JPH03146851A - 複屈折率測定方法およびその装置 - Google Patents

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） 本発明は、媒質の複屈折率の測定方法およびその装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来、媒質の複屈折率の測定方法として、■側方に散乱
されるレーリー散乱光の明暗の間隔から測定する方法（
ν、　Ｒａｍａｓｗａｍｙ　ｅｔ　ａｔ、、　Ｏｐｔ、
、　ｖｏ１１８、　ｎｏ、２４．　ｐｐ、４０８０〜４
０８４．１９７９）　、■ＰＯＴＤＲを用いる方法（Ｂ
、　Ｙ、　Ｋｔｍ　ａｎｄ　Ｓ、　Ｓ、　Ｃｈｏｉ、　
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。

Ｌｅｔｔ、、　ｖｏｌ、１７．　ｎｏ、５．　ｐｐ、１
９３〜１９４．１９８１）、■同一方に伝搬するポンプ
光、ストークス光、および反ストークス光間の、誘導４
光波混合を用いる方法（Ｒ，Ｈ，５ｔｏｌｅｎ　ｅｔ　
ａｌ、、　０ｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔ、、　ｖｏｌ、６＋
− ｎｏ、５．　ｐｐ、２１３〜２１５．１９８１）が報告
されている。

しかしながら■の方法では、屈折率７１Ｉｎが小さな場
合、測定が非常に困難となる。例えば、通常の単一モー
ド光ファイバで典型的な複屈折率１ｎ＝１０−６を仮定
すると、レーリー散乱光の明暗の間隔が１ｍ〜１０ｍに
もなってしまう。■の方法は、テスト媒質が光ファイバ
のように長いものに適した方法である。ＰＯＴＤＲを用
いれば、複屈折率の長手方向の分布も測定可能である。

ＰＯＴＤＲは、受信後方レーリー散乱光が時間的に正弦
波状に変化し、その時間周期から、複屈折率を求める方
法である。

複屈折率と時間周期は互いに反比例の関係にあり、Ａｎ
＝１０−’、　１０−’のとき、時間周期はそれぞれお
よそ１０ｎｓおよびｉｎｓとなる。従って、その時間周
期を正確に測定するためには、時間周期の１／１０程度
、すなわちｌｎｓおよび０．１ｎｓの時間分解能で後方
レーリー散乱光を測定する必要がある。このような高時
間分解能で微弱な後方レーリー散乱光を測定することは
、技術的に非常に困難である。

■の方法は、テス！・媒質にポンプ光を入射し、誘０ 導４光波混合により発生した、ストークス光または反ス
トークス光と、ポンプ光との光周波数差から、複屈折率
を測定する方法である。その光周波数差は、近似的に１
７７ア（ｆ！＝　’ｉｆ　ｆｉｔ　）−に比例すること
が知られている。従って、■の方法を使用して、色分散
が零に近い波長（例えば、石英系光ファイバの場合、１
．３μｍ）で測定する場合には、色分散の測定誤差が、
複屈折率ａｎに対する大きな測定誤差を生しさせてしま
う。さらにその場合、光周波数差が非常に大きな値にな
り、ストークス光または反ストークス光の波長は、テス
ト媒質の損失が小さな波長領域からはずれてしまう。従
って、実際には、ストークス光または反ストークス光を
測定することは不可能となる。また■の方法は、複屈折
率の分布を測定することはできないという欠点もある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、幅広い範囲の複屈折率を高精度に測定し、ま
た複屈折率の分布も測定可能とする、複屈折率の測定方
法および装置を提供することにあ■ る。

（課題を解決するための手段） 本発明は、対向して伝１般する光波間の４光波混合を利
用して、複屈折率の大きさを測定する。また、テスト媒
質のある点において４光波混合により発生または増幅ま
たは減衰した光波が、その点からテスト媒質の端まで伝
搬する時間を、テスト媒質中の位置に対応づけることに
より、複屈折率の連続的分布を測定する。

４光波混合は、媒質の３次の非線形定数の実部を介した
、非線形光学現象である。今、媒質中を、光波ｌと光波
３が同一方向に、また光波２と光波４は、それとは反対
方向に伝搬しているとする。

