｘ［１＋Ｂ−ｃｏｓ　　（
２θ＋　φ）］　　　　　　　　（６）と求まる。１＋
ＧｍａＸは信号光Ｓｌと５２の偏波方向が一致したとき
に得られる最大の利得を表わす。また、ＢおよびφはＺ
に依存する量であり、−１≦Ｂ≦１である。θは第２信
号光Ｓ２が被測定光ファイバ３に入射するときの、偏波
方向である。
通常の光ファイバには、僅かなモード複屈折性があるた
め、それを伝搬する光信号の偏波状態は、位置Ｚにより
それぞれ異なる。従フて、通常の光ファイバを第１図お
よび第３図に示した実施例１および２の各測定系で測定
した場合の信号波形は、実際には、第２図ではなく、第
５図（Ａ）に示すように、ゆらいだ波形となる。なお、
第５図（八）〜（Ｃ）では、直流成分は省いて示しであ
る。
また、横軸は式（５）により、時間を光ファイバの長さ
に換算した値で示している。このゆらぎは、被測定光フ
ァイバ３の各位置Ｚでの、信号光ＳｌおよびＳ２の偏波
状態の様子を反映している。
偏波制御装置９は、光源２からの第２信号光Ｓ２を直線
偏波にするための偏光子１と１７２波長板とで構成する
ことができる。この場合に、１７２波長板を回転させる
ことにより、任意の偏波方向の第２信号光Ｓ２を被測定
光ファイバ３に入射させることができる。第５図（八）
は、第４図に示した測定系で、ある偏波方向θの直線偏
波の第２信号光Ｓ２を被測定光ファイバ３に入射させる
実験を行った結果得られた波形を示す。また、第５図（
Ｂ）は、それと直交する偏波方向θ＋π／２の直線偏波
の第２信号光Ｓ２を被測定光ファイバ３に入射させたと
きの波形を示す。
式（６）かられかるように、第５図（八）と（Ｂ）　と
では、ゆらぎの極性が反転していることがわかる。そこ
で、信号処理装置６により、第５図（Ａ）と（Ｂ）の平
均をとることにより第５図（Ｃ）に示す波形の出力か得
られる。第５図（Ｃ）の波形には、ゆらぎか消去され、
第２図と同様に、被測定光ファイバ３の光損失を反映し
た、なめらかな曲線波形か得られていることがわかる。
また、その信号レベルは、従来の０ＴＤＲの約１００倍
であることを実験により確認した。
上述の説明では、第５図（八）と（８）の波形を得るた
めに、偏波制御装置９を構成する１７２波長板を回転さ
せることにより、第２信号光Ｓ２の偏波状態を変化させ
、合計で２回の測定を行なったが、第２信号光Ｓ２の偏
波状態を高速に変化させることにより、はじめから第５
図（Ｃ）の波形を得ることができる。
そのためには、光ファイバ（偏波保持光ファイバのよう
に大きなモート複屈折率を有する光ファイバが、より望
ましい）をＰＺＴなどの電歪素子に巻き付け、その光フ
ァイバに周期的あるいはランダムな伸びおよび側圧歪を
与えることにより、それを通過する第２信号光Ｓ２の偏
波状態を変化させる、偏波制御装置９を使用すれはよい
。
あるいはまた、ＬｉＮｂＯ３等の電気光学効果型の素子
も高速の偏波制御装置９として適してＩＡる。
さらにまた、以上の説明では、第２信号光Ｓ２の偏波状
態を変化させるために、偏波制御装置９を、被測定光フ
ァイバ３と第２光源２との間に配置したが、当然のこと
ながら、第１信号光Ｓ１の偏波状態を変化させても同様
な効果が得られる。
従って、偏波制御装置９は、第１光源１と合分波器４と
の間、あるいは、合分波器４と被測定光ファイバ３との
間に配置してもよい。あるいはまた、偏波制御装置９を
被測定光ファイバ３の中途に配置して、信号光ＳＬおよ
びＳ２の両方の偏波状態を変化させるようにしてもよい
。
火旌４１１４４ さて、次に、本発明による、光ファイバの比屈折率差の
長手方向分布の測定方法の実施例について説明する。
ブリルアンシフト周波数ｆｎは、光ファイバの材料によ
り異なるが、例えば、石英系の光ファイバでは、波長１
３μｍにおいてｆ、は約１３ＧＨｚであり、コアにＧｅ
ｍ２をトープした光ファイバては、比屈折率差０．１％
