JPH04276535A - Ｏｔｄｒ装置 - Google Patents
Ｏｔｄｒ装置Info
- Publication number
- JPH04276535A JPH04276535A JP3061231A JP6123191A JPH04276535A JP H04276535 A JPH04276535 A JP H04276535A JP 3061231 A JP3061231 A JP 3061231A JP 6123191 A JP6123191 A JP 6123191A JP H04276535 A JPH04276535 A JP H04276535A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical fiber
- stimulated raman
- coherency
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、光ファイバの一端に
パルス光を入射したときのレーリ後方散乱光やラマン後
方散乱光を検出して後方散乱光強度の各時間ごとの値よ
り光ファイバの長さ方向各位置での損失等の特性や温度
を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ−Ｄｏ
ｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置の改良に
関する。
パルス光を入射したときのレーリ後方散乱光やラマン後
方散乱光を検出して後方散乱光強度の各時間ごとの値よ
り光ファイバの長さ方向各位置での損失等の特性や温度
を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ−Ｄｏ
ｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置の改良に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＯＴＤＲ装置では、光源からパルス光を
発生させてこれを被測定光ファイバの一端に入射し、こ
の光ファイバで生じたレーリ散乱やラマン散乱により後
方に戻ってきてその一端から出射した光を分離する。そ
して、受光素子に導き電気信号に変換した上で後方散乱
光の強度についての各時間ごとのデータを得る。この時
間ごとのデータをパルス光発生タイミングを基準にして
並べれば、光ファイバの長さ方向での損失分布が得られ
る。ラマン散乱光は入射光波長からシフトした波長の光
で、短い波長にシフトした反ストークス光と、長い波長
にシフトしたストークス光とからなり、その強度は温度
により敏感に変化することから、光ファイバ長さ方向各
位置での温度分布の測定ができる。
発生させてこれを被測定光ファイバの一端に入射し、こ
の光ファイバで生じたレーリ散乱やラマン散乱により後
方に戻ってきてその一端から出射した光を分離する。そ
して、受光素子に導き電気信号に変換した上で後方散乱
光の強度についての各時間ごとのデータを得る。この時
間ごとのデータをパルス光発生タイミングを基準にして
並べれば、光ファイバの長さ方向での損失分布が得られ
る。ラマン散乱光は入射光波長からシフトした波長の光
で、短い波長にシフトした反ストークス光と、長い波長
にシフトしたストークス光とからなり、その強度は温度
により敏感に変化することから、光ファイバ長さ方向各
位置での温度分布の測定ができる。
【０００３】後方散乱光として検出されるレーリ散乱光
は入射光の１万分の１以下と微弱であり、またラマン散
乱光は１億分の１ときわめて微弱であるため、光強度の
強い光源を使用する必要がある。 半導体レーザ（ＬＤ
）を光源として使用した場合、とくにラマン散乱光強度
が弱く、十分な温度測定精度を得ることができない。 そのため、最近実用化された半導体レーザ（ＬＤ）励起
固体レーザを使用して強い光を被測定光ファイバに入射
し、強いラマン散乱光強度を得るようにしている。
は入射光の１万分の１以下と微弱であり、またラマン散
乱光は１億分の１ときわめて微弱であるため、光強度の
強い光源を使用する必要がある。 半導体レーザ（ＬＤ
）を光源として使用した場合、とくにラマン散乱光強度
が弱く、十分な温度測定精度を得ることができない。 そのため、最近実用化された半導体レーザ（ＬＤ）励起