このとき、光波１および光波２をポンプ波とした。

光波１，２，３．４が関与する４光波混合を効率良く生
じさせるためには、これらの光波間に、以下の関係を成
立させる必要がある。

ｆｌ　＋ｒｚ＝ｒ３＋ｒ４（１） ／Ｉ　ｋ＝に２−に４十に３−ｋｌ　＝　Ｏ（２）ここ
で、ｆｌ＋　ｆ２．　ｆ３．　ｆ、は、光波１，２，３
゜４の光周波数を表わす。同様に、ｋｌ、　ｋ２＋　ｋ
３＋　ｋａは光波１，２，３．４の伝搬定数を示す。式
（１）、式（２）は、それぞれエネルギー保存の法則、
運動量保存の法則に対応する。式（２）の運動量Ｚｋは
媒質の色分散に起因するものＡｋｃと、媒質の複屈折率
に起因するものＡｋｂに分離できる。

１に＝ｌｋｃ＋ｌｋｂ　　　　　　　　　　　（３）Ａ
ｋｃは、近似的に下式で表わされる。

ａｋＣ＝　４　π（ｆｚ−ｆ４）／　ｖ　　　　　　　
（４）ここで、■は媒質中の光速である。一方、ａｋｂ
は、各光波の偏波状態により、表１に示す種々の値をと
る。

第　　■　　表 ４光波混合が起きる各光波の偏波の組合せを説明する表
ここで、ｓ、ｆは、それぞれ媒質の複屈折の主軸である
、ｓｌｏｗ軸と、ｆａｓｔ軸を表わす。表１には式（２
）〜（４）および表１に示したｌｈｂの値を用いて求め
た、光周波数差１　ｆ　＝　ｆ　２　　ｆ　ａも示して
ある。これかられかるように、媒質の複屈折率Ａｎは１ 、ｄｎ＝２λｌ　ｆ２　　ｆ４１　／ｖ　；組合せ１〜
８　（５）、Ｊｎ＝４λ（ｆ２　　ｆ４１　／　ｖ　；
組合せ９．１０　（６）から求めることが可能である。

ここで、λは光波１．２，３．４の平均的な波長である
。式（１）かられかるように、ｆｚ　　ｆａ−ｆｚ　　
ｆ＋であるから、ｆ２ｆａの代わりに、ｆｘ　　ｆ＋を
測定することにより、複屈折率、ｄｎを求めてもよい。

（実施例） 以下図面により、本発明の実施例を詳細に説明する。

実ｍ上 第１図は本発明の実施例１を示す図であって、Ｌｌは第
１のポンプ光源、ｐｃｔは偏波制御装置、■はビームス
プリッタ、１１はレンズ、２はテスト媒質である光ファ
イバ、Ｌ２は第２のポンプ光源、ＰＯ２は偏波制御装置
、１２はレンズ、３は光周波数フィルタ、４は光検出器
、５は周波数選択受信機、６は信号処理装置である。第
１図に示す装置を動作させるには、以下の通りにすれば
よい。

ポンプ光源Ｌ１からの連続波である光波ｌを、テスト媒
質に導くための光学手段１であるレンズＩ１１を介して
、光ファイバ２に入射する。また、ポンプ光源Ｌ２から
の連続波である光波２を、テスト媒質に導くための光学
手段２であるレンズ！２２を介して、光ファイバ２に入
射する。このとき、光波１と光波２は、第１図に示すよ
うに、光フアイバ２中を対向して伝搬するようにする。

このとき、光波ｌと光波２をポンプ波とした４光波混合
の結果、光波１と同一方向に伝搬する光波３′と、光波
２と同一方向に伝搬する光波４′が発生する。光波１，
２．３’、４’の光周波数をそれぞれｆｌ＋　ｆｚ、　
ｆ３＋　ｒ４とし、また伝搬定数をそれぞれに＋、ｋｚ
、に３＋　ｋ４とすると、各光波間では式（１）、式（
２）の関係が成立している。光波２と光波４′はビーム
スプリッタ１を介して光周波数フィルタ３に導かれる。

光周波数フィルタ３は光波２および光波４′の光周波数
のみ通過させ、他の光周波数は遮断するものとする。こ
れにより、光波１の反射光または散乱光が光検出器４に
入射し、雑音となることを防ぐことができる。このよう
にして、光波２と光波４′は、光検出器４により、光波
２と光波４′の周波数差であるｈ　　ｆａで振動する電
気信号に変換される。この電気信号の周波数を周波数選
択受信機５により測定し、信号処理装置６により、式（
５）、式（６）を計算して、光ファイバの複屈折率、！
！ｌｌｎを求めることができる。なお、式（５）、式（
６）のうち、いずれを使用するかは、各光波の偏波状態
を測定しなければ決められない。しかし、偏波制御装置
ＰＣＩ、ＰＯ２を使用して、光波１と光波２間の、種々
の偏波状態の組合せに対して上記測定を行うことにより
、周波数Ｆおよび周波数２Ｆの信号を検出できる。ここ
で、Ｆを式（５〉におけるｆｚ　　Ｌに代入することに
より、Ｉｎを決定できる。