あたり、１２０ＭＨ７，たけｆＢは減少する。
従って、比屈折率差の長手方向分布を測定するためには
、第１図、第３図ないし第４図に示した本発明の測定系
により測定した受光信号レベルが最大となるときの、第
１信号光Ｓ１と第２信号光Ｓ２の光周波数の差Δｆ　＝
　ｆ、７　ｆ２を、光ファイバの各位置Ｚの関数として
測定すればよい。
具体的には、光周波数制御装置７により、第１信号光Ｓ
ｌと第２信号光Ｓ２の光周波数の差Δｆ＝Ｌ−ｈを変え
ながら測定を行い、第６図に示すような測定波形Ｗ（Δ
ｆ、ｚ）を得る。
第６図において、破線は位置Ｚｌ＋　２２１２３＋　１
４における受光信号レベルＷのΔｆ依存性を示すもので
あり、各位置Ｚ毎にＷの最大値を与えるΔｆ（これをΔ
ｆとする）は異なることがわかる。このようにして信号
処理装置６により波形解析を行い、各ＺにおいてＷの最
大値を与える、第１信号光Ｓ１と第２信号光Ｓ２の光周
波数の差Δｆを求める。
このようにして求めたΔｆを模式的に第７図に示す。上
述したｆ、と比屈折率差との関係より、比屈折率差の光
ファイバの長手方向依存性が求まる。
次に、本発明による、光ファイバのコア径の長手方向分
布の測定方法について説明する。第１光源１および第２
光源２の各発振線幅Δｆ、およびΔｆ２が被測定光ファ
イバ３のブリルアン光増幅帯域幅ΔｆＢにくらべて、同
等かそれよりも狭いとき、すでに第６図に示したように
、本発明により測定した波形Ｗ（Δｆ、ｚ）は、光ファ
イバの比屈折率差の長手方向分布に対応して、第１信号
光ＳＬと第２信号光Ｓ２の光周波数の差Δｆ＝ｆ＋ｆ２
に大きく依存する。したがって、コア径の長手方向分布
を測定するためには、まず、比屈折率差の長手方向分布
が波形Ｗに及ぼす影響を除去しなければならない。その
ためには、発振線幅が被測定光ファイバ３のブリルアン
光増幅帯域幅Δｆｎよりも広い第１光源１あるいは第２
光源２を使用すれはよい。このとき得られる波形Ｗ　（
ｚ）は、Δｆにより平均化されたものとなり、光ファイ
バの比屈折率差の長手方向分布に依存しなくなる。また
、波形Ｗ　（ｚ）　は、このように広い発振線幅を有す
る第１光源１あるいは第２光源２を使用しなくとも、Δ
ｆを変えながら測定した波形Ｗ（Δｆ、ｚ）の平均値、 Ｗ（Ｚ）ＩＷ（Δｆ、ｚ）ｄ（Δｆ）／ｌｄ（Δｆ）　
　　　（７）を信号処理装置６により計算して求めても
よい。
一方、第４図に示した測定系では、信号光の偏波状態の
影響を受けることなしに測定が可能であることはすてに
説明した。そのときのブリルアン光増幅による信号利得
は式（６）より、ｇ　＝　１＋０．５０ｍａｘ　　　　
　　　　　　　　　　（８）である。Ｇｍａｘは、厳密
には、光ファイバの比屈折率差およびコア径の関数であ
るが、通常は、コア径だけに依存するとしてよく、Ｇｍ
ａｘはコア径の自乗に反比例する。従って、被測定光フ
ァイバ３の光損失の長手方向の一様性を仮定すれは、第
４図に示した測定系により、上記の手順に従い測定した
波形Ｗ（Ｚ）（第８図に実線で示す）と、光ファイバの
損失を表わす指数関数を波形Ｗ　（ｚ）に最小自乗近似
した波形Ｗ’（Ｚ）　　（第８図に破線て示す）との規
格化した差（Ｗ’（Ｚ）−Ｗ　（Ｚ）　）　／Ｗ’（Ｚ
）　は、コア径の長手方向分布２δａ（ｚ）／ａを表わ
す。
ここで、δａ　（Ｚ）　はコア径の変動量、ｉはコア径
の平均値を示す。
以上では、コア径の長手方向分布はＷ　（ｚ）をもとに
測定するとして説明したが、すでに比屈折率差の長手方
向分布がわかっているときには、それが測定波形Ｗ（Δ
ｆ、ｚ）に及はす影響を補償し、その補償された波形か
らコア径の長手方向分布を求めてもよいことは言うまで
もない。
以上では、第１信号光Ｓｌは、パルス状に強度変調され
たものとして説明してきたが、第１信号光５１は単発パ