固体レーザを使用して強い光を被測定光ファイバに入射
し、強いラマン散乱光強度を得るようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＯＴＤＲ装置のように光源としてＬＤ励起固体レーザを
用いる場合、この光源は固体レーザであるため発振光の
コヒーレンシーが極めて高く、また直線偏光しているこ
とが多いので、ノイズが発生する問題がある。すなわち
、被測定光ファイバとしてマルチモード光ファイバを使
用する場合はモードが複数あることからコヒーレンシー
を低下させることが簡単であり、光源のコヒーレンシー
が問題となることは少ないが、シングルモード光ファイ
バの場合は、光源からのパルス光が長距離伝播した後で
もコヒーレンシーが低下せず、そのために伝播するパル
ス光とレーリ散乱光との干渉、偏光モードとの干渉、ブ
ルリアン散乱光との干渉、偏光によるブルリアン散乱発
生効率の違いなどの揺らぎが光ファイバ中に発生する。 その結果、コヒーレンシーの良好な光源でシングルモー
ド光ファイバのＯＴＤＲ波形を取ると、これらの干渉に
よる揺らぎの影響が非常に大きなノイズとして観測され
る。温度測定に使用されるラマン散乱光の信号にもノイ
ズとして悪影響が及ぼされる。
ＯＴＤＲ装置のように光源としてＬＤ励起固体レーザを
用いる場合、この光源は固体レーザであるため発振光の
コヒーレンシーが極めて高く、また直線偏光しているこ
とが多いので、ノイズが発生する問題がある。すなわち
、被測定光ファイバとしてマルチモード光ファイバを使
用する場合はモードが複数あることからコヒーレンシー
を低下させることが簡単であり、光源のコヒーレンシー
が問題となることは少ないが、シングルモード光ファイ
バの場合は、光源からのパルス光が長距離伝播した後で
もコヒーレンシーが低下せず、そのために伝播するパル
ス光とレーリ散乱光との干渉、偏光モードとの干渉、ブ
ルリアン散乱光との干渉、偏光によるブルリアン散乱発
生効率の違いなどの揺らぎが光ファイバ中に発生する。 その結果、コヒーレンシーの良好な光源でシングルモー
ド光ファイバのＯＴＤＲ波形を取ると、これらの干渉に
よる揺らぎの影響が非常に大きなノイズとして観測され
る。温度測定に使用されるラマン散乱光の信号にもノイ
ズとして悪影響が及ぼされる。
【０００５】この発明は、上記に鑑み、強度の強い光の
コヒーレンシーを低下させることによって、レーリ、ラ
マンＯＴＤＲ波形のノイズを低減させるよう改善した、
ＯＴＤＲ装置を提供することを目的とする。
コヒーレンシーを低下させることによって、レーリ、ラ
マンＯＴＤＲ波形のノイズを低減させるよう改善した、
ＯＴＤＲ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明によるＯＴＤＲ装置では、光ファイバの一
端に強度の大きなパルス光を入射して誘導ラマン散乱を
生じさせ、他端から出射する誘導ラマン散乱光のなかか
らもとの光源の光の波長成分を取り出し、この取り出し
た光を、被測定光ファイバの一端に入射する光として使
用することが特徴となっている。強いパルス光を入射す
ることによって光ファイバ中に誘導ラマン散乱を生じさ
せると、光ファイバ中に伝播するパルス光に、前方レー
リ散乱光、誘導ブルリアン散乱光、波長シフト量の小さ
い誘導ラマン散乱光が重積してパルス光のコヒーレンシ
ーを低下させることが可能となる。コヒーレンシーの低
下したパルス光を用いることによって、レーリ、ラマン
ＯＴＤＲ波形のノイズを低減させることができる。
め、この発明によるＯＴＤＲ装置では、光ファイバの一
端に強度の大きなパルス光を入射して誘導ラマン散乱を
生じさせ、他端から出射する誘導ラマン散乱光のなかか
らもとの光源の光の波長成分を取り出し、この取り出し
た光を、被測定光ファイバの一端に入射する光として使
用することが特徴となっている。強いパルス光を入射す
ることによって光ファイバ中に誘導ラマン散乱を生じさ
せると、光ファイバ中に伝播するパルス光に、前方レー
リ散乱光、誘導ブルリアン散乱光、波長シフト量の小さ
い誘導ラマン散乱光が重積してパルス光のコヒーレンシ
ーを低下させることが可能となる。コヒーレンシーの低
下したパルス光を用いることによって、レーリ、ラマン