なお、互いの偏波が保存された状態で、光波２と光波４
′が光ファイバを伝搬し、光受信機で受光されたときは
、表１における組合せ１，４，５゜８．９．１０の場合
、表１に示すビート電気信号は７ 検出されない。なぜなら、組合せ１，４，５，８゜９．
１０においては、光波２と光波４の偏波は直交状態であ
り、互いに干渉しないからである。

以上説明した例では、光波２と光波４′間のビート電気
信号の周波数を測定することにより、周波数差ｆ２−ｆ
４を測定したよしかし、この周波数差を光学的に測定す
ることも可能である。例えば、高フィネスの掃引型ファ
ブリペロ−干渉計を、光周波数フィルタ３として使用し
、光波２および光波４′がファブリペロ−干渉計を透過
するときの、共振器長の差から、光周波数差ｆｚ　　ｆ
ａを求めることができる。

Ａｎ　＝１０−６（通常の光ファイバに対応する）、１
０−’、　１０−’　（偏波保持光ファイバに対応する
）の場合について、式（５）から周波数差ｆｚ　　ｆａ
を求めると、波長λ−１μｍのとき、それぞれ１００Ｍ
Ｈｚ　。

ＩＣｌ３　、１０ＧＨｚとなる。これらは容易に測定可
能な値である。

さて、以上説明した実施例１で、は、光ファイバの複屈
折率の分布は測定できない。以下にそれを８ 可能とする方法について説明する。

実遣遺業 第２図は本発明の実施例２を示す図であって、５は周波
数選択受信機、６は信号処理装置、７は光変調器である
。ここでは、光源Ｌ１からの連続波を光変調器７により
、パルス状に強度変調している。パルス状となった光波
１は、実施例１の場合と同様に、対向して光フアイバ中
を伝搬する光波２との間で４光波混合を起こし、光波１
と同一方向に伝搬する光波３′および光波２と同一方向
に伝搬する光波４′を発生させる。光波２と光波４′は
、光周波数フィルタ３を通過し、光検出器４により両波
のビート電気信号に変換される。光波１および光波３′
は光周波数フィルタ３により遮断される。この光波２と
光波４′によるビート電気信号は、周波数選択受信の可
能な、周波数選択受信機５により検波され、電気信号の
周波数とともに、その強度の時間変化が時間波形として
測定される。これらの情報は、信号処理装置６に記録さ
れ、必要に応して、信号対雑音比改善のための平均化処
理等が施される。

第３図は、周波数選択受信機５における選択周波数を変
えながら、上記測定を行っ−たときの、測定信号波形群
を示す。今、光周波数差ｆ２−　ｆ、が式（５）を満足
しているときの値をＡｆｏとする。このとき、第３図に
示したように、有限の信号強度が得られ、その他の場合
は、信号強度は零である。

パルス状の光波ｌが光ファイバ２に入射した時刻をｔｌ
とする。その光波１が光ファイバの他端にまで達し、そ
の他端において発生した光波４′が、光波１が光ファイ
バ２に入射した位置へ達する時刻をｔ２とする。その時
間差１．−１２は時間は２Ｌ／Ｖである。ただし、ここ
でＬは光ファイバ２の長さである。従って、有限の信号
強度を持つ信号波形は、２　Ｌ　／　ｖの時間だけ観測
される。信号強度が時間とともに減衰しているのは、光
ファイバのある位置で発生する光波４′の強度が、その
位置における、ポンプ波である光波１の強度に依存する
からである。

第４図は、第３図の場合と異なり、光ファイバ２の複屈
折率が分布を持った場合の測定信号波形群を示している
。ここでは、区間［２１＋　２２］での複屈折率はａｎ
＋、その他の区間での複屈折率はＡｎ２　（≠Ａｎｌ）
を仮定している。また、式（５）において、１Ｊｎ＝Ｉ
ｎ、および１Ｊｎ＝ｌｎ２としたときの光周波数差ｆｚ
　　ｆａをそれぞれＡｒｔおよびＡｒ１とする。