ルスでもよく、あるいはまた、第９図（八）に示すよう
に、周期ｔｃの繰り返しパルスでもよい。その場合には
、信号処理装置６による平均化処理により受信信号のＳ
Ｎ比を改善することができ、より高精度な測定が可能と
なる。
あるいはまた、第１信号光Ｓｌは、第９図（Ｂ）に示す
ような、疑似ランダム符号（Ｍ系列符号等）により変調
されたものとしてもよい。このとき、相関法の原理に基
いて、検出した第２信号光Ｓ２を信号処理装置６により
相関処理することにより、第９図（八）の場合よりも、
符号の長さに比例して、ＳＮ比が改善される（たとえば
、Ｋ、０ｋａｄａ　ｅｔａｌ、”０ｐｔｉｃａｌ　ｃａ
ｂｌｅ　ｆａｕｌｔ　１ｏｃａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇｃ
ｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　”　、Ｅ
Ｉｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、。
ｖｏｌ、１Ｂ、　ｐ、６２９．１９８０参照）。従来の
０ＴＤＲでは、微弱な後方散乱光と強大なフレネル反射
光が混在した場合には、検出系のりニアリテイの問題が
生じるので、符号長を十分長くすることはできなかった
。これに対して、本発明においては、すでに説明したよ
うに、光周波数フィルタ８を設けることにより、フレネ
ル反射光のような強大な信号は混在しないので、相関法
の特長を最大限引き出すことが可能である。
さらにまた、第９図（Ｃ）に示すように、第１信号光Ｓ
ｌは、周波数Ｆで強度変調した信号光とし、その周波数
Ｆを変えて、第２信号光Ｓ２の振幅、位相の周波数特性
を求めることにより、これまで求めてきた時間領域での
測定と同一の測定を行うことも可能である。この場合も
、相関法のときと同様な理由により、検出系のリニアリ
ティの問題は生ぜず、高精度な測定が可能となる。
さて、以上では、第１信号光Ｓｌはすべて強度変調され
た光として説明してきたが、第９図（Ａ）。
（Ｂ）　、　（Ｃ）に対応して、それぞれ、第９図（Ｄ
）　、　（Ｅ）　。
（Ｆ）に示すように、周波数変調された光を第１信号光
Ｓ１として用いることもできる。
第９図（ロ）〜（Ｆ）において、斜線を施しである部分
の第１信号光Ｓ１の周波数ｆ、は、ｌｆ、−ｆ２−ｔＢ
ｌが、被測定光ファイバ３のブリルアン光増幅帯域幅Δ
ｆ［ｌに入るように光周波数制御装置７により制御され
ているものとする。また、斜線を施していない部分の第
１信号光Ｓｌの周波数ｆ１′　は上記関係を満たさない
とする。
周波数かｆｌのとき（斜線部分）は、強度変調のとぎと
何もかわっていないので、これまでと同様に、第１信号
光Ｓ１は第２信号光Ｓ２をブリルアン光増幅させる。他
方、第１信号光５１の周波数かｆ１′のとき（斜線を施
していない部分）は、信号光Ｓ１と５２Ｉ′ｉ、ブリル
アン光増幅の条件を満足していないので、第１信号光Ｓ
１か被測定光ファイバ３中を伝搬するにもかかわらず、
強度変調のときのスペース状態（第１信号光Ｓｌが存在
しない状態）と同し結果となり、ブリルアン光増幅は起
こらない。
すなわち、強度変調した場合と、周波数変調した場合と
て、同一の結果が得られる。周波数変調の利点は、光源
にＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザのような半導体レーザを
使用した場合、外部変調器を使用せずに注入電流をわず
かに変えるだけで、容易に、しかも高速な変調が可能で
あることである。
なお、石英系の光ファイバの場合、Δｆ８は約１００Ｍ
ＩＩｚであるので、上記周波数ｆ１′　はｌ　ｔ＋’ｆ
、　　＞１００ＭＩＩｚとすればよく、このとき半導体
レーザの注入電流変化量は約０．１ｍ八というわずかな
値である。