ＯＴＤＲ波形のノイズを低減させることができる。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を、ラマン後方散乱光を検出
することにより被測定光ファイバの長さ方向温度分布を
測定するＯＴＤＲ装置に適用した一実施例について図面
を参照しながら詳細に説明する。図１において、光源と
して半導体レーザ（ＬＤ）励起固体レーザ１１と光ファ
イバ１２とからなるファイバ・ラマンレーザ装置１が用
いられ、そこから発生したパルス光が光減衰器２、光フ
ィルタ４および分光デバイス３を経て、被測定光ファイ
バ９に入射される。分光デバイス３はたとえば回折格子
や、誘電体多層膜を使用した光学フィルタ膜などからな
る。この被測定光ファイバ９で発生したラマン後方散乱
光の波長成分は分光デバイス３で分離される。ここでは
分光デバイス３より２つの波長成分の光が取り出され、
それぞれ受光素子５およびアンプ６を経てデジタル平均
化回路７に送られる。このデジタル平均化回路７はコン
ピュータ８に接続されており、相互にデータの送受を行
なっている。デジタル平均化回路７では、ＬＤ励起固体
レーザ１１に送ったパルス光発生のためのトリガ信号を
起点にして入力信号のサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を
行ない、後方散乱光の強度についてのデータを、被測定
光ファイバ９にパルス光を入射した時点からの各単位時
間ごとに得ており、さらにパルス光入射を繰り返したと
きのデータを加算して加算平均化処理を行なってＳ／Ｎ
比を上げるようにしている。こうして得られたデータは
コンピュータ８に送られ、たとえば横軸をデータサンプ
リング時間、縦軸をデータの大きさとして表示すること
により、被測定光ファイバ９の長さ方向各位置の測定温
度が表わされることになる。
することにより被測定光ファイバの長さ方向温度分布を
測定するＯＴＤＲ装置に適用した一実施例について図面
を参照しながら詳細に説明する。図１において、光源と
して半導体レーザ（ＬＤ）励起固体レーザ１１と光ファ
イバ１２とからなるファイバ・ラマンレーザ装置１が用
いられ、そこから発生したパルス光が光減衰器２、光フ
ィルタ４および分光デバイス３を経て、被測定光ファイ
バ９に入射される。分光デバイス３はたとえば回折格子
や、誘電体多層膜を使用した光学フィルタ膜などからな
る。この被測定光ファイバ９で発生したラマン後方散乱
光の波長成分は分光デバイス３で分離される。ここでは
分光デバイス３より２つの波長成分の光が取り出され、
それぞれ受光素子５およびアンプ６を経てデジタル平均
化回路７に送られる。このデジタル平均化回路７はコン
ピュータ８に接続されており、相互にデータの送受を行
なっている。デジタル平均化回路７では、ＬＤ励起固体
レーザ１１に送ったパルス光発生のためのトリガ信号を
起点にして入力信号のサンプリングおよびＡ／Ｄ変換を
行ない、後方散乱光の強度についてのデータを、被測定
光ファイバ９にパルス光を入射した時点からの各単位時
間ごとに得ており、さらにパルス光入射を繰り返したと
きのデータを加算して加算平均化処理を行なってＳ／Ｎ
比を上げるようにしている。こうして得られたデータは
コンピュータ８に送られ、たとえば横軸をデータサンプ
リング時間、縦軸をデータの大きさとして表示すること
により、被測定光ファイバ９の長さ方向各位置の測定温
度が表わされることになる。
【０００８】ファイバ・ラマンレーザ装置１の光ファイ
バ１２には誘導ラマン散乱が発生する閾値以上の大きさ
の高出力パルス光が入力されている。そのため数Ｗ以上
の高出力のパルス光が必要であるが、このように大きな
出力の光を出すことは通常のＬＤでは困難である。そこ
で、ここでは最近実用化されたＬＤ励起固体レーザ１１
を使用している。これは、従来の固体レーザの励起用光
源であるフラッシュランプをＬＤに置き換えたもので、
効率が良く、小型化も可能である。現在商品化されてい
るものとして、レーザ発振用の固体結晶がＮｄドープＹ
ＡＧあるいはＹＬＦからなるもので、発振波長が１．０
６μｍまたは１．３２μｍのものが知られている。ここ
では波長１．３２１μｍのＬＤ励起固体レーザ１１を使
用している。
バ１２には誘導ラマン散乱が発生する閾値以上の大きさ
の高出力パルス光が入力されている。そのため数Ｗ以上
の高出力のパルス光が必要であるが、このように大きな
出力の光を出すことは通常のＬＤでは困難である。そこ