このとき、周波数選択受信機５における選択周波数ＩＪ
ｒ＋としたときには、［２ｚ、／ｖ、２ｚ２／ｖ］の時
間間隔のみで有限の信号強度が得られる。また周波数選
択受信機５における選択周波数をＡｒｚとしたときには
［０，２ｚ、／ｖ］および［２ｚｚ／ｖ、’２Ｌ／ｖ］
の時間間隔のみで有限の信号強度が得られる。このよう
に、複屈折率の大きさは信号が観測される周波数から測
定可能である。またその複屈折率が生している光フアイ
バ上の位置は、その信号が観測される時間から求めるこ
とが可能である。

以上説明した実施例１．２では、ポンプ光である光波１
および光波２から光波３′および光波４′を発生させて
いる。この場合、光波３′および光１ 波４′は、雑音光から成長して発生するので、その発生
効率は高くない。光波３′と光波４′のうち、少なくと
も一方の光波の周波数と一致する光波を、ポンプ光とと
もに光ファイバに入射させることにより、その効率を向
上させることが可能である。

以下、そのような、本発明の実施例について説明する。

実施皿１ 第５図は、本発明の実施例３を示す図であって、Ｌ３は
周波数可変な第３の光源、ＰＯ２は光源Ｌ３からの光波
３の偏波状態を制御するための偏波制御装置、８は光波
１と光波３を合波するためのビームスプリッタである。

すでに実施例１および２で説明したように、ポンプ光で
ある光波１および光波２が、テスト光フアイバ２中を対
向して伝搬するとき、４光波混合により、光波３′およ
び光波４′が発生する。発生する光波４′の光強度は光
波１、光波２および光波３′の光強度の積に比例する。

したがって、光源Ｌ３からの光波３の光２ 周波数を、光波３′の光周波数に一致させることにより
、実施例１および２の場合に比べて、格段に大きな光強
度の光波４“を得ることができる。

光波４″および光波２を受信する方法は、実施例２の場
合と全く同様である。

なお以上の説明では、大きな光強度の光波４″を得るた
めに、光波３の光周波数を変化させ、最適な値に一致さ
せたが、その代わりに光波１の光周波数を変えてもよい
ことは、容易にわかる。

実益脳生 第６図は、本発明の実施例４を示す図であって、９、１
０．１１はビームスプリッタ、１２は光検出器、１３は
周波数カウンタである。本発明を動作させるには、まず
、光源Ｌ１からの光波１の光周波数ｆＩと光源Ｌ２から
の光波２の光周波数ｆ２を固定する。

次に、光源Ｌ３からの光波３の光周波数ｆ３を変化させ
ながら、４光波混合により発生し、光波２と同一方向に
伝搬する光波４“の時間的強度変化を光検出器４により
検出する。この実施例４では、光波２と光波４″の光周
波数差を測定する代わり３ に、それと等しい、光波１と光波３の光周波数差を測定
している。具体的には、ビームスプリッタ９により一部
分割された光源ＬＬからの光波１と、ビームスプリッタ
１０により一部分割された光源Ｌ３からの光波３とを、
ビームスプリンタ１１により合波し、合波した光波を光
検出器によりビート電気信号に変えた後、そのビート電
気信号の周波数を周波数カウンタ１３により測定してい
る。測定された周波数は、信号処理袋Ｗ６に送られる。

この方法では、大きなビート電気信号が得られるので、
実施例１〜３に比べて、非常に高精度に周波数ｆ＋　　
Ｌ＝ｈ　　ｆ４を測定することができる。またこの方法
では、光波２と光波４″とのビート電気信号を測定する
必要はないので、光フィルタ３は、光波４“のみ通過さ
せるようにし、光検出器４により検出された、光波４“
の強度の時間変化信号を信号処理装置６に送ればよい。

な胎以上の説明では、４光波混合により光波４“を発生
させるため、光源Ｌ３からの光波３の光周波数を変化さ
せたが、その代わりに、光源Ｌ１か　４− らの光波１の光周波数を変化させてもよいことは、実施
例３の場合と同しである。

また以上の実施例４の説明では、４光波混合が起きたこ
とを光波４″の光強度を測定することにより検出してい
る。しかし４光波混合が起きたときには、光波４“が発
生すると同時に、光波１の光強度の減少および光波３の
光強度の増大が起きる。従って、４光波混合が起きたこ
とを検出するために、光波４′の光強度を測定する代わ
りに、光ファイバ２を透過した光波１の光強度または光
波３の光強度の変化を測定してもよい。ただしこのとき
には、４光波混合が起きた、光フアイバ２中の位置を測
定することはできないので、複屈折率の分布は求められ
ない。

