CN1973178A - 分布式光纤传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不用手动调整，而能够以高精度、高空间分辨率测定变形和/或温度的分布式光纤传感器。本发明的利用布里渊散射现象的分布式光纤传感器，包括：生成光强越向内侧越大，光强呈阶梯状的光脉冲的阶梯式光脉冲光源；生成连续光的CW光源；光脉冲作为探测光入射，同时连续光作为激发(pump)光入射，在探测光与激发光之间发生布里渊散射现象的检测用光纤；以及根据从检测用光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据其测定检测用光纤长度方向上检测用光纤中产生的变形和/或温度的分布的布里渊时域检测计。

Description

分布式光纤传感器
技术区域
本发明涉及将光纤作为传感器使用，能够在其长度方向上以高精度而且高空间分辨率测定变形和/或温度的分布式光纤传感器。
背景技术
向来，作为测定变形和温度的技术有以光纤中发生的布里渊散射现象为依据的方法。在这种方法中，光纤作为检测该光纤所处环境中的变形和/或温度检测用的媒体被使用。
所谓布里渊散射现象，是一种在光纤中频率不同的两束光错过时，功率通过光纤中的声子从高频率的光向低频率的光转移的现象。相互错过的两束光波之间的频率差记为νd时，转移的功率与近似地按式1定义的布里渊增益光谱BSg(νd)成正比。
BSg(νd)＝1/(1+(2(νd-νb)/Δνb)2)  …式1
在这里，νb是布里渊频率偏移，Δνb被称为布里渊增益谱线宽度(半高宽(日文一半值全幅))，这些参数是以布里渊增益光谱BSg(νd)为特征的参数。
布里渊频率偏移由式2给出。
νb＝2nva/λ  …式2
在这里，n为光纤的折射率，va为光纤中的音速，λ是射入光纤的光的波长。
音速va与光纤的变形以及温度有关，因此通过测定布里渊频率偏移νb能够测定变形和/或温度。
从而，为了测定光纤的长度方向上的光纤的变形分布和/或温度分布，只要分别测定光纤的各部分的布里渊增益光谱即可。而且为了实现高空间分辨率，必须使该部分的长度比较短。
图24表示背景技术中所述的分布式光纤传感器的结构以及探测光。图24(A)是表示背景技术中所述的分布式光纤传感器的结构的方框图。图24(B)表示第1探测光，而图24(C)表示第2探测光。图25表示布里渊损耗/增益光谱。图25的横轴表示频率，其纵轴表示损耗/增益。
在图24中，背景技术中所述的分布式光纤传感器500形成包括探测光光源501、光耦合器502、检测用光纤503、激发光光源504、检测器505的结构。
探测光光源501生成如图24(B)所示的脉冲状的光脉冲，将该生成的光脉冲作为探测光射出。该探测光光源501射出的探测光通过光耦合器502入射到检测用光纤503的一端。检测用光纤503是检测所处环境中的变形和/或温度用的光纤，作为传感器使用。激发光光源504生成比探测光的频率低的频率连续的光，这一生成的连续光(CW光)作为激发光射出。从激发光光源504射出的激发光射入检测用光纤503的另一端。在检测用光纤503中，探测光和激励光产生布里渊散射现象，这种布里渊散射现象的光通过光耦合器502射入检测器505。检测器505在时域测定布里渊散射现象的光的光强。分布式光纤传感器500一边依序改变激发光或探测光的频率一边对每一频率在时域测定布里渊散射现象的光的光强，分别求出检测用光纤503的长度方向上的各部分的布里渊增益光谱BSg(νd)，求出沿着检测用光纤的503的变形分布和/或温度分布。
还有，在上面所述中，出示了从布里渊增益光谱BSg(νd)求变形和/或温度的方法，但是通过使激发光的频率高于探测光的频率，采用布里渊损耗光谱BSl(νd)代替布里渊增益光谱BSg(νd)也同样能够求出变形和/或温度。
这种分布式光纤传感器500的空间分辨率受到测定中使用的光脉冲的宽度的限制。也就是在光纤中的光速记为Vg〔m/s〕的情况下，在使用光脉冲宽度为Tp〔s〕的光脉冲进行测定中，空间分辨率Δz为VgTp/2〔m〕。具体地说，光纤中的光速因光纤的材料不同而稍有不同，但是通常使用的一般的光纤中，布里渊增益光谱BSg(νd)或布里渊损耗光谱BSl(νd)(以下简称为“布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)”)在光脉冲的光脉冲宽度30ns以下为洛伦兹曲线(图25所示的曲线a)，如果使光脉冲宽度比其更窄，则成为宽带曲线(图25所示的曲线b)，形成中心频率附近旁不再陡峭的平缓的形状。因此空间分辨率Δz约为2～3m。为了提高空间分辨率，有必要采用光脉冲宽度短的光脉冲，但是，在这种情况下，光脉冲具有的谱线宽度宽，其结果是变形的测定精度变差。因此以高精度(例如小于等于200με)高空间分辨率(例如小于等于1m)测定变形和/或温度分布被认为是困难的，但是人们希望能以高精度高分辨率测定变形和/或温度分布。还有，100με＝0.01％。
因此，例如如下述文献1～文献3所示，探测光光源501如图24(C)所示，一边将光强Cs2的微弱的连续光(泄漏光)射入检测用光纤503一边将规定光强的As2的光脉冲射入，借助于此，如图25中曲线a所示，布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)大致形成为在能够清楚识别中心频率的大致中心频率处具有陡峭的峰值的洛伦兹曲线，因此，知道能够以高精度、高空间分辨率测定变形和/或温度。
在这里，洛伦兹曲线通常以式3的洛伦兹函数g(x)表示。
g(x)＝1/πa/(a2+(x-a)2)  …式3
文献1
X.Bao and A.Brown，M.DeMerchant，J.Smith，”Characterization of the Brillouin-loss spectrum of single-mode fibers by use of very short(＜10-ns)pulses”，OPTICS LETTERS，Vol.24，N0.8，April 15，1999
文献2
V.Lecoeuche，D.J.Webb，C.N.Pannell，and D.A.Jackson，”Transient response in high-resolut ionBrillouin-based distributed sensing using probe pulses shorter than the acoustic rel axation time”，OPTICS LETTERS，Vol.25，No.3，February 1，2000
文献3
Shahraam Afshar V.，Graham A.Ferrier，Xiaoyi Bao，and Liang Chen，”Effect of the finiteextinction ratio of an electro-optic modulator on the performance of distributed probe-pumpBrillouin sensor systems”，OPTICS LETTERS，Vol.28，No.16，August 15，2003
但是，泄漏光的光强Cs2的设定由于取决于检测用光纤的长度，所以在每次测定时要靠手动细致地进行调整使其光强与检测用光纤的长度一致。因此在分布式光纤传感器为工业产品使用的情况下，用户要进行这种困难的手动调整，这妨碍了分布式光纤传感器作为工业产品进行工业化生产。
而在文献2中，其作者虽然通过模拟对文献1的现象进行确认，但是没有进行清楚的理论分析。在文献2中，通过一边将光强微弱的连续光(泄漏光)射入检测用光纤一边将规定光强的光脉冲射入，能够以高精度、高空间分辨率测定变形和/或温度，但是其主要原因尚未明了。因此为了能以高精度、高空间分辨率测定变形和/或温度，尚不清楚如何调整光强微弱的连续光和规定光强的光脉冲的各物理量才好。
再有，背景技术中所述的分布式光纤传感器中，在变形在大范围(例如设定的空间分辨率的25倍及其以上)均匀分布的情况下，检测出其中200με及其以下的微小变形是相当困难的。
本发明是鉴于这样的情况而作出的，其目的在于提供一种在理论上能对这样的现象进行清楚的分析，根据理论分析结果，不需要手动调整泄漏光的光强使光强与检测用光纤的长度一致的分布式光纤传感器。而且其目的在于提供一种在变形在大范围均匀分布的情况下，能够检测其中的200με及其以下的微小变形的分布式光纤传感器。
发明内容
为了实现上述目的，本申请的一种形态的利用布里渊散射现象测定变形和/或温度的分布式光纤传感器，其特点是，包括：生成光强越向内侧越大，光强呈阶梯状光脉冲的阶梯状光脉冲光源、生成连续光的连续光光源、阶梯状的所述光脉冲作为探测光入射，并所述连续光作为激发(pump)光入射，在所述探测光与所述激发光之间发生布里渊散射现象的检测用光纤、以及根据从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度的布里渊时域检测计。
而且，在上述一种形态的分布式光纤传感器中，其特点是，所述探测光从所述检测用光纤的一端入射，所述激发光从所述检测用光纤的另一端入射，所述布里渊时域检测计根据从所述检测用光纤的一端射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