以上、本発明について、光ファイバの損失、比屈折率差
、コア径の光ファイバ長手方向分布の測定に限フて説明
してきた。しかし、ブリルアンシフト周波数ｆ、は、光
ファイバに加わった張力変化や、温度変化に依存するこ
とが知られている。従って、第２信号光ｓ２の受光レベ
ルが最大となる、ブリルアンシフト周波数ｆＢの変化量
を測定することにより、光ファイバに加わった張力変化
、温度変化の諸量を光ファイバの長手方向にわたって測
定することが可能である。ブリルアンシフト周波数ｆ、
の変化量は、これまでの説明から明らかなように、第２
信号光ｓ２の受信レベルを最大とするために変化させた
、第１光源１および第２光源２の周波数の変化量から測
定できる。
その他、本発明は上記記載に限定されることなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
例えは、第１図、第３図または第４図に示した本発明の
実施例ては、分岐型の合分波器４を設けているが、これ
は以下に示すように第１Ｏ図に示すマツハツエンダ型の
干渉計ｌＯに置き換えられる。
第１０図において、例えば、マツハツエンダ型の干渉計
ＩＤのボートＰＩを第１光源１に、ポートＰ３を光検出
器５の側に、ポートＰ２を被測定光ファイバ３へ続く端
子に接続する。なお、ボートＰ４は使用しない。このと
き、干渉計ｌＯの通過特性は第１１図（八）　に示すよ
うになるため、第１信号光５１（周波数ｆｔ）は干渉側
１０の通過損失をうけずに（ＰＬ−Ｐ２間）被測定光フ
ァイバ３に入射し、また、第２信号光Ｓ２（周波数ｆ２
）も干渉計ｌＯの通過損失をうけずに（Ｐ２−Ｐ３間）
光検出器５に入射する。これは第１図、第３図および第
４図に示した分岐型の合分波器４を使用した場合にくら
べ、大幅な挿入損失の低減になる。
なお、このとき、光周波数フィルタ８がなくとも、周波
数がｆｌである第１信号光Ｓｌによるフレネル反射光お
よび後方レーリー散乱光は、光検出器５に入射せず、周
波数ｆ２の第２信号光ｓ２のみが検出される。
さらにまた、干渉計１０の光路Ｉと１！の光路差を、一
方の光路に熱歪を与えるなどして変化させることにより
、干渉計１０の特性を、第１１図（八）から第】】図（
Ｂ）に示すように切り替えることができる。このとき、
干渉計１０は、周波数ｆ１の第１信号光Ｓ１に対し、３
ｔ１８分岐型の合分波器と等価的に同とみなせる。
あるいはまた、第１１図（Ａ）において、第１信号光Ｓ
ｌの周波数をｆｌから、（ｆ＋＋ｈ）／２等へ変化させ
ても同様な効果が得られる。このとき、第２光源２の使
用をやめれば、本発明による光ファイバ特性評価装置を
、後方レーリー散乱光を測定する通常の０ＴＤＲに切り
替えることも可能である。
以上の本発明の説明においては、全て、第１信号光Ｓｌ
のマーク時の光周波数ｆよけ式（１）の関係を満足する
ものとしてきた。しかしながら、第１信号光Ｓｌと第２
信号光Ｓ２の立場を代え、第２信号光Ｓ２により第１信
号光Ｓｌをブリルアン光増幅するとしたとき、すなわち
、 ｆ２ｆ＋＝ｆ［１（９） としたときでも、これまで説明した本発明による測定は
全て可能である。但し、このときには、第２信号光Ｓ２
は第１信号光Ｓ１をブリルアン光増幅することにより、
光パワーを失うため、光検出器５により検出される第２
信号光Ｓ２の波形は、第１２図に示すように、直流成分
から凹んた形のものとなる。
以上の説明においては、第１信号光Ｓ１と第２信号光Ｓ
２との間のブリルアン光増幅という、非線形相互作用を
通して、第１信号光Ｓｌのパワーは変化しないというこ
とを仮定してきた。しかしながら、ブリルアン光増幅率
が高い場合には、この量は無視できなくなり、測定信号
波形から、光ファイバの特性（例えば光損失）を正しく
評価できなくなる。
条件式（１）が成立する場合、第２信号光Ｓ２が増幅さ