夫施尉ｉ 第７図は、本発明の実施例５を示す図である。

Ｌ４は周波数可変な第４の光源、ＰＯ２は偏波制御装置
、１４は光源Ｌ２からの光波２と光源Ｌ４からの光波４
を合波するためのビームスプリッタである。

本発明を動作させるには、まず、光源Ｌ１からの光５ 波１の光周波数りおよび光源Ｌ２からの光波２の光周波
数ｆ２を固定する。次に、光源Ｌ４からの光波４の光周
波数ｆ４を変化させながら、光源Ｌ１からのパルス状の
光波１と、光波２と光波４の間における４光波混合によ
り、光波４が増幅または減衰するときの光周波数差ｆｚ
　　ｆａをさがす。このとき、光波２と光波４は、光周
波数フィルタ３を通過し、光検出器４により両波のビー
ト電気信号に変換される。この電気信号は、周波数選択
受信の可能な、周波数選択受信機５により検波され、電
気信号の周波数とともに、その強度の時間変化が時間波
形として測定される。これらの情報は、信号処理装置６
に記憶され、必要に応じて、信号対雑音比を改善するた
めの平均化処理が施される。

なお上記の実施例では光波４の光周波数を変化させたが
、光源Ｌ２からの光波２の光周波数ｆｔを変化させても
よい。

第８図は、第４図の場合と同様に、光ファイバ２の複屈
折率が分布を持った場合の測定波形群を示している。こ
こでは、区間［ｚｌ、　ｚｚ　］で］ノ複−２６＝ 屈折率はａｎ＋、その他の区間での複屈折率はＪｎｚ（
≠ａｎ、）を仮定している。また式（５）において、／
Ｊｎ＝、６ｎ、および／Ｊｎ＝ｌＪｎ２としたとき、４
光波混合が生しる光周波数差ｆ２−１４をそれぞれＡｒ
１およびＡｒｚとする。光波２または光波４の少なくと
も一方の光周波数を変化させることにより、光周波数差
１’ｚ　　ｆａを変えながら測定を行うものとする。

この場合、周波数選択受信機５における選択周波数をｚ
ｌｒ＋としたときには、４光波混合が生しない場合の信
号強度■。よりも大きな信号強度が、［２ｚ１／　ｖ　
、　２２２／　Ｖコの時間間隔で得られる。

また周波数選択受信機５における選択周波数を１Ｕｒｚ
としたときには、［０，２ｚ＋／ｖ　］および［２ｚ２
／ｖ、２Ｌ／ｖ］の時間間隔のみで、Ｉｏよりも大きな
信号強度が得られる。このように、光ファイバの複屈折
率は、１．よりも大きな信号が観測される周波数から測
定可能である。またその複屈折率が生じている光フアイ
バ上の位置は、その信号が観測される時間から求めるこ
とが可能である。

なお第８図では、光波４が４光波混合により増７ 幅される場合のみ示したが、減衰を受ける場合は、４光
波混合が起きたときの信号強度がＩ。よりも小さくなる
点が上記の場合と異なるのみで、他はすべて上記の場合
と同様である。

この実施例が実施例１．２の場合よりも優れている点は
、光波２と光波４の光強度が大きいので、これらのビー
ト周波数が精度良く測定可能なことである。

尖施班立 第９図は本発明の実施例６を示す図である。この実施例
では、光源ＬＬ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４からの光波１、光波
２、光波３、光波４が関与した４光波混合を、テスト光
フアイバ２中で効率よく起こすため、各光波の光周波数
を以下の通りに制御する。

ずなわち光波２および光波４のうち、少なくとも一方の
光波の光周波数を変化させることにより光周波数差ｆｚ
　　Ｌを変化させ、それと同時に、光波１および光波３
のうち、少なくとも一方の光波（第９図では、光波３の
場合を示す）の光周波数８ を変化させることにより、ｆ　３　　ｆ　ｌ−ｆ　ｚ　
　ｆ　４　＝　ｌ　ｆの関係を保たせながら、光周波数
差ｆ３−ｆ、を変化させる。このとき、弐（５）の関係
は満足されるので、もし１．ｄｆが表１に示す周波数（
±に、±２Ｋ）と一致すれば、式（６）の関係も満足さ
れるので、４光波混合が効率よく起こることになる。こ
のとき、光波４は増大または減衰する。このような４光
波混合の影響を受けた光波４の受信方法は、実施例５の
場合と同しである。なお上記ｆ’ａ　　Ｌ−ｆｚ　　ｆ
ａの関係を保ちながら、１Ｊｆ−４２−ｒ、を変化させ
る具体的方法は以下の通りである。