又，在上述一种形态的分布式光纤传感器中，其特点是，所述探测光从所述检测用光纤的一端入射，所述激发光从所述检测用光纤的另一端入射，所述检测用光纤以其另一端反射传播的所述激发光，所述布里渊时域检测计根据从所述检测用光纤的一端射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，以接收从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的激发光为依据的所述检测用光纤的长度方向的1m及其以下的各区域部分的布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱实质上是洛伦兹曲线。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，还包括调整入射光的光强，并随机改变入射光的偏振面后射出的光强·偏振调整部、以及调整入射光光强的光强调整部；所述探测光通过所述光强·偏振调整部射入所述检测用光纤；所述激发光通过所述光强调整部射入所述检测用光纤。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，所述阶梯状光脉冲光源以及所述连续光源包括：以谱线宽度狭窄的规定频率连续发射具有大致一定的光强的光的发光元件、使所述发光元件的温度实质上保持一定的温度控制部、以及使所述发光元件发射的所述光的频率实质上保持一定的频率控制部。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，所述阶梯状光脉冲光源包括：以谱线宽度狭窄的规定频率连续发射具有大致一定的第1光强的光的发光元件、调制入射光的光强的第1和第2光强调制器、驱动第1光强调制器，调制从所述发光元件连续入射的光线的光强，使所述第1光强的光脉冲存在于比所述第1光强小的第2光强的连续光中的第1光强调制器驱动部、以及驱动第2光强调制器，调制从所述第1光强调制器入射的光线的光强，只在所述光脉冲的前后各规定的宽度上残留所述第2光强的连续光，去除残余的部分的第2光强调制器驱动部。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，所述阶梯状光脉冲光源生成光强越向内侧越大，光强呈阶梯状的第1光脉冲，并以具有与所述第1光脉冲相等的时间宽度，生成与所述第1光脉冲的最低光强相等光强的第2光脉冲，所述布里渊时域检测计，使所述阶梯状光脉冲光源生成所述第2光脉冲作为探测光射入所述检测用光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述检测用光纤，存储从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光的第1光强，使所述阶梯状光脉冲光源生成所述第1光脉冲作为探测光射入所述检测用光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述检测用光纤，存储从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光的第2光强，根据所述存储的第1光强和第2光强求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，还包括与所述检测用光纤品质相同，与空间分辨率相当的长度而且具有比用所述光脉冲的时间宽度的倒数表示的变形还要大的变形的基准光纤；所述布里渊时域检测计使所述阶梯状光脉冲光源生成所述光脉冲作为探测光射入所述基准光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述基准光纤，根据从所述基准光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱的中心频率作为基准值存储，根据从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱的中心频率作为检测值，根据预先存储的修正值变换式，从所述修正值、所述检测值、以及布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱求修正值，根据求得的所述修正值测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
而且，在变形在大范围均匀分布的情况下，从能够检测出其中200με及其以下的微小的变形的要求出发，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特点是，所述检测用光纤是布里渊频率偏移量周期性变化的光纤。
而且，在这些所述的分布式光纤传感器中，其特征在于，所述检测用光纤被固定于要测定变形和/或温度的测量对象物体上。
在具有这样的结构的分布式光纤传感器中，将光强越向内侧越大，呈阶梯状的光脉冲(以下称为“光强呈阶梯状的光脉冲”)作为探测光使用。因此只在光强最大的部分的前方的有限的部分、或光强最大的部分的前方的有限的部分以及后方的有限的部分存在与背景技术中的泄漏光相当的光强弱的部分，而不是像背景技术中那样的连续的泄漏光。其结果是，能够预先设定光强呈阶梯状的光脉冲的波形，因此不必像背景技术中所述那样每一次测定都手动调整探测光(光脉冲)的泄漏光的光强Cs2使其与检测用光纤的长度一致。因此本发明的分布式光纤传感器能够作为工业产品进行工业化生产。
下面，利用图1～图3对光强呈阶梯状的光脉冲作为探测光使用时的布里渊散射现象的理论分析进行说明。然后利用图4和图5对对光强呈阶梯状的光脉冲的波形进行说明。
图1是说明本发明的布里渊散射现象的理论分析用的图。图1(A)表示本发明的布里渊散射现象的理论分析的测定***，图1(B)表示激发光，而图1(C)表示探测光。图2表示以理论分析为依据模拟的一个例子(之一)。图3表示以理论分析为依据模拟的一个例子(之二)。图4表示光强呈阶梯状的光脉冲的波形。图5表示以理论分析为依据的，H2/(H1+H3+H4)相对比Prx的模拟。
首先，对理论分析进行说明。在图1中，本理论分析导出光强为AL2的连续光(CW)的激发光从检测用光纤SOF的一端入射，时间宽度为Tf光强为Cs2的光纤前方光OPf与脉冲宽度为D光强为(As+Cs)2的光脉冲OP构成的光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光从检测用光纤SOF的另一端入射的情况下的布里渊损耗光谱。光强As2是以光脉冲前方光OPf的光强Cs2为基准的光强。
这里，在本说明书中，将该光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲OP的前方在规定的时间宽度Tf中残留的连续的泄漏光称为光脉冲前方光OPf，将光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲OP的后方在规定的时间宽度Tb中残留的连续的泄漏光称为光脉冲后方光OPb。
在本理论分析中，检测用光纤SOF的长度记为L，检测用光纤SOF的长度方向上的位置坐标记为z(O≤z≤L，原点为检测用光纤SOF的一端)，然后，设时间坐标为t，在检测用光纤上有变形的情况下的布里渊散射的方程式由式4～式6表示。
( 1 Vg ∂ ∂ t + ∂ ∂ z ) E L = iβ E A E S ···(式4)
( 1 Vg ∂ ∂ t - ∂ ∂ z ) E S = iβ E A * E L ···(式5)
( 1 Γ ∂ ∂ t + 1 + i Ω B ( z ) - Ω Γ ) E A = i E L E S * ···(式6)
在这里，Vg是检测用光纤SOF中的光的群速度(Vg＝c/n，c为光速，n为检测用光纤SOF的折射率)，EL是激发光的电场强度，ES是斯托克斯光的电场强度，EA是г×ρ/Λ。*表示共轭。г是гB/2，ρ是检测用光纤的密度，Λ是(γ×q×q)/(16×π×Ω)。гB为当设音响声子的寿命为τB时гB＝1/τB，γ被称为电致变形(電歪；Electrostrietive)耦合常数，γ＝ρ(δε/δρ)，其中ε为介电常数，q＝kL+kS，其中kL为激发光的波数，kS为斯托克斯光的波数，Ω是没有发生变形的情况下的布里渊角频率偏移，激发光的角频率记为ωL，斯托克斯光的角频率记为ωS时，Ω＝ωL-ωS，ΩB是某变形发生的情况下的布里渊角频率偏移，激发光的角频率记为ωBL，斯托克斯光的角频率记为ωBS时，ΩB＝ωBL-ωBS。i为复数单位，i×i＝-1。β是κ×Λ/г，κ为(γ×ωL)/(4×ρ0×n×c)(γ×ωs)/(4×ρ0×n×c)。ρ0为检测用光纤的密度的平均值。又，当感应布里渊散射(SBS)的增益系数记为gSBS时，β为gSBS＝16×π×β/(n×c)，gSBS＝2.5×10-11m/W，这些示于例如文献4。
文献4
ALGaeta and R.W.Boyd，”Stochastic dynamoics of stimulated Brillouin scattering in anoptical fiber”，Physical Review A，Vol.44，no.5，1991，pp3205-3209
式4是涉及激发光的公式，式5是涉及探测光的公式，式6是涉及音响声子的寿命的公式。解式4～式6，求布里渊损耗V(t、Ω)作为近似解，得到式7～式11。
V ( t , Ω ) = 1 2 β A L 2 ( H 1 + H 2 + H 3 + H 4 ) + c . c ···(式7)
H 1 = A S 2 ∫ v g ( t - T ∫ - D ) / 2 v g ( t - T ∫ ) / 2 ∫ 0 t - T ∫ - 2 ζ / v g h c ( ζ , s ) dsdζ ···(式8)
H 2 = A S C S ∫ v g ( t - T ∫ - D ) / 2 v g ( t - T ∫ ) / 2 ∫ 0 t - 2 ζ / v g h c ( ζ , s ) dsdζ ···(式9)
H 3 = A S C S ∫ v g ( t - T ∫ - D ) / 2 v g ( t - T ∫ ) / 2 ∫ 0 t - T ∫ - 2 ζ / v g h c ( ζ , s ) dsdζ ···(式10)
H 4 = C S 2 ∫ v g ( t - T ∫ - D ) / 2 v g t / 2 ∫ 0 t - 2 ζ / v g h c ( ζ , s ) dsdζ ···(式11)
这里，ζ表示检测用光纤长度方向上的位置，s表示时间。c.c为常数，当LL表示检测用光纤的总长度时，h(z、s)是在位置为z、时间为s中的г×e-(г+i(ΩB(z)-Ω))，hc(ζ、s)＝h(z、s)＝h((LL-ζ)、s)。
用式8表示的H1，表示依据由光脉冲OP与激发光激励的音响声子的布里渊损耗光谱。用式9表示的H2，表示依据由光脉冲前方光OPf与激发光激励，再由光脉冲OP与激发光激励的音响声子的布里渊损耗光谱。用式10表示的H3，表示依据由光脉冲OP与激发光激励，再由光脉冲前方光OPf与激发光激励的音响声子的布里渊损耗光谱。用式11表示的H4，表示依据由光脉冲前方光OPf与激发光激励的音响声子的布里渊损耗光谱。
作为一个示例，在光强呈阶梯状的光脉冲Ops中设时间宽度为14ns、光脉冲OP的时间宽度D为1ns、10×log((As+Cs)2/Cs2)为20dB，检测用光纤SOF(全长10m的零变形的集束光纤)的3.05m处产生100με的变形，在3.05m±0.2m处没有发生变形的情况下，对于3.05m-0.2m、3.05m、3.05m+0.2m的H1+H3、H2、以及H4的各模拟结果示于图2和图3。图2(A)表示H1+H3的情况，图2(B)表示H2的情况，图3(A)表示H4的情况，图3(B)表示H(＝H1+H2+H3+H4)的情况。各图的横轴表示频率，实线是有100με变形的情况，虚线是没有变形的情况。而且各图由于布里渊损耗光谱以中心频率(布里渊损耗光谱的峰值的频率)为中心轴左右对称，因此显示右半部分。也就是说，各图的纵轴是中心频率，是中心轴。从图2可知，仅H2的分量显著地表示出布里渊频率偏移。