れる代わりに、第１信号光Ｓ１のパワーは減少する。簡
単な解析より、このとぎの式（４）中の右辺における第
２項は、 ＷＡ（Ｚ）−Ａ−Ｐ＋　（０）　・Ｐ２（Ｌ）ｅｘｐ（
−ａ　Ｌ）・ｅｘｐ（−ａ　ｚ）・ｅｘｐ　（−Ｑ　（
ｚ）　）　　　　　　　　　　　　（１０）となる。ｅ
ｘｐ　（−Ｑ　（ｚ）　ｌが上記第１信号光Ｓ１のパワ
ーの減少の効果を表わし、光ファイバの損失測定誤差を
生しさせる。一方、条件式（９）か成立する場合には、
第１信号光Ｓ１のパワーは逆に増大し、式（４）の右辺
における第２項は、 ＷＢ（ｚ）−八・Ｐ＋（０）・Ｐ２（Ｌ）ｅｘｐ（−ａ
Ｌ）・ｅｘｐ（−ａＺ）・ｅＸｐ（Ｑ（ｚ））（１１） となる。このように、ＷＡ　（Ｚ）あるいはＷＢ　（Ｚ
）の１回の測定では、光ファイバの損失を正しく評価で
きない。
しかし、式（１０）、式（１１）かられかるように、Ｑ
（Ｚ）＜＜１　（１）ときは、（ＷＡ（ｚ）＋ＷＢ（ｚ
））／２ニより、またＱ（Ｚ）＞１においてもＷＡ　（
Ｚ）　・Ｗ［ｌ　（Ｚ）　１．ｍより、Ｑ（ｚ）ノ項を
消去できるため、ＷＡ　（Ｚ）およびＷＢ　（Ｚ）の２
つの波形を測定することにより、精度の高い測定が可能
となる。
このようにブリルアン光増幅する側の信号光とブリルア
ン光増幅される側の信号光とを交換して得られた各々の
結果を比較して解析することにより、より精度の高い特
性評価が可能となる。
また、以上の本発明の説明においては、全て、第２光源
２はＣＷ光を出射するものとして説明してきたが、第２
光源２は、たとえは、第１光源１のように変調された光
源であっても構わない。ただし、そのときは、第１光源
１からの第１信号光Ｓｌ（たとえは光パルス）と第２光
源２からの第２信号光５２（たとえば光パルス）か被測
定光ファイバ３中で出会った位置（たとえば２゜とする
）でのみブリルアン光増幅が起こるので、この方法は、
被測定光ファイバ３中ての特定の位置（上記Ｚｏ）から
の情報（たとえば、損失変化、温度変化、応力変化等）
をとりだしたいときに適している。ｚｏは、第１信号光
Ｓ１と第２信号光Ｓ２の間の出射時刻を相対的に制御す
ることにより、任意所望の位置に設定てきる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被測定光ファイ
バ中を伝搬する変調された信号光である第１信号光と、
それと対向して被測定光ファイバを伝搬する第２信号光
との間のブリルアン光増幅効果を利用し、ブリルアン光
増幅効果により生した第２信号光の波形変化より、被測
定光ファイバの特性を評価することができる。ここで、
その波形変化の信号レベルは、従来の０ＴＤＲで得られ
る信号レベルと比較して１００倍以上大きな値であり、
さらに本発明により得られる信号レベルが、光ファイバ
の長さ（すなわち損失）に対応して減衰する割合は、従
来０ＴＤＲの場合の半分である。従って、本発明によれ
ば、 １）半導体レーザ等のように、低出力の光源を使用した
場合においても、従来の０ＴＤＲよりも格段にＳＮ比が
高く、精度の高い、光ファイバの特性評価装置が提供可
能である。
２）第１信号光と、測定対象である第２信号光の光周波
数は異なるため、光周波数フィルタを使用することによ
り、第１信号光による強大なフレネル反射光が光検出器
へ大剣することを防止できる。
３）強大なフレネル反射パルスか生しるコネクタ接続点
直後での測定はこれまでは不能領域（プツトゾーン）て
あったが、本発明ては、かかる測定不能領域は存在せず
、コネクタ接続点直後からの測定も可能である。
４）検出系のりニアリティの問題が発生せず、相関処理
、あるいは周波数領域での測定が容易に可能となり、測
定信号のＳＮ比を大幅に改善できる。
５）　また、本発明により測定される第２信号光の波形
変化量は、第１信号光と第２信号光との間の光周波数差
に依存し、その光周波数差が光ファイバの材料と比屈折