まず、ビームスプリッタ９により一部分割された光源Ｌ
１からの光波１と、ビームスプリッタ１０により一部分
割された光源Ｌ３からの光波３とを、ビームスプリッタ
１１により合波し、合波した光波を光検出器１２により
ビート電気信号に変えた後、そのビート電気信号の周波
数ｆ３−ｆ、を周波数カウンタ１３により測定している
。測定された周波数は、信号処理装置６に送られる。同
時に光波２と光波４の光周波数差ｆｚ　　ｆ４も周波数
選択受信機５によ９ り測定され、信号処理装置６に送られる。信号処理装置
６ば周波数の誤差（ｆ３−ｆｌ）−（ｆ２−ｆ４）を表
わす誤差信号を光源Ｌ３に送出する。光源１゜３は、そ
の誤差信号をもとに、自らの発振周波数ｆ３を制御する
ことにより、４光波混合の１条件である、式（５）を満
足するように動作する。このようにしながら、光源Ｌ２
ないし光ａ１．４からの光波の少なくとも一方の光周波
数を変化させて、光波２と光波４のビート電気信号を測
定することにより、第４図に示した実施例５と同様の測
定信号波形群が得られる。よって、実施例５と全く同様
にしてテスト光ファイバ２の複屈折率分布が得られる。

以上の説明では、テスト光ファイバ２に入射する光波１
は、すべてパルスであるとした。しかしながら、光源Ｌ
３からの光波３がパルスであってもよい。また、光波１
のみならず、光波３も、光波１のパルスと同期したパル
スであってもよいことは明らかである。さらに光波２ま
たは光波４がパルスであってもよい。ただし最後の場合
には、光波１のパルスと、光波２ないし光波４のパルス
が０ 出会った位置でのみ４光波混合が起こるので、テスト光
ファイバ２の長平方向にそった複屈折率分布を測定する
ためには、光波ｌのパルスがテスト光ファイバ２へ入射
する時刻と、光波２ないし光波４のパルスがラースト光
ファイバ２に入１］する時刻の差を変化させなから測定
を行う必要がある。

また以上説明した実施例では、複屈折率の分布を測定す
るために、光源Ｌ１または光源Ｌ３をパルス状に強度変
調し、かつ光源Ｌ１からの光波１に対して、光フアイバ
中を対向して伝搬する光波４′、光波４″または光波４
の４光波混合効果による時間的強度変化を測定した。し
かし４光波混合の結果、光波４′、光波４″、または光
波４の強度が変化すると同時に、光源２からの光波の強
度も、変化する。したがって、光波４′、光波４″、ま
たは光波４の強度を測定する代わりに、光波２の強度変
化を測定してもよい。ポンプ光である光波２は４光波混
合により自らのエネルギーを失うので、４光波混合が起
きたときの光波２の光強度は、起きないときの光強度に
比べて小さくなる。

また以上の説明では、光源Ｌ１からの光波１を、光変調
器７により強度変調し、パルスを得ていた。

しかし、変調方式は、強度変調の代わりに周波数変調で
あってもかまわない。ただし、このときには、マークが
オフのときの光波１の周波数は、光波１、光波２、光波
３および光波４の間に、式（５）、式（６）の関係が成
立しないように選定しておく必要がある。

また、以上の説明における実施例では、効率良く４光波
混合を起こさせるために、光波Ｉ、光波２、光波３、お
よび光波４の、それぞれの光波に対応した偏波制御装置
１．２．３．および４を使用した。しかし、表１からも
わかるように、効率良く４光波混合を起こさせるために
、すべての偏波状態の組合わせに関して測定を行う必要
はない。