从式7～式11可知，H3和H4由于从探测光向激发光的能量转移遍及较大范围，难于得到局部变形的信息。另一方面，H1和H2由于从探测光向激发光的能量转移局部地进行，容易得到局部变形的信息。但是，根据模拟结果，H3比其他H1、H2以及H4小一个数量级，H1的半值全幅从例如图2(A)可知约有1GHz，因此与H2相比H1形成宽带曲线，不容易发现中心频率。
从而，通过设定得能够检测出H2，能够用脉冲宽度较窄的光脉冲以高精度、高空间分辨率检测变形和/或温度。
下面对能够检测该H2的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的波形进行说明。
本发明的探测光预先设定波形，不需要根据检测用光纤的光纤长度进行调整，因此有必要采用例如图4所示的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。
这里，在本说明书中将这种在光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲OP的前方以规定的时间宽度Tf残留的连续的泄漏光称为光脉冲前方光OPf，将在光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲OP的后方以规定的时间宽度Tb残留的连续的泄漏光称为光脉冲后方光Opb。
为了规定光强呈阶梯状的光脉冲OPs的波形，有必要规定光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf、光脉冲OP的脉冲宽度(时间宽度)Tp、光脉冲后方光Opb的时间宽度Tb、以及光脉冲OP的光强P1和光脉冲前方光OPf的光强P2(光脉冲后方光OPb的光强P2)。
首先对光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf、光脉冲OP的脉冲宽度Tp以及光脉冲后方光OPb的时间宽度Tb进行说明。
该光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf，在将例如当前通常使用的1300nm波长单模光纤和1550nm波长单模光纤用于检测用光纤SOF的情况下，在根据音响声子的上升时间其音响声子相应上升到90％时，其布里渊散射光谱的半高宽(日文一半值全幅)约为35MHz，因此只要Tp＜Tf≤(1/35MHz)＝28.57ns即可。
又，如果加长光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf(Tf＞28.57ns)，则布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的形状更加接近洛伦兹曲线，因此能够以高精度得到布里渊频率偏移的值，变形和/或温度的精度良好，另一方面，由于检测用光纤SOF的某一位置上的布里渊频率偏移中混入该某一位置周边的布里渊频率偏移的信息，因此该某一位置上的布里渊频率偏移的信噪比(SNR)变劣，该某一位置上的变形和/或温度的精度变劣。这样，加长光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf在变形和/或温度的精度变好的方向和变坏的方向上都起作用。
为了得到1m及其以下的高空间分辨率，光脉冲OP的脉冲宽度Tp只要是满足10ns≥Tp＞0即可。光脉冲后方光OPb的时间宽度Tb满足Tb＜Tf，越短越好，也可以是0。
而且在本发明中，光强呈阶梯状的光脉冲OPs在检测用光纤SOF中不是以图24(C)所示的波形存在，而必须以图4所示的波形存在。因此在上述范围内，首先决定光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf、光脉冲OP的时间宽度Tp、以及光脉冲后方光OPb的时间宽度Tb，规定具有该决定的各时间宽度的光强呈阶梯状的光脉冲OPs在检测用光纤SOF内以图4所示的波形存在的检测用光纤SOF的最小长度。从而，由于将该规定的大于等于最小长度的光纤使用于检测用光纤SOF，就不必像背景技术中所述的那样在每一次测定时根据检测用光纤SOF的光纤长度手动调整探测光。
下面对光脉冲OP的光强P1与光脉冲前方光OPf的光强P2(光脉冲后方光OPb的光强P2)进行说明。
在这里，利用式12对光脉冲OP的光强P1与光脉冲前方光OPf的光强P2(光脉冲后方光OPb的光强P2)之比Prx进行定义。
Prx＝10×log(P1/P2)
＝10×log((As+Cs)2/Cs2)  …式12
而且为了检查容易检测出上述H2的条件，模拟相对由式12定义的比Prx的H2/(H1+H3+H4)。还有，H2/(H1+H3+H4)分别用H1、H2、H3、H4的各峰值计算。例如光脉冲前方光OPf的时间宽度为11ns，光脉冲OP的时间宽度Tp为1ns，而且，以在使用光脉冲后方光OPb的时间宽度Tb为0ns的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的情况下的理论分析为依据的模拟结果示于图5。图5的横轴是以dB为单位表示的比Prx，图5的纵轴是H2/(H1+H3+H4)。还假定模拟的检测用光纤的SOF(全长10m的零变形的集束光纤)上，在3.05m处发生100με的变形，在3.05±0.2m处没有发生变形进行模拟。
从图5可知，表示H2/(H1+H3+H4)与比Prx的关系的曲线是比Prx在规定值处具有峰值的凸状的高次曲线。为了检测出H2，只要H2/(H1+H3+H4)为0.5及其以上即可，因此通过得到这样的曲线，能够求得H2/(H1+H3+H4)为0.5及其以上的比Prx的范围(a≤比Prx≤b)，为了能够以最高精度检测出H2，采用H2/(H1+H3+H4)为最高值、即为峰值的比Prx值(比Prx＝c)即可。
从而，在各时间宽度采用如上所述设定的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的情况下，为了以高精度、高空间分辨率检测变形和/或温度，只要将光强呈阶梯状的光脉冲OPs的比Prx设定为H2/(H1+H3+H4)为0.5及其以上的比Prx的范围内即可，而为了以最高精度、高空间分辨率检测变形和/或温度，只要将光强呈阶梯状的光脉冲OPs的比Prx设定为H2/(H1+H3+H4)成为峰值的比Prx的值即可。
根据以上说明，为了以高精度、高空间分辨率检测出变形和/或温度，而且检测出微小的变形的变化，在上述各范围分别决定光强呈阶梯状的光脉冲OPs的各时间宽度Tf、Tp、Tb，在具有该决定的各时间宽度Tf、Tp、Tb的光强呈阶梯状的光脉冲OPs中，根据式8～式11模拟相对于用式12定义的比Prx的H2/(H1+H3+H4)，然后将模拟结果中的H2/(H1+H3+H4)成为0.5及其以上的比Prx、特别是该H2/(H1+H3+H4)成为峰值的比Prx设定为光强呈阶梯状的光脉冲的比Prx即可。又根据具有该决定的各时间宽度Tf、Tp、Tb的光强呈阶梯状的光脉冲OPs规定检测用光纤SOF中能够使用的最小长度。
附图说明
图1是说明本发明的布里渊散射现象的理论分析用的图。
图2表示以理论分析为依据的模拟的一个例子(之一)。
图3表示以理论分析为依据的模拟的一个例子(之二)。
图4表示光强呈阶梯状的光脉冲的波形。
图5表示以理论分析为依据的，H2/(H1+H3+H4)相对比Prx的模拟。
图6是表示第1实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。
图7是表示分布式光纤传感器的阶梯状光脉冲光源的构成的方框图。
图8是表示分布式光纤传感器的自动温度控制器的构成的方框图。
图9是表示分布式光纤传感器的自动频率控制器的构成的方框图以及说明其工作原理用的图。
图10是说明阶梯状光脉冲的生成用的图。
图11是表示分布式光纤传感器的光强·偏振调整部的构成的方框图。
图12是表示第1实施形态的分布式光纤传感器的CW光源的构成的方框图。
图13是表示分布式光纤传感器的光强调整部的构成的方框图。
图14表示布里渊损耗/增益光谱的分布以及距离L1以及距离L2上的布里渊损耗/增益光谱。
图15是表示第2实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。
图16是表示第2实施形态的分布式光纤传感器的CW光源的构成的方框图。
图17是表示第3实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。
图18表示第4实施形态的光强呈阶梯状的光脉冲以及泄漏光的光脉冲。
图19表示第4实施形态的分布式光纤传感器的动作。
图20是表示与第1实施形态的分布式光纤传感器对应的第5实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。
图21表示第5实施形态的分布式光纤传感器的动作。
图22是表示频率误差比(表示对于频率误差比的修正值)-修正值特性曲线用的图。
图23表示检测用光纤的长度方向上的布里渊频率偏移量。
图24表示背景技术中所述的分布式光纤传感器的构成以及探测光。
图25表示布里渊损耗/增益光谱。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施形态进行说明。还有，对各图中相同的构成标注相同的标号，其说明省略。
第1实施形态
本发明第1实施形态的分布式光纤传感器通过从检测变形和/或温度用的检测用光纤的一端射入光强呈阶梯状的光脉冲的探测光，并从该检测用光纤的另一端射入连续的激发光，接收检测用光纤中发生的布里渊散射现象的光，进行布里渊增益光谱时域分析(BGain-OTDA、Brillouin Gain Optical Time Domain Analysis)或布里渊损耗光谱时域分析(BLoss-OTDA、Brillouin Loss Optical Time Domain Analysis)，从而根据布里渊频率偏移检测出变形和/或温度的分布。以下将布里渊增益光谱时域分析或布里渊损耗光谱时域分析简称为布里渊损耗/增益光谱时域分析。在该布里渊损耗/增益光谱时域分析中，布里渊散射现象的光是受到布里渊衰减/放大的光。
图6是表示第1实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。图7是表示分布式光纤传感器的阶梯状光脉冲光源的构成的方框图。图8是表示分布式光纤传感器的自动温度控制器的构成的方框图。图9是表示分布式光纤传感器的自动频率控制器的构成的方框图以及说明其工作原理用的图。图10是说明阶梯状光脉冲的生成用的图。图11是表示分布式光纤传感器的光强·偏振调整部的构成的方框图。图12是表示第1实施形态的分布式光纤传感器的CW光源的构成的方框图。图13是表示分布式光纤传感器的光强调整部的构成的方框图。