で、ここでは最近実用化されたＬＤ励起固体レーザ１１
を使用している。これは、従来の固体レーザの励起用光
源であるフラッシュランプをＬＤに置き換えたもので、
効率が良く、小型化も可能である。現在商品化されてい
るものとして、レーザ発振用の固体結晶がＮｄドープＹ
ＡＧあるいはＹＬＦからなるもので、発振波長が１．０
６μｍまたは１．３２μｍのものが知られている。ここ
では波長１．３２１μｍのＬＤ励起固体レーザ１１を使
用している。
【０００９】ファイバ・ラマンレーザ装置１の光ファイ
バ１２は、ここでは長さ数百ｍから１ｋｍほどのシング
ルモード光ファイバが用いられ、この光ファイバ１２で
は、閾値以上の高出力パルス光が入射されることにより
誘導ラマン散乱が発生する。すなわち、一般に光ファイ
バ中にパルス光を入射させると入射波長と同じ波長のレ
ーリ散乱光と波長のシフトしたラマン散乱光とが発生し
、これらの散乱光強度は入射光強度に比例して増加する
が、ある閾値を越えたときから非線形効果が発生し、急
激に誘導ラマン散乱が起きる。このとき、光ファイバ中
に伝播するパルス光に、前方レーリ散乱光、誘導ブルリ
アン散乱光、波長シフト量の小さい誘導ラマン散乱光が
重積してパルス光のコヒーレンシーを低下させることが
可能となる。
バ１２は、ここでは長さ数百ｍから１ｋｍほどのシング
ルモード光ファイバが用いられ、この光ファイバ１２で
は、閾値以上の高出力パルス光が入射されることにより
誘導ラマン散乱が発生する。すなわち、一般に光ファイ
バ中にパルス光を入射させると入射波長と同じ波長のレ
ーリ散乱光と波長のシフトしたラマン散乱光とが発生し
、これらの散乱光強度は入射光強度に比例して増加する
が、ある閾値を越えたときから非線形効果が発生し、急
激に誘導ラマン散乱が起きる。このとき、光ファイバ中
に伝播するパルス光に、前方レーリ散乱光、誘導ブルリ
アン散乱光、波長シフト量の小さい誘導ラマン散乱光が
重積してパルス光のコヒーレンシーを低下させることが
可能となる。
【００１０】こうして光ファイバ１２からコヒーレンシ
ーの低下した強度の大きなパルス光を得ることができる
ので、これを光減衰器２に通すことによってその強度を
調整するとともに、光フィルタ４に通すことによって、
ＬＤ励起固体レーザ１１から発生したもとの光の波長域
（ここでは波長１．３２１μｍ）のみを取り出す。この
ような強度調整により、被測定光ファイバ９中で誘導ラ
マン散乱を生じる閾値以下の大きさにされる。また、光
ファイバ１２から出射した光には、被測定光ファイバ９
中で生じるラマン散乱光と同じ波長成分の誘導ラマン前
方散乱光が含まれているため、この重複する波長成分を
カットし、もとの入射した波長成分のみを被測定光ファ
イバ９に入射するようにしている。その結果、被測定光
ファイバ９の後方散乱光である波長１．４０３μｍのス
トークス光と、波長１．２４８μｍの反ストークス光と
を、分光デバイス３によって分離することができる。
ーの低下した強度の大きなパルス光を得ることができる
ので、これを光減衰器２に通すことによってその強度を
調整するとともに、光フィルタ４に通すことによって、
ＬＤ励起固体レーザ１１から発生したもとの光の波長域
（ここでは波長１．３２１μｍ）のみを取り出す。この
ような強度調整により、被測定光ファイバ９中で誘導ラ
マン散乱を生じる閾値以下の大きさにされる。また、光
ファイバ１２から出射した光には、被測定光ファイバ９
中で生じるラマン散乱光と同じ波長成分の誘導ラマン前
方散乱光が含まれているため、この重複する波長成分を
カットし、もとの入射した波長成分のみを被測定光ファ
イバ９に入射するようにしている。その結果、被測定光
ファイバ９の後方散乱光である波長１．４０３μｍのス
トークス光と、波長１．２４８μｍの反ストークス光と
を、分光デバイス３によって分離することができる。
【００１１】このような構成でＯＴＤＲ波形を得てみる
と、図２のようなものが得られた。レーリ後方散乱光に
ついては、分光デバイス３の代わりに光スイッチ（図示
しない）などを用いて入射光と同じ波長成分を取り出し
たものである。参考までにＬＤ励起固体レーザ１１から
のパルス光を光ファイバ１２に通さずに直接被測定光フ
ァイバ９に入射したときのＯＴＤＲ波形を図３に示す。 この図２、図３の比較から、コヒーレンシーの低下した