−例として、第５図に示した実施例３の場合について考
えてみる。表１における組合わせ３および組合わせ７に
着目すると、光波１の偏波が、テスト光ファイバ２のフ
ァースト（ｆａｓｔ）軸に一致し、２ 光波３の偏波がスロー（ｓ　Ｉｏｉｖ）軸に一致してい
るとき、光波２の偏波方向に関係なく、４光波混合によ
り、光波４″を発生させることができる。したがって、
たとえば偏波ビームスプリッタ等により光波ｌと光波３
を合波し、光波１と光波３の偏波が直交した状態を保っ
たまま、一つの偏波制御装置のみで、光波１と光波３の
偏波の方向を変化させて測定を行えばよい。一般には、
１／２波長板および１／４波長板等により構成した偏波
制御装置は、波長依存性を有するが、本発明ではｌｔ＋
ｆ、ｌ＜＜ｌであるので、上述のように、一つの偏波制
御装置で、２波以上の偏波制御が可能である。

以上、実施例３における、偏波の組合わせ３および組合
わせ７の場合についてのみ説明したが、他の実施例およ
び他の偏波の組合わせにういても同様である。

また、たとえテスト光ファイバ２の複屈折の軸が、テス
ト光ファイバ２の長平方向で変化している場合でも、種
々の偏波の組合わせに関する測定信号波形の平均値をと
ることにより、テスト光フ３ ァイハ２の長手方向のすべての位置で、偏波が４光波混
合の効率に及ぼす影響を軽減した測定が可能となる。

また以上の説明ではテスト媒質として光ファイバを取り
上げて説明してきたが、他の媒質に対しても本発明が適
用可能であることは言うまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、４光波混合の効
果により、発生または信号強度が増幅ないし減衰した光
波と、ポンプ光との光周波数差から、複屈折率を求める
ことができる。また、４光波混合の効果を受けた光波が
テスト媒質の端に到達する時間差から、複屈折率とテス
ト媒質の位置を対応づけることができる。一般に、テス
ト媒質に歪（側圧、曲げ、捻じり等）が加わった場合、
テスト媒質の複屈折率が変化することが知られている。