在图6中，第1实施形态的分布式光纤传感器1形成包括阶梯状光脉冲光源11、光耦合器12、光强·偏振调整部13、光循环器14、光连接器15、控制处理部16、布里渊时域检测计17、检测用光纤18、CW光源19、光耦合器20、光强调整部21、以及光连接器22的结构。
阶梯状光脉冲光源11，是由控制处理部进行控制，生成光强越向内侧越大，呈阶梯状的光脉冲的光源装置。这样的光脉冲在表观上看上去是光强互不相同的光脉冲多个重叠。阶梯状光脉冲光源11的输出端子(射出端子)与光耦合器12的输入端子(入射端子)光学连接。
这样的阶梯状光脉冲光源11如图7所示，形成包括基板101、温度检测元件102、发光元件103、光耦合器104、法布里-珀罗标准滤波器(Fabry-perot Etalon Filter；以下简称“EF”)105、第1受光元件106、第2受光元件107、温度调整元件108、自动温度控制器(Automatic Temperature Controller，以下简称“ATC”)109、自动频率控制器(AutomaticFrequency Controller，以下简称“AFC”)110、第1光强调制器111、第1光强调制器驱动部112、第2光强调制器113、以及第2光强调制器驱动部114的结构。
基板101是承载温度检测元件102、发光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、以及第2受光元件107的载台。
温度检测元件102是配置于发光元件103附近，检测发光元件103的温度用的零件，例如是利用电阻值随着温度的变化而变化的现象检测温度的热敏电阻。从温度检测元件102能够精确检测发光元件103的观点考虑，基板101最好是采用铝或铜等热传导率高的金属材料(包括合金)。又，基板101最好是其热容量大，从而能够使得温度变化小。
温度调整元件108是通过发热和吸热调整基板101的温度的零件，例如珀尔帖元件或塞贝克元件等热电变换元件。在本实施形态中，采用将P型与N型热电半导体钎焊于铜电极上的珀尔帖元件，在基板101与配置发光元件103等的面相反的面上以紧贴的状态配置装置该珀尔帖元件。
ATC109是根据温度检测元件102的检测输出控制强度调整元件108，以此将基板101的温度自动地大致一定地保持于规定的温度的电路。
ATC109如图8所示，形成例如包括：输入温度检测元件102的检测输出和控制处理部16来的参考电压Vref1，输出两者之差的放大器201、输入放大器201的差分输出的例如由低通滤波器电路构成的积分电路202、输入放大器201的差分输出的例如由高通滤波器电路构成的微分电路203、输入积分电路202的积分输出和微分电路203的微分输出，输出与其成比例的比例电路204、根据比例电路204的正输出以及负输出相应得到驱动温度调整元件207的输出的放大器205、206、以及根据比例电路204的比例输出相应生成温度调整元件108的驱动电流的由桥式电路构成的驱动调整元件驱动器207的结构。即ATC109形成能够根据温度检测元件102的检测输出对温度调整元件108进行PID控制的结构。参考电压Vref1被设定为与基板101为规定的温度时温度检测元件102的检测输出相同的值。
利用这样的结构，ATC109在基板101比规定的温度高的情况下驱动温度调整元件108，使温度调整元件108吸热，在基板101比规定的温度低的情况下驱动温度调整元件108，使温度调整元件108发热。在本实施形态中，在吸热时对作为温度调整元件108的珀尔帖元件提供+1.4A的电流，在发热时提供-0.6A的电流。这样，通过ATC109对温度调整元件108的驱动，使基板101的温度自动地大致一定地保持在规定的温度。其结果是，发光元件103的温度也自动地大致一定地保持在规定的温度。因此，在发光元件103发出光的频率与温度有关的情况下，能够抑制其对温度的依附性。而且，规定的温度是在发光元件103以应振荡的振荡频率f0发生振荡的情况下的温度。又，为了对基板101的温度稳定程度进行监控，比例电路204的比例输出经过模拟/数字变换后被输出到控制处理部16。
再回到图7，发光元件103是发射谱线宽度狭窄的规定频率的光，并通过改变元件温度和驱动电流能够改变振荡波长(振荡频率)的元件，例如多量子阱结构的DFB激光器和可变波长分布喇格反射型激光器等波长可变的半导体激光器(频率可变的半导体激光器)。频率可变半导体激光器发射的激光的频率是与温度有关的，但是由于如上所述利用ATC109大致一定地自动保持于规定的温度，所以能够抑制频率随温度的变化，频率可变半导体激光器能够利用驱动电流稳定地改变改变振荡频率。
光耦合器104是将入射光分配给两束光射出的光学零件，例如是半透半反镜等光束分离器。EF105是根据频率(波长)的变化周期地改变透射光强度的具有周期性的透射频率特性(周期性的透射波长特性)的周期性的滤波器。EF105的FSR(Free Spectral Range自由光谱范围)在本实施形态中是100GHz。第1和第2受光元件106、107是发生与接收的光的光强相应的电流，将该发生的电流变换为电压输出的光电变换元件，由例如由发光二极管和电阻器构成。
发光元件103的前方和后方射出的光线(在本实施形态中为激光)，分别射入第1光强调制器111和光耦合器104。从发光元件103的后方射入光耦合器104的光线的光由光耦合器104以规定的分配比分配给两束光束，所分配的一束光束射入第2受光元件107，所分配的另一光束通过EF105射入第1受光元件106。第1和第2受光元件106、107将与入射的光的光强相应的电压作为受光输出分别向AFC110射出。
AFC110是根据第1和第2受光元件106、107的受光输出PDv1、PDv2对发光元件103进行控制，以此将发光元件103发出的光线频率自动地大致一定地保持在规定的频率的电路。
AFC110例如如图9(A)所示，形成包括：将第1受光元件106的受光输出PDv1放大的放大器211、将第2受光元件107的受光输出PDv2放大的放大器212、进行将放大器211放大的第1受光元件106的受光输出PDv1除以放大器212放大的第2受光元件107的受光输出PDv2的除法运算的除法电路213、将除法电路213的除法输出PDv1/PDv2放大，然后进行模拟/数字变换再输出到控制处理部16的放大器216、输入除法电路213的除法运算输出PDv1/PDv2与控制处理部16来的参考电压Vref2然后输出两者之差的放大器214、将放大器214的差分输出放大然后进行模拟/数字变换再输出到控制处理部16的放大器217、以及输入放大器214的差分输出与控制处理部16来的参考电压Vref3然后输出两者之差的放大器215的结构。
下面对将发光元件103发出的光的频率自动地大致一定地保持在发光元件103应振荡的规定频率f0的AFC110的动作进行说明。
上述除法运算输出PDv1/PDv2是从发光元件103通过具有周期性透过频率特性的EF105接收的光的光强(受光输出PDv1)除以从发光元件103直接接收的光的光强(受光输出PDv2)的值，因此如图9(B)的曲线c所示，按照EF105的FSR随着频率的变化而周期性变化。
与发光元件103应该振荡的振荡频率f0(即发光元件103应该发出的光的频率f0)对应的曲线c上的点作为锁定点(Lock point)，将该除法运算输出PDv1/PDv2的值作为锁定点值LP0。
从而，假如发光元件103的光的频率比应该振荡的振荡频率f0高，则除法运算输出PDv1/PDv2比锁定点值LP0大，反之，如果低于振荡频率f0，则除法运算输出PDv1/PDv2比锁定点值LP0小。
因此，AFC110在除法运算输出PDv1/PDv2比锁定点值LP0大的情况下，由于是发光元件103的光的频率比应该振荡的振荡频率f0高的情况，只要驱动发光元件103，使发光元件103的光的频率下降即可，另一方面，在除法运算输出PDv1/PDv2比锁定点值LP0小的情况下，由于是发光元件103的光的频率比应该振荡的振荡频率f0低的情况，只要驱动发光元件103，使发光元件103的光的频率上升即可。
因此上述参考电压Vref3被设定为，发光元件103的光的频率与以应该振荡的振荡频率f0驱动的情况下的除法运算输出PDv1/PDv2相同的值，而且，上述参照电压Vref2是进行微调用的参考电压，而且能设定应正确地与锁定点值LP0一致的参考电压Vref2。这样，参考电压Vref2、Vref3设定成使得发光元件103的光的频率成为以应该振荡的振荡频率f0驱动的锁定点值LP0。
就这样地设定参照电压Vref2和Vref3，借助于AFC110动作，AFC110当发光元件103的光的频率偏离应该振荡的振荡频率f0时，能够驱动发光元件103将该偏离消除。在本实施形态中，由于发光元件103采用频率可变半导体激光器，AFC110根据偏离应该振荡的振荡频率f0的偏移量调整注入的电流，因此波长可变半导体激光器能够以自动地大致一定地保持的规定频率f0发出激光。
为此，光耦合器104、EF105、第1和第2受光元件106、107以及AFC110构成使发光元件103发出的光的波长(频率)大致固定的所谓波长锁定器。
第1和第2光强调制器111、113是调制入射光光强的光学零件，是例如马赫—泽德型光调制器(以下简称“MZ光调制器”)和半导体电场吸收型光调制器等。
MZ光调制器在例如铌酸锂、钽酸锂、铌酸锂·钽酸锂本征体等具有电—光学效应的基板上形成光波导路、信号电极、接地电极。光波导路是两个Y分叉波导路，其中间部分分为两支，形成第1和第2波导路支路，构成马赫·泽德干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer)。信号电极分别形成于该两支波导路支路上，接地电极以规定的间隔形成于基板，而且与信号电极平行。射入MZ光调制器的光通过光波导路传播，在第1Y分叉波导路分叉为两束，分别在各波导路支路中传播，在第2Y分叉波导路再度汇合然后从光波导路射出。在这里，各信号电极上施加电信号、例如高频信号时，由于电光学效应，各波导路支路的折射率发生变化，所以通过第1和第2波导路支路传播的第1和第2光的行进速度就发生变化。因此通过在各电信号间设定规定的相位差，在第2Y分叉波导路中，第1和第2光以不同的相位汇合。汇合后的光形成与入射光的模式不同的模式、例如高次模式。这种不同模式汇合的光不能在光波导路传播，因此光受到强度调制。MZ光调制器以电信号→折射率变化→相位变化→强度变化这样的步骤调制入射光的光强。除了利用电—光学效应的调制器外，还有利用磁—光学效应的磁光调制器、利用声—光学效应的声光调制器，以及利用Franz-Keldysh效应和量子禁闭Stark效应的电场吸收型光调制器等。
第1和第2光强调制器驱动部112、114分别由控制处理部16控制，是分别驱动第1和第2光强调制器111、113的驱动电路，例如形成具有：发生施加于第1和第2光强调制器111、113的电压脉冲的脉冲发生电路、以及控制该电压脉冲的发生定时用的定时发生电路构成。该电压脉冲在第1和第2光强调制器111、113为MZ光调制器的情况下相当于上述电信号。