パルス光を用いることによって、レーリ、ラマンＯＴＤ
Ｒ波形のノイズが低減することが分かる。
と、図２のようなものが得られた。レーリ後方散乱光に
ついては、分光デバイス３の代わりに光スイッチ（図示
しない）などを用いて入射光と同じ波長成分を取り出し
たものである。参考までにＬＤ励起固体レーザ１１から
のパルス光を光ファイバ１２に通さずに直接被測定光フ
ァイバ９に入射したときのＯＴＤＲ波形を図３に示す。 この図２、図３の比較から、コヒーレンシーの低下した
パルス光を用いることによって、レーリ、ラマンＯＴＤ
Ｒ波形のノイズが低減することが分かる。
【００１２】
【発明の効果】以上、実施例について説明したように、
この発明のＯＴＤＲ装置によれば、高出力パルス光のコ
ヒーレンシーを低くすることによって干渉によるノイズ
を低減し、Ｓ／Ｎ比の高いデータを得ることが可能とな
る。
この発明のＯＴＤＲ装置によれば、高出力パルス光のコ
ヒーレンシーを低くすることによって干渉によるノイズ
を低減し、Ｓ／Ｎ比の高いデータを得ることが可能とな
る。
【図１】この発明の一実施例のブロック図。
【図２】ＯＴＤＲ波形を表すグラフ。
【図３】ＯＴＤＲ波形を表すグラフ。
１ ファイバ・ラマンレーザ装置１１ ＬＤ励
起固体レーザ １２ 光ファイバ ２ 光減衰器 ３ 分光デバイス ４ 光フィルタ ５ 受光素子 ６ アンプ ７ デジタル平均化回路 ８ コンピュータ ９ 被測定光ファイバ
起固体レーザ １２ 光ファイバ ２ 光減衰器 ３ 分光デバイス ４ 光フィルタ ５ 受光素子 ６ アンプ ７ デジタル平均化回路 ８ コンピュータ ９ 被測定光ファイバ
Claims (1)
- 【請求項１】 高出力のパルス光を発生する光源と、
該パルス光が一端に入射されて誘導ラマン散乱を生じる
光ファイバと、上記の光ファイバの他端から出射する誘
導ラマン散乱光よりもとの光源の光の波長成分を取り出
す光フィルタと、この光フィルタの出力光を被測定光フ
ァイバの一端に入射するとともにその一端から出射する
被測定ファイバの後方散乱光を取り出す光学装置とを備
えることを特徴とするＯＴＤＲ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061231A JPH04276535A (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | Ｏｔｄｒ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3061231A JPH04276535A (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | Ｏｔｄｒ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04276535A true JPH04276535A (ja) | 1992-10-01 |
Family
ID=13165243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3061231A Pending JPH04276535A (ja) | 1991-03-02 | 1991-03-02 | Ｏｔｄｒ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04276535A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111089680A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-05-01 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法 |
-
1991
- 1991-03-02 JP JP3061231A patent/JPH04276535A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111089680A (zh) * | 2019-12-09 | 2020-05-01 | 北京航天时代光电科技有限公司 | 一种便携式光纤光栅压力检测系统和方法 |
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