従って、本発明は、歪センサとして応用することも可能
である。特に、テスト媒質に光ファイバを使用した場合
には、その低損失性ゆえに、４ 非常に長い距離にわたった歪センシングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１を示す図、 第２図は本発明の実施例２を示す図、 第３図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第４図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第５図は本発明の実施例３を示す図、 第６図は本発明の実施例４を示す図、 第７図は本発明の実施例５を示す図、 第８図は本発明による測定信号波形群を説明する図、 第９図は本発明の実施例６を示す図である。 Ｌｌ、Ｌ２．Ｌ３．Ｌ４・・・光源 ＰＣＩ、ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４・・・偏波制御装置Ｌ
　８．９．１０．　ＩＬ　１４・・・ビームスプリッタ
２・・・テスト光ファイバ ３・・・光周波数フィルタ ４．１２・・・光検出器 ６・・・信号処理装置 １３・・・周波数カウンタ ５・・・周波数選択受信機 ７・・・光変調器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、互いに反対方向にテスト媒質を伝搬する、光波１と
   光波２の間における４光波混合の結果発生する二つの光
   波を光波３′および光波４′とし、該光波２と同一方向
   に伝搬する光波４′の光周波数と、該光波２の光周波数
   との差周波数から、または該光波１と同一方向に伝搬す
   る光波３′の光周波数と、該光波１の光周波数との差周
   波数から、該テスト媒質の複屈折率を測定することを特
   徴とする複屈折率測定方法。 ２、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波１と光
   波３と、該光波１とは反対方向に伝搬する光波２との間
   における４光波混合の結果、該光波２と同一方向に伝搬
   する光波４″が発生し、該光波２の光周波数と該光波４
   ″の光周波数との差周波数から、または該光波４″が発
   生したときの該光波１の光周波数と該光波３の光周波数
   との差周波数から、該テスト媒質の複屈折率を測定する
   ことを特徴とする複屈折率測定方法。 ３、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波２と光
   波４と、該光波２とは反対方向に伝搬する光波１との間
   における４光波混合の結果、該光波４の光信号強度が増
   幅または減衰したときの、該光波２の光周波数と該光波
   ４の光周波数との差周波数から、該テスト媒質の複屈折
   率を測定することを特徴とする複屈折率測定方法。 ４、互いに同一方向にテスト媒質を伝搬する光波１と光
   波３と、該光波１とは反対方向に伝搬する光波２と光波
   ４との間における４光波混合の結果、該光波４の光信号
   強度を増幅または減衰したときの、該光波１の光周波数
   と該光波３の光周波数との差周波数から、または該光波
   ２の光周波数と該光波４の光周波数との差周波数から、
   該テスト媒質の複屈折率を測定することを特徴とする複
   屈折率測定方法。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、または第
   ４項記載の複屈折率測定方法において、光波１および光
   波３のうち、少なくとも一つの光波を強度変調または周
   波数変調し、該４光波混合により発生した該光波４′も しくは該光波４″、または該４光波混合により増大もし
   くは減衰した該光波４、または該４光波混合の結果に関
   与した、該光波２の時間的強度変化を検出することによ
   り、複屈折率の分布を測定することを特徴とする複屈折
   率測定方法。 ６、光源Ｌ１および光源Ｌ２と、 該光源Ｌ１からの光波１の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ１と、 該光波１をテスト媒質に導く光学手段１と、該光源Ｌ２
   からの光波２の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ２と、 該光波２を該光波１とは反対方向に該光波 ２が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段２と
   、 該光波１と該光波２が該テスト媒質中で、 ４光波混合と呼ばれる非線形相互作用を起こし、該光波
   １と同一方向に伝搬する光波３′および該光波２と同一
   方向に伝搬する光波４′が発生し、該光波１の光周波数
   と該光波３′の光周波数との差周波数を測定する手段、
   または該光波２の光周波数と該光波４′の光周波数との
   差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 ７、少なくとも一方が周波数可変な光源Ｌ１と光源Ｌ３
   と、 光源Ｌ２と、 該光源Ｌ１からの光波１の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ１と、 該光波１をテスト媒質に導く光学手段１と、該光源Ｌ２
   からの光波２の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ２と、 該光波２を、該光波１とは反対方向に該光 波２が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段２
   と、 該光源Ｌ３からの光波３の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ３と、 該光波３を、該光波１と同一方向に該光波 ３が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段３と
   、 該光波１、該光波２および該光波３が該テ スト媒質中で、４光波混合と呼ばれる非線形相互作用を
   起こし、該４光波混合の結果発生した光波４″の光周波
   数と、該光波２の光周波数との差周波数を測定する手段
   と、または該差周波数と等価な、該光波１の光周波数と
   該光波３の光周波数との差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 ８、光源Ｌ１と、 少なくとも一方が周波数可変な光源Ｌ２お よび光源Ｌ４と、 該光源Ｌ１からの光波１の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ１と、 該光波１をテスト媒質に導く光学手段１と、該光源Ｌ２
   からの光波２の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ２と、 該光波２を、該光波１とは反対方向に該光 波２が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段２
   と、 該光源Ｌ４からの光波４の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ４と、 該光波４を、該光波１とは反対方向に該光 波４が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段４
   と、 該光波１、該光波２および該光波４が該テ スト媒質中で、４光波混合と呼ばれる非線形相互作用を
   起こし、該４光波混合の結果、信号強度が増大または減
   衰した該光波４の光周波数と、該光波２の光周波数との
   差周波数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 ９、少なくとも一方が周波数可変な光源Ｌ１および光源
   Ｌ３と、 少なくとも一方が周波数可変な光源Ｌ２お よび光源Ｌ４と、 該光源Ｌ１からの光波１の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ１と、 該光波１をテスト媒質に導く光学手段１と、該光源Ｌ２
   からの光波２の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ２と、 該光波２を、該光波１とは反対方向に該光 波２が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段２
   と、 該光源Ｌ３からの光波３の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ３と、 該光波３を、該光波１と同一方向に該光波 ３が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段３と
   、 該光源Ｌ４からの光波４の偏波を制御する ための偏波制御装置ＰＣ４と、 該光波４を、該光波１とは反対方向に該光 波４が該テスト媒質中を伝搬するように導く光学手段４
   と、 該光波１、該光波２、該光波３および該光 波４が該テスト媒質中で、４光波混合と呼ばれる非線形
   相互作用を起こし、該４光波混合の結果、増幅または減
   衰した該光波４の光周波数と、該光波２の光周波数との
   差周波数を測定する手段と、または該差周波数と等価な
   、該光波１の光周波数と該光波３の光周波数との差周波
   数を測定する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。 １０、特許請求の範囲第６項、第７項、第８項または第
   ９項記載の複屈折率測定装置において、光源Ｌ１および
   光源Ｌ３のうち、少なくと も一つの光源からの出射光を強度変調または周波数変調
   する変調手段と、 該４光波混合により発生した該光波４′も しくは該光波４″、または該４光波混合により増幅もし
   くは減衰した該光波４または該４光波混合の結果に関与
   した該光波２の時間的強度変化を検出する手段と を具備したことを特徴とする複屈折率測定装置。