下面对这样构成的阶梯状光脉冲光源11生成阶梯状光脉冲的动作进行说明。图10(A)表示发光元件103的输出光(图7所示的箭头A的位置)，图10(B)表示第1光强调制器111的输出光(图7所示的箭头B的位置)，而图10(C)表示第2光强调制器113的输出光、即阶梯状光脉冲光源11的输出光(图7所示箭头C的位置)。
如图10(A)所示，发光元件103由基于控制处理部16的控制的AFC110连续发光射出谱线宽度狭窄的规定频率f0的具有大致一定光强P1的光CW0。该发光元件103发射出的连续光CW0射入第1光强调制器111。
在背景技术中所述的光强调制器在通常状态下是关闭的，通过在规定的定时接通·关闭，以此生成图24(B)所示的光脉冲。光强调制器是马赫—泽德型光调制器的情况下，通过调整施加于波导路上的电压，利用将在第1波导路支路传播的光与在第2波导路支路传播的光之间的相位差设定为180°来实现关闭，利用使在第1波导路支路传播的光与在第2波导路支路传播的光的相位一致来实现接通。
如图10(B)所示，本实施形态的第1光强调制器111在通常状态下由基于控制处理部16的控制的第1光强调制器驱动部112驱动，使第1光强调制器111射出的光的光强成为比光强P1小的微弱的光强P2，由基于控制处理部16的控制的第1光强调制器驱动部112驱动，以在定时T1接通之同时，在定时T2返回通常状态。通过这样，通过由第1光强调制器驱动部112驱动第1光强调制器111，射入第1光强调制器111的连续光CW0在定时T1之前被调制为光强P2，从定时T1到定时T2不受调制地保持光强P1，从定时T2起再度被调制为光强P2。即通过这样，利用第1光强调制部驱动器112进行驱动，第1光强调制器111射出在图10(B)所示的光强P2的连续的泄漏光CWL中具有光强P1的光脉冲OP的光。该光强P1对应于图1和图4中的光强P1(＝(As+Cs)2)，光强P2对应于图1和图4所示的光脉冲前方光OPf以及光脉冲后方光OPb的光强P2(＝Cs2)。在光强调制器是马赫—泽德型光调制器的情况下，第1光强调制器驱动部112通过调整外加于马赫—泽德型光调制器的第1和第2波导路支路上的电压，以此调整在通常状态下通过第1波导路支路传播的光与通过第2波导路支路传播的光之间的相位差，使光强为P2，在定时T1，使通过第1波导路支路传播的光与通过第2波导路支路传播的光的相位一致，在定时T2，调整通过第1波导路支路传播的光与通过第2波导路支路传播的光之间的相位差使通常状态的光强为P2。
然后，由连续的泄漏光CWL与光脉冲OP构成的图10(B)所示的波形的光从第1光强调制器111射入第2光强调制器113。如图10(C)所示，第2光强调制器113，在通常状态下是关闭的，由基于控制处理部16的控制的第2光强调制器驱动部114驱动，使其在定时T3接通，同时在定时T4返回通常的关闭状态。通过这样，利用第2光强调制器驱动部114驱动第2光强调制器111，从第1光强调制器111射入第2光强调制器113的图10(B)所示的波形的光，在定时T3之前调制为光强0(被关闭)，从定时T3到定时T4不受调制地保持原来状态，在定时T4以后再度被调制为光强0(被关闭)。即通过这样由第2光强调制器驱动部114进行驱动，第2光强调制器113仅在光脉冲OP的前方残留光强P2的连续的泄漏光OPf(光脉冲前方光OPf)，将残余部分去除。借助于此，第2光强调制器113生成在光强P2的光脉冲中存在光强比P2大的光强P1的光脉冲的、光强有一个阶梯状变化的阶梯状的、谱线宽度狭窄的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。还有，也可以通过调制定时T4形成具有光脉冲后方光OPb的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。
这里，光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf、光脉冲OP的时间宽度Tp、以及由式12定义的比Prx如上所述地设定。
在本实施形态中，光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf设定为例如5ns、10ns、15ns、以及20ns等。又，光脉冲OP的脉冲宽度Tp如上所述为了得到1m及其以下的高空间分辨率，有必要设定为10ns及其以下，但是出于能够抑制检测用光纤18的某一位置上的布里渊频率偏移中混入该某一位置的周边的布里渊频率偏移的信息的考虑，最好使布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)与布里渊时域检测计17进行测定时的取样时间间隔一致，在本实施形态中，光脉冲OP的脉冲宽度Tp设定为5ns、2ns、和1ns。而且，比Prx如上所述根据式8～式11模拟H2/(H1+H3+H4)相对于比Prx，然后根据该模拟的结果进行设定。本实施形态能够检测出布里渊损耗光谱BSl/g(νd)的峰值，而且能够得到最好的洛伦兹曲线，能够以最高精度、高空间分辨率检测出变形和/或温度，因此比Prx被设定为模拟结果中提供H2/(H1+H3+H4)的峰值的数值。比Prx即使是被设定为模拟结果中H2/(H1+H3+H4)的值为0.5及其以上的比Prx的数值，仍能以最高精度、高空间分辨率检测出变形和/或温度。例如在光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf为12ns，光脉冲OP的时间宽度Tp为1ns的情况下，比Prx被设定为约15dB～约27dB之间的值，而且为了得到最好的洛伦兹曲线，设定为约21dB。
还有，为了补偿第1光强调制器111和第2光强调制器113的损耗，也可以将对光进行放大的放大器115设置于从发光元件103到光耦合器12的光程上。特别是从在作为噪声的自然发射光(ASE、Amplifier Spontaneous Emission)小的情况下从进行放大的考虑出发，最好是如图7的虚线所示配置于第1光强调制器111与第2光强调制器113之间的光程上。光放大器115例如是对发光元件103发射的光的频率具有放大增益的光纤放大器或半导体光放大器。光纤放大器有在光纤中添加铒Er、钕Nd、镨Pr、铥Tm等稀土元素的添加稀土元素的光纤放大器和利用拉曼放大的拉曼放大光纤放大器等.
再回到图6，光耦合器12、22是将入射光分配为两束光射出的光学零件，可以采用例如半透半反镜等微小光学元件型光分叉耦合器、熔融光纤的光纤型光分叉耦合器、光波导路型光分叉耦合器等。光耦合器12的一个输出端子与光强·偏振调整部13的输入端子光学连接，另一输出端子与布里渊时域检测计17的第1输入端子光学连接。
光强·偏振调整部13被控制处理部16控制，是调整入射光的光强同时还随机改变入射光的偏振面然后使其射出的零件。光强·偏振调整部13的输出端子与光循环器14的第1端子光学连接。
光强·偏振调整部13例如如图11所示，形成包括：光可变衰减器121和偏振光控制器122的结构。光可变衰减器121是能够使入射光光强衰减后射出，同时能够改变其衰减量的光学零件。光可变衰减器121可以采用例如在入射光与出射光之间***衰减圆板，在衰减圆板的表面上蒸镀在旋转方向上厚度连续改变的金属膜，通过使该衰减圆板旋转调节衰减量的光可变衰减器、或在入射光与出射光之间***磁—光学结晶以及在该磁—光学结晶的出射侧***起偏振器，在磁—光学结晶上施加磁场，通过改变该磁场的强度调整衰减量的可变衰减器等。偏振光控制器122是随机改变入射光的偏振面后射出的光学零件。射入光强·偏振调整部13的入射光在光可变衰减器121经控制处理部16的控制，其光强调整为规定的光强后射入偏振光控制器122，在偏振光控制器122随机改变偏振面后射出。
光循环器14是第1～第3三个端子的光循环器，是入射光与出射光对于该端子编号具有循环关系的非可逆性的光学零件。即射入第1端子的光，从第2端子射出但不从第3端子射出，射入第2端子的光，从第3端子射出但不从第1端子射出，射入第3端子的光，从第1端子射出但不从第2端子射出。光连接器15、22是光纤之间或光学零件与光纤之间实现光学连接用的光学零件。光循环器14的第2端子通过光连接器15与检测用光纤18的一个端子光学连接，光循环器14的第3端子与布里渊时域检测计17的第3输入端子光学连接。
CW光源19由控制处理部16进行控制，是在规定的频率范围fr发射光强大致一定的连续光CWpump1的装置。CW光源19例如，如图12所示，形成包括基板131、温度检测元件132、发光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、温度调整元件138、ATC139、AFC140的结构。即CW光源19由于能够以规定的频率范围fr发射光强大致为一定的连续光CWpump1，不需要使发光元件133射出的连续光像阶梯状光脉冲光源11那样形成光强呈阶梯状的光脉冲，因此形成不具备阶梯状光脉冲光源11中的第1和第2光强调制器111、113以及第1和第2光强调制器驱动部112、114的结构。CW光源19中的基板131、温度检测元件132、发光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、温度调整元件138、ATC139、以及AFC140除了根据控制处理部16的控制改变发光元件133的光的频率以外，包括光学连接关系和电气连接关系在内，分别与阶梯状光脉冲光源11中的基板101、温度检测元件102、发光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、第2受光元件107、温度调整元件108、ATC109、以及AFC110相同，因此其说明省略。
本实施形态的分布式光纤传感器1，通过将作为探测光的阶梯状光脉冲的频率f0加以固定，在规定的频率范围fr对作为激发光的连续光CWpump1的频率进行扫描，以此测定布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，测定布里渊频率偏移νb。
为此，形成如下所述的结构，即能够通过与控制处理部16进行扫描用的频率一致改变AFC140的参考电压Vref2以及参考电压Vref3，以此改变AFC140的锁定点值LP0，发出保持于扫描用的频率的连续光CWpump1的结构。
在本发明的实施形态中，如图9(C)所示，规定的频率范围fr是4GHz，设与该规定的频率范围fr的下限频率fL对应的锁定点值为LPL，与该规定的频率范围的上限频率fu对应的锁定点值为锁定点值LPu，锁定点值LP0在LPL≤LP0≤LPu的范围变更。
CW光源19的输出端子与光耦合器20的输入端子光学连接。光耦合器20的一个输出端子与光强调整部21的输入端子光学连接，另一输出端子与布里渊时域检测计17的第2输入端子光学连接。