率差から決まるブリルアンシフト周波数と一致したとき
に最大となるため、第１信号光と、第２信号光の光周波
数差を変化させながら測定を行うことにより、光ファイ
バの長手方向の比屈折率差分布を測定可能である。これ
は、従来の０ＴＤＲでは、比屈折率差の分布とコア径の
分布を分離して測定てきなかったが、それを可能ならし
めたものである。
６）　本発明により測定される第２信号光の波形変化量
は、光ファイバの損失、コア径、光ファイバに加わる張
力、温度等によっても異なるので、光ファイバの長手方
向の、損失、コア径、光ファイバに加わる張力、温度の
諸量を測定することが可能である。
以上の説明かられかるように、本発明は光ファイバ製造
の際に光ファイバの特性を評価する場合のみならず、光
ファイバに加わる張力、あるいは温度変化を利用した、
分布型遠隔測定に応用してもきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例１の構成を示す構成図、 第２図は本発明により測定される波形の一例を示す波形
図、 第３図は本発明の実施例２の構成を示す構成図、 第４図は本発明の実施例３の構成を示す構成図、 第５図（八）〜（Ｃ）は測定波形に及ぼす偏光の影響を
説明する説明図、 第６図は第１および第２信号光間の光周波数差Δｆを変
えたときの測定波形の一例を示す波形図、 第７図は光ファイバ長Ｚと、最大受光信号レベルが得ら
れるときの、第１および第２信号光間の光周波数差Δｆ
（光ファイバの比屈折率差に対応）の関係を示す特性図
、 第８図は光ファイバの長手方向にコア径が変化するとき
に得られる測定波形Ｗ　（ｚ）と、その最適近似曲線Ｗ
’（ｚ）を示す特性図、 第９図（Ａ）〜（Ｆ）は第１信号光の各種変調波形例を
示す波形図、 第１０図はマツハツエンダ型干渉計の構成を示す構成図
、 第１１図（Ａ）および（Ｂ）はマツハツエンダ型干渉計
の透過特性を示す特性図、 第１２図は本発明により測定される波形の一例を示す波
形図である。 １・・・第１光源、 ２・・・第２光源、 ３・・・被測定光ファイバ、 ４・・・合分波器、 ５・・・光検出器、 ６・・・信号処理装置、 ７・・・光周波数制御装置、 ８・・・光周波数フィルタ、 ９・・・偏波制御装置、 １０・・・マツハツエンダ型干渉計。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）第１光源からの変調された光の形態の第１信号光を
    被測定光ファイバ中に入射させ、第２光源からの第２信
    号光を前記被測定光ファイバ中を前記第１信号光と対向
    して伝搬させて、前記第１信号光と前記第２信号光との
    間にブリルアン光増幅作用を生じさせ、 前記ブリルアン光増幅作用を受けた前記第２信号光を検
    出し、 その検出された第２信号光に基づいて、前記ブリルアン
    光増幅作用により生じた前記第２信号光の時間的波形変
    化あるいは振幅および位相変化を解析することにより、
    前記被測定光ファイバの特性を評価することを特徴とす
    る光ファイバの特性評価方法。 ２）前記第１信号光および前記第２信号光の光周波数を
    それぞれｆ＿１およびｆ＿２とし、前記光周波数ｆ＿１
    およびｆ＿２を、ｆ＿１−ｆ＿２＝ｆ＿Ｂ（ｆ＿Ｂはブ
    リルアンシフト周波数）の関係を満足するように設定す
    ることにより、前記ブリルアン光増幅作用を受けた前記
    第２信号光を検出し、その検出された第２信号光の時間
    的波形をＷＡとし、 次に、前記第１信号光および前記第２信号光の光周波数
    をそれぞれｆ＿１′およびｆ＿２′とし、前記光周波数
    ｆ＿１′およびｆ＿２′を、ｆ＿２′−ｆ＿１′＝ｆ＿
    Ｂの関係を満足するように設定することにより、前記ブ