再回到图6，光强调整部21被控制处理部16控制，对入射光的光强进行调整后使其射出的零件。光强调整部21的输出端子通过光连接器22与检测用光纤18的另一端光学连接。
光学调整部21例如，如图13所示，形成包括光可变衰减器151以及光隔离器152的结构。光可变衰减器151，与光可变衰减器121一样是使入射光光强衰减后射出的光学零件。光隔离器152是使光从入射端子只向输出端子单向通过的光学零件，例如可以通过在偏离45°状态下的两个起偏器之间配置法拉第转子而构成。光隔离器152起着防止分布式光纤传感器1内的各光学零件的连接部等处发生的反射光的传播和防止探测光向CW光源19传播的作用。射入光强调整部21的入射光由光可变衰减器151将光强调整到规定的光强然后通过光隔离器152射出。
还有，通过检测用光纤18传播的的激发光通过光连接器15和光循环器14射入布里渊时域检测计17，因此没有射入光强·偏振调整部13或阶梯状光脉冲光源11。在这里，在使用光耦合器代替光循环器14的情况下，为了防止激发光射入光强·偏振调整部13和阶梯状光脉冲光源11，最好是在光强·偏振调整部13的输出端子上配置光隔离器或切断激发光，使阶梯状光脉冲OPs透过的滤光器。
检测用光纤18是检测变形和/或温度的传感器用光纤，探测光从其一端入射，从另一端射入激发光，受到布里渊散射现象的作用的探测光和激发光从其另一端和一端分别射出。在这里，在测量桥、隧道、堤坝、建筑物等结构物体和地基等测量对象中发生的变形和/或温度的情况下，可以将检测用光纤18固定于被测量对象上进行测量。
控制处理部16，是通过和布里渊时域检测计17输入或输出信号，控制阶梯状光脉冲光源11、光强·偏振调整部13、CW光源19、以及光强调整部21，以能用高空间分辨率测定检测用光纤18长度方向上的检测用光纤18的变形和/或温度的分布的电子电路，形成包括例如微处理器、工作存储器、以及存储ATC109用的参考电压Vref1、AFC110用的参考电压Vref2、Vref3、ATC139用的参考电压Vref1、AFC140用的参考电压Vref2、Vref3、定时T1、T2、T3、T4、比Prx等各数据的存储器等的结构。
布里渊时域检测计17控制分布式光纤传感器1的各部分，以规定的取样间隔检测接收到的布里渊散射现象的光，以此分别求出检测用光纤18长度方向的检测用光纤18的各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，根据求得的各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，分别求各区域部分的布里渊频率偏移νb，根据求得的各区域部分的布里渊频率偏移νb，检测出检测用光纤18的变形分布和/或温度分布。然后，布里渊时域检测计17存储得到洛伦兹曲线的上述比Prx，检测阶梯状光脉冲光源11射出的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光强，通知控制部16光强呈阶梯状的光脉冲OPs的P1/P2成为该比Prx。而且布里渊时域检测计17存储应能够得到洛伦兹曲线的最佳的探测光的光强和最佳的激发光的光强，检测出阶梯状光脉冲光源11射出的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光强，同时检测出CW光源19射出的连续光CWpump1的光强，通知能够对光强·偏振调整部13以及光强调整部21进行调整的控制处理部16，以实现该最佳的探测光的光强以及最佳的激发光的光强。布里渊时域检测计17形成包括光开关、光谱分析器、以及计算机等的结构。
能够将如此地得到洛伦兹曲线的上述比Prx预先存储于布里渊时域检测计17，是由于探测光为阶梯状光脉冲。又，由于将得到洛伦兹曲线的上述比Prx预先存储于布里渊时域检测计17，所以就不必像背景技术中所述那样在每次测定中手动调整光脉冲使其与检测用光纤的光纤长度一致。
下面对第1实施形态的分布型光纤传感器的动作进行说明。
图14表示布里渊损耗/增益光谱的分布以及距离L1和距离L2上的布里渊损耗/增益光谱。图14(A)表示布里渊损耗/增益光谱的分布，x轴表示离开检测用光纤18一端的距离，y轴表示频率，z轴表示光强。图14(B)表示距离L1与距离L2上的布里渊损耗/增益光谱，x轴表示频率，y轴表示光强。又，为了说明的方便，假定在距离L1上，检测用光纤18没有发生变形，在距离L2上检测用光纤18发生变形。
首先，布里渊时域检测计17作准备以通过光耦合器12对来自阶梯状光脉冲光源11的光谱进行测定，将使光从阶梯状光脉冲光源11射出的信号通知控制处理部16。
控制处理部16一旦接收到该信号，就将既定的ATC109用的参考电压Vref1和AFC110用的参考电压Vref2、Vref3分别加于ATC109和AFC110，使发光元件103发光，光从阶梯状光脉冲光源11射出。
从阶梯状光脉冲光源11射出的光通过光耦合器12输入布里渊时域检测计17，布里渊时域检测计17对该光的光谱进行测定。布里渊时域检测计17根据该测定结果确认阶梯状光脉冲光源11是否正在射出规定振荡频率f0的光线。不是规定振荡频率f0的情况下，布里渊时域检测计17将调整AFC110用的参考电压Vref2、Vref3使其为规定的振荡频率f0的信号通知控制处理部16。
一旦接收到这一信号，控制处理部16就调整AFC110用的参考电压Vref2、Vref3使其为规定的振荡频率f0。当从阶梯状光脉冲光源11射出的光线的振荡频率f一旦成为规定的振荡频率f0，布里渊时域检测计17就将该光强P1通知控制处理部16。
控制处理部16，根据该通知的光强P1和存储的比Prx，通过第1光强调制器驱动部112控制第1光强调制器111，通过第2光强调制器驱动部114控制第2光强调制器113，使光脉冲OP的光强P1与光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲前方光OPf(在有光脉冲后方光OPb的情况下为光脉冲前方光OPf以及光脉冲后方光OPb)的光强P2之比为前面所述的规定的比Prx。
从阶梯状光脉冲光源11射出的光强呈阶梯状的光脉冲OPs通过光耦合器12被射入布里渊时域检测计17，布里渊时域检测计17对该光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光谱进行测定。布里渊时域检测计17根据该测定结果确认阶梯状光脉冲光源11是否正在射出规定的比Prx的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。在不是规定的比Prx的情况下，布里渊时域检测计17将调整第1光强调制器111使其成为规定的比Prx的信号通知控制处理部16。
一旦接收到这一信号，控制处理部16就对第1光强调制器111进行调整，以实现规定的比Prx。反复进行这样的调整，当从阶梯状光脉冲光源11射出的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的比成为规定的比Prx时，布里渊时域检测计17将根据光谱的测定结果对光强·偏振调整部13的衰减量进行调整的信号通知控制处理部16，以使阶梯状光脉冲光源11射出的光强呈阶梯状的光脉冲OPs以能够得到洛伦兹曲线的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的最佳的光强射入检测用光纤18。
一旦接收到这一信号，控制处理部16就对光强·偏振调整部13的衰减量进行调整，控制处理部16将表示内容为衰减量调整结束的信号通知布里渊时域检测计17。
一旦接收到这一信号，布里渊时域检测计17就判断为阶梯状光脉冲光源11发射规定的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的准备已经就绪，使控制处理部16控制阶梯状光脉冲光源11，以停止规定的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的发射。
然后，布里渊时域检测计17开始测定布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)。
首先，布里渊时域检测计17进行通过光耦合器20测定来自CW光源19的光线的光谱的准备。然后布里渊时域检测计17将从CW光源19射出进行扫描的频率范围中最低频率fL的连续光的信号通知控制处理部16。
一旦接收到这一通知，控制部16就分别将既定的ATC139用的参考电压Vref1与对应于最低频率fL的AFC140用的参考电压Vref2、Vref3加于ATC139、和AFC140，使发光元件133发光，从CW光源19射出连续光。
从CW光源19射出的连续光通过光耦合器20射入布里渊时域检测计17，布里渊时域检测计17对该光的光谱进行测定。布里渊时域检测计17对CW光源11是否正在射出最低频率fL的连续光进行确认。在不是最低频率fL的情况下，布里渊时域检测计17将调整AFC110用的参考电压Vref2、Vref3使其实现最低频率fL的信号通知控制处理部16。再有，布里渊时域检测计17将根据光谱的测定结果将对光强调整部21的衰减量进行调整的信号通知控制处理部16，以使CW光源19射出的连续光以能够得到洛伦兹曲线的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的最佳的光强射入检测用光纤18。
一旦接收到这些信号，控制处理部16就对AFC140用的参考电压Vref2、Vref3进行调整，以实现最低的频率fL。再有，控制处理部16对光强调整部21的衰减量进行调整，控制处理部16将表示内容为衰减量调整结束的信号通知给布里渊时域检测计17。
一旦接收到这一信号，当CW光源19射出的光的频率为最低频率fL时，就进行测定通过光循环器14的布里渊散射现象的光线的光谱的准备，布里渊时域检测计17将使光强呈阶梯状的光脉冲OPs从阶梯状光脉冲光源11射出的信号通知控制处理部16。
一旦接收到这一控制信号，控制处理部16就使阶梯状光脉冲光源11射出光强呈阶梯状的光脉冲OPs，并且将使其知道射出的定时的信号通知给布里渊时域检测计17。
从阶梯状光脉冲光源11发射的光强呈阶梯状的光脉冲OPs通过光耦合器14射入光强·偏振调整部13，在光源·偏振调整部13对其光强以及偏振面进行调整，通过光循环器14和光连接器15，作为探测光向检测用光纤18的一端射入，向检测用光纤18的一端射入的探测光(光强呈阶梯状的光脉冲OPs)与从检测用光纤22的另一端射入，通过检测用光纤18传播的激发光(连续光CWpump1)边发生布里渊散射现象并边从检测用光纤18的一端向另一端传播。
布里渊散射现象的光从检测用光纤18的一端射出，通过光循环器14向布里渊时域检测计17射入。布里渊时域检测计17根据控制处理部16通知的使光强呈阶梯状的光脉冲OPs射出的定时，对接收到的布里渊散射现象的光进行时域分析，测定检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布。
这样，布里渊时域检测计17使CW光源19射出最低频率fL的连续光作为激发光，同时使阶梯状光脉冲光源11射出光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光，在检测用光纤18利用探测光和激发光产生布里渊散射现象，对布里渊散射现象的光进行时域分析，测定检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布。通过这样测定，得到与最低频率fL的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布、即图14(A)所示的曲线m1。
这里，布里渊散射现象的探测光与激发光之间的相互作用程度取决于探测光的偏振面与激发光的偏振面之间的相对关系。本实施形态的分布式光纤传感器1由于在每一次测定时用光强·偏振调整部13随机改变光强呈阶梯状的光脉冲OPs的偏振面，因此通过多次测定与最低频率fL的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布，采用其平均值，从而能够在实质上消除这种依附关系。因此能够高精度地取得布里渊散射现象的光强分布m1。在本实施形态中，例如进行500次或1000次的测定。
布里渊时域检测计17在结束与最低频率fL的激发光对应的布里渊散射现象的光强分布m1的测定时，须测定与下一频率的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布，布里渊时域检测计17通过与上面所述相同的动作，首先使CW光源19射出作为下一频率的激发光的连续光，然后使阶梯状光脉冲光源11射出作为探测光的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。然后，布里渊时域检测计17根据发射光强呈阶梯状的光脉冲OPs的定时对从检测用光纤18的一端射出，通过光循环器14射入布里渊时域检测计17的布里渊散射现象的光进行时域分析，测定对于下一频率的，检测用光纤18的长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m2。
布里渊时域检测计17在结束与下一频率的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布m2的测定时，就一个接着一个依序改变激发光的频率直到最高频率fu，与上面所述一样测定与该频率的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布m3、m4、…、mn。在这里，分布mn表示与扫描频率范围中的第n个频率的激发光对应的布里渊散射现象的光的光强分布m。
通过这样测定，如图14(A)所示，能够以高精度而且高空间分辨率得到扫描频率范围的各频率的检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m1、m2、m3、m4、…、mn，其结果是能够以高精度而且高空间分辨率得到检测用光纤18长度方向的各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)。
然后，布里渊时域检测计17以与在检测用光纤18上没有发生变形的部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值对应的频率为基准，通过求出与检测用光纤18长度方向的各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值对应的频率之差，从而以高精度而且高空间分辨率求得检测用光纤18长度方向的各部分的布里渊频率偏移νb。
例如，如图14(A)、(B)所示，假定在距离检测用光纤18的一端为L1的部分没有变形，在距离为L2的部分发生变形。距离L1处的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)用图14(B)中的实线形式的曲线e表示，距离L1上的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)用图14(B)中的虚线形式的曲线f表示。在这种情况下，求与距离L1上的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值对应的频率νb1和与距离L2上的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值对应的频率νb2之间的差，求出布里渊频率偏移νb＝νb1-νb2。
然后，布里渊时域检测计17根据该各区域部分的布里渊频率偏移νb以高精度而且高空间分辨率求得检测用光纤18长度方向各区域部分的变形和/或温度。该求出的检测用光纤18的长度方向各区域部分的变形和/或温度的分布在CRT显示装置、XY绘图仪或打印机等图中未示出的输出部上进行显示。
这样，第1实施形态的分布式光纤传感器1由于使用光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光，由于能够将得到洛伦兹曲线的上述比Prx预先存储于布里渊时域检测计17，因此不必像背景技术中所述那样，在每一次测定中手动调整光脉冲使其与检测用光纤18的光纤长度一致。从而，也能够对分布式光纤传感器1实行工业化生产，又因，理论分析的结果可以设定为最佳的比Pix，布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)成为洛伦兹曲线，所以能以高精度而且高空间分辨率测定检测用光纤18中产生的变形和/或温度。
第2实施形态
本发明的第2实施形态的分布式光纤传感器，从检测变形和/或温度用的检测用光纤的一个端面射入探测光和激发光，接收在检测用光纤中受布里渊散射现象作用的激发光，进行布里渊增益光谱时域反射分析(BGain-OTDR、Brillouin Gain Optical Time DomainReflectometer)或布里渊损耗光谱时域反射分析(BLoss-OTDR、Brillouin Loss Optical TimeDomain Reflectometer)，根据布里渊频率偏移检测变形和/或温度。以下，将布里渊增益光谱时域反射分析或布里渊损耗光谱时域反射分析简称为布里渊增益/损耗光谱时域反射分析。在该布里渊损耗/增益光谱时域反射分析中，布里渊散射现象的光是布里渊散射光。
首先对第2实施形态的分布式光纤传感器的构成进行说明。图15是表示第2实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。图16是表示第2实施形态的分布式光纤传感器中CW光源的构成的方框图。
在图15中，第2实施形态的分布式光纤传感器2形成包括：阶梯状光脉冲光源11、光耦合器12、光强·偏振调整部13、光循环器14、光耦合器33、光连接器15、控制处理部31、布里渊时域检测计17、检测用光纤18、CW光源32、光耦合器20、以及光强调整部21的结构。
阶梯状光脉冲光源11的输出端子与光耦合器12的输入端子光学连接。光耦合器12的一个输出端子与光强·偏振调整部13的输入端子光学连接。光强·偏振调整部13的输出端子与光循环器14的第1端子光学连接。光循环器14的第2端子与光耦合器33的一个输入端子光学连接。光耦合器33的输出端子通过光连接器15与检测用光纤18的一端光学连接。
又，CW光源32的输出端子与光耦合器20的输入端子光学连接。光耦合器20的一个输出端子与光强调整部21的输入端子光学连接。光强调整部21的输出端子与光耦合器33的另一输入端子光学连接。
而且，光耦合器12的另一输出端子与布里渊时域检测计31的第1输入端子光学连接，光耦合器20的另一输出端子与布里渊时域检测计31的第2输入端子光学连接，光循环器14的第3端子与布里渊时域检测计31的第3输入端子光学连接。
这些阶梯状光脉冲光源11、光耦合器12、光强·偏振调整部13、光循环器14、光连接器15、布里渊时域检测计17、检测用光纤18、光耦合器20、以及光强调整部21与第1实施形态相同，因此其说明省略。
光耦合器33是将入射光分配为两束光射出的光学零件，是与光耦合器12、22相同的光学零件。
CW光源32被控制处理部16控制，是在规定的频率范围fr发射大致一定的连续光CWpump2的装置，连续光CWpump2在规定的定时中只在规定的期间发射。CW光源32例如如图16所示，形成包括基板131、温度检测元件132、发光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、温度调整元件138、ATC139、AFC140、第3光强调制器161、以及第3光强调制器驱动部162的结构。即CW光源32由于要在规定的定时中只在一定的期间射出连续光CWpump2，因此如图12所示，CW光源19中还形成包括第3光强调制器161以及对其进行驱动的第3光强调制器驱动部162的结构。CW光源中的基板131、温度检测元件132、发光元件133、光耦合器134、EF135、第1受光元件136、第2受光元件137、温度调整元件138、ATC139、以及AFC140，除了AFC140根据控制处理部16的控制改变发光元件133的振荡频率外，包括光学连接关系和电气连接关系在内，分别与阶梯状脉冲光源11中的基板101、温度检测元件102、发光元件103、光耦合器104、EF105、第1受光元件106、第2受光元件107、温度调整元件108、ATC109、以及AFC110相同，因此其说明省略。
第3光强调制器161与第1和第2光强调制器111、113一样，是调制入射光的光强的光学零件。第3光强调制器驱动部162与第1和第2光强调制器驱动部112、114一样，被控制处理部16控制，是驱动第3光强调制器161的驱动电路。从发光元件133来的光射入第3光强调制器161。第3光强调制器161根据第3光强调制器驱动部162的控制对该发光元件133来的连续光CWpump2进行接通·断开(ON·OFF)控制。第3光强调制器161在接通(ON)的情况下，从第3光强调制器161射出的光作为CW光源32的输出光入射到光耦合器20。CW光源32靠这样的动作在规定的定时中只在一定的期间射出连续光CWpump2。
还有，如图16的虚线所示，为了补偿第3光强调制器161的损耗，也可以将对光进行放大的光放大器163配置于第3光强调制器161之后。