    リルアン光増幅作用を受けた前記第２信号光を検出し、
    その検出された第２信号光の時間的波形をＷＢとし、 前記波形ＷＡとＷＢを解析することにより、前記被測定
    光ファイバの特性を評価することを特徴とする請求項１
    記載の光ファイバの特性評価方法。 ３）変調された光の形態の第１信号光を発生する第１光
    源と、 被測定光ファイバ中を前記第１信号光と対向して伝搬す
    る第２信号光を出射する第２光源と、前記第１信号光と
    前記第２信号光の光周波数の差を制御するための光周波
    数制御手段と、 前記第１信号光を前記被測定光ファイバに入射させ、お
    よび前記第１信号光と前記第２信号光との間で生じたブ
    リルアン光増幅作用を受けた第２信号光を取り出す合分
    波手段と、該合分波手段からの前記ブリルアン光増幅作
    用を受けた第２信号光を電気信号に変換する光検出手段
    と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
    いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
    手段と を具備したことを特徴とする光ファイバ特性評価装置。 ４）変調された光の形態の第１信号光を発生する第１光
    源と、 被測定光ファイバ中を前記第１信号光と対向して伝搬す
    る第２信号光を出射する第２光源と、前記第１信号光と
    前記第２信号光の光周波数の差を制御するための光周波
    数制御手段と、 前記第１信号光を前記被測定光ファイバに入射させ、お
    よび前記第１信号光と前記第２信号光との間で生じたブ
    リルアン光増幅作用を受けた第２信号光を取り出す合分
    波手段と、前記合分波手段からの前記ブリルアン光増幅
    作用を受けた第２信号光を受け、当該ブリルアン光増幅
    作用を受けた第２信号光の周波数は通過させるが、前記
    第１信号光の周波数は遮断する光周波数フィルタと、 該光周波数フィルタからの出力光を電気信号に変換する
    光検出手段と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
    いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
    手段と を具備したことを特徴とする光ファイバ特性評価装置。 ５）変調された光の形態の第１信号光を発生する第１光
    源と、 被測定光ファイバ中を前記第１信号光と対向して伝搬す
    る第２信号光を出射する第２光源と、前記第１信号光と
    前記第２信号光の光周波数の差を制御するための光周波
    数制御手段と、 前記第１信号光を前記被測定光ファイバに入射させ、お
    よび前記第１信号光と前記第２信号光との間で生じたブ
    リルアン光増幅作用を受けた第２信号光を取り出す合分
    波手段と、前記合分波手段からの前記ブリルアン光増幅
    作用を受けた第２信号光を受け、当該ブリルアン光増幅
    作用を受けた第２信号光から、前記第２信号光の周波数
    は通過させるが、前記第１信号光の周波数は遮断する光
    周波数フィルタと、 該光周波数フィルタからの出力光を電気信号に変換する
    光検出手段と、 前記光検出手段により検出された信号の時間的波形ある
    いは振幅および位相を処理して解析するための信号処理
    手段と 前記第１信号光および前記第２信号光の少なくとも一方
    の偏波状態を変化させる手段と を具備したことを特徴とする光ファイバの特性評価装置
    。
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