控制处理部31是通过与布里渊时域检测计17进行信号输入输出，使激发光和探测光在检测用光纤18中传播，在射入检测用光纤18一端的激发光在另一端反射的时刻，使探测光射入检测用光纤18的一端，控制阶梯状光脉冲光源11、光强·偏振调整部13、CW光源19、以及光强调整部21，以便能够以高空间分辨率测定检测用光纤18长度方向上的检测用光纤18的变形和/或温度的分布的电子电路，形成包括例如微处理器、工作存储器以及存储数据的存储器的结构。
还有，为了使从检测用光纤18的一端向另一端传播的激发光在其另一端功率能无损耗地高效地反射，也可以在检测用光纤18的另一端还包括反射入射光的镜子部，也可以对检测用光纤18的另一端进行镜面处理。
下面对第2实施形态的分布式光纤传感器的动作进行说明。
第2实施形态的分布式光纤传感器2利用与第1实施形态的分布式光纤传感器1相同的动作从阶梯状光脉冲光源11射出具有规定的比Prx的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。第2实施形态的分布式光纤传感器2利用与第1实施形态的分布式光纤传感器1相同的动作，调整光强·偏振调整部13的衰减量，以得到洛伦兹曲线的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的最佳的光强将光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光射入检测用光纤18。一旦调整结束，第2实施形态的分布式光纤传感器2就使控制处理部16控制阶梯状光脉冲光源11，以停止射出规定的光强呈阶梯状的光脉冲OPs。
然后，第2实施形态的分布式光纤传感器2利用与第1实施形态的分布式光纤传感器1相同的动作，控制CW光源11和光强调整部21，须将激发光的光强调整成能得到洛伦兹曲线的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的最佳的光强。一旦调整结束，第2实施形态的分布式光纤传感器2就让控制处理部16控制CW光源19，以停止连续光CWpump2的出射。
然后，第2实施形态的分布式光纤传感器2为了能以高精度而且以高空间分辨率得到扫描频率范围fr的各频率中的检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m1、m2、m3、m4、…、mn，开始测定布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)。
这里，第2实施形态的分布式光纤传感器2由于进行布里渊损耗/增益光谱时域反射分析，在扫描频率范围fr的各频率上，使激发光和探测光在检测用光纤18中传播，以在射入检测用光纤18一端的激发光在另一端反射的时刻探测光射入检测用光纤18的一端，用布里渊散射现象检测计17分析布里渊散射现象的光。
就这样，根据能以高精度、高空间分辨率得到的扫描频率范围fr的各频率上的检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m1、m2、m3、m4、…、mn，第2实施形态的分布式光纤传感器2，利用与第1实施形态的分布式光纤传感器1相同的动作，以高精度、高空间分辨率求出检测用光纤18长度方向上各区域部分的变形和/或温度，显示于图中未示出的输出部。
这样，第2实施形态的分布式光纤传感器2，与第1实施形态的分布式光纤传感器1一样，使用阶梯状光脉冲为探测光，因能够将得到洛伦兹曲线的上述比Prx预先存储于布里渊时域检测计17，所以不必像背景技术中所述那样在每一次测定都要手动调整光脉冲使其与检测用光纤18的光纤长度一致。因而，也能用工业生产方式生产分布式光纤传感器2。又，根据理论分析的结果，可以设定为最佳的比Prx，因此布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)成为洛伦兹曲线，所以能够以高精度、高空间分辨率测定检测用光纤18中产生的变形和/或温度。
第3实施形态
本发明的第3实施形态的分布式光纤传感器是用一台设备能够进行布里渊损耗/增益光谱时域分析以及布里渊损耗/增益光谱时域反射分析的传感器。
首先，对第3实施形态的分布式光纤传感器的构成进行说明。图17是表示第3实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。在图17中，第3实施形态的分布式光纤传感器3形成包括：阶梯状光脉冲光源11、光耦合器12、光强·偏振调整部13、光循环器14、光耦合器33、光连接器15、控制处理部41、布里渊时域检测计17、检测用光纤18、CW光源32、光耦合器20、光强调整部21、光开关42、以及光连接器22的结构。
阶梯状光脉冲光源11的输出端子与光耦合器12的输入端子光学连接。光耦合器12的一个输出端子与光强·偏振调整部13的输入端子光学连接。光强·偏振调整部13的输出端子与光循环器14的第1端子光学连接。光循环器14的第2端子与光耦合器33的一个输入端子光学连接。光耦合器33的输出端子通过光连接器15与检测用光纤18的一端光学连接。
又，CW光源32的输出端子与光耦合器20的输入端子光学连接。光耦合器20的一个输出端子与光强调整部21的输入端子光学连接。光强调整部21的输出端子与光开关42的输入端子光学连接。光开关42的一个输出端子与光耦合器33的另一输入端子光学连接，另一输出端子通过连接器24与检测用光纤18的另一端光学连接。
而且光耦合器12的另一输出端子与布里渊时域检测计17的第1输入端子光学连接，光耦合器20的另一输出端子与布里渊时域检测计17的第2输入端子光学连接，光循环器14的第3端子与布里渊时域检测计17的第3输入端子光学连接。
控制处理部41输入布里渊时域检测计17的输出加以输入，而且分别控制阶梯状光脉冲光源11、光强·偏振调整部13、CW光源32、光强调整部21、以及光开关42。
这些阶梯状光脉冲光源11、光耦合器12、光强·偏振调整部13、光循环器14、光连接器15、布里渊时域检测计17、检测用光纤18、光耦合器20、光强调整部21以及连接器22与第1实施形态相同，因此其说明省略。而且CW光源32和光耦合器33与第2实施形态相同，因此其说明也省略。
又，光开关42是一个输入两个输出的1×2的光开关，根据控制处理部41的控制将从输入端子射入的光有选择地自两个输出端子中的任意一个射出。
光开关42可以采用例如机械式光开关或光波导路开关等。机械式开关是棱镜、棒形透镜(ロツドレンズ)以及镜子等微小光学元件或通过使光纤自身移动·旋转从而切换光程的光学零件。还有，利用半导体微细加工技术在光波导路之间封入折射率调整液，使该调整液机械移动或用静电执行机构使镜子移动的光微电气机械***(Opto Micro Electro-Mechanical Systems)的光开关。光波导路开关用例如光波导路构成马赫·泽德(Mach-Zehnder)型干涉计，是一种通过在各光波导路支路上外加电场从而改变各光波导路支路的折射率，进行光程切换的光学零件。此外还知道有一种利用通过注入载流子造成折射率变化的半导体光开关和将半导体放大器作为导通、截止的门(グ-ト)使用的分配合流型半导体开关。
控制处理部31是一种通过与布里渊时域检测计17进行信号输入输出，借助于布里渊损耗/增益光谱时域分析以及布里渊损耗/增益光谱时域反射分析，控制阶梯状光脉冲光源11、光强·偏振调整部13、CW光源19、光强调整部21、以及光开关42，以便能够以高空间分辨率测定检测用光纤18长度方向上的检测用光纤18的变形和/或温度的分布的电子电路，形成包括：例如微处理器、工作存储器、以及存储数据的存储器的结构。
下面对第3实施形态的分布式光纤传感器的动作进行说明。
首先，在用第3实施形态的分布式光纤传感器3进行布里渊损耗/增益光谱时域分析的情况下，控制处理部41对光开关42进行控制，使得从输入端子入射的光通过光连接器22从与检测用光纤18光学连接的另一端的输出端子射出。而且，第3实施形态的分布式光纤传感器3由于与第1实施形态的分布式光纤传感器一样动作，其说明省略。
接着，在用第3实施形态的分布式光纤传感器3进行布里渊损耗/增益光谱时域反射分析的情况下，控制处理部41对光开关42进行控制，使得从输入端子入射的光通过光耦合器33和光连接器22从与检测用光纤18的一端光学连接的输出端子射出。而且，第3实施形态的分布式光纤传感器3由于与第2实施形态的分布式光纤传感器一样动作，其说明省略。
还有，在这种情况下，在检测用光纤18中受到探测光与布里渊散射现象的相互作用，从检测用光纤18的一端射出的激发光在光耦合器33被一分为二，其中一光束通过光循环器14射入布里渊时域检测计17。即受到相互作用的激发光在光耦合器33其功率受到损耗。因此为了补偿这一损耗，也可以在光循环器14到布里渊时域检测计17的光程上还包括光放大器。或是在布里渊时域检测计17上还包括放大器，在受光元件接收激发光，进行光电变换之后再放大。
这样，第3实施形态的分布式光纤传感器3，与第1、第2实施形态的分布式光纤传感器1、2一样，使用阶梯状光脉冲为探测光，因此能够将得到洛伦兹曲线的上述比Prx预先存储于布里渊时域检测计17，所以不必像背景技术中所述那样每一次测定都用手动调整光脉冲使其与检测用光纤18的光纤长度一致。从而，也能用工业生产方式生产分布式光纤传感器3。又，根据理论分析的结果，可以设定为最佳的比Prx，因此布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)成为洛伦兹曲线，所以能够以高精度、高空间分辨率测定检测用光纤18中产生的变形和/或温度。
第4实施形态
第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3，是一种采用光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光，不必根据检测用光纤18的长度手动调整光脉冲就能够以高精度、高空间分辨率测定在检测用光纤18发生的变形和/或温度的传感器。第4实施形态的分布式光纤传感器按照第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3的构成分别测定光脉冲前方光OPf的光强P2的脉冲光与光强呈阶梯状的光脉冲OPs中的布里渊散射现象的光的光强的分布M1、M2，求这些测出的布里渊散射现象的光的光强分布M1、M2之差M2-M1，通过求出检测用光纤18长度方向上各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，能改进用第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3检测出的结果中发生的误差、特别是改进1/(Tp+Tf)的附近发生的误差。
而且，第4实施形态的分布式光纤传感器通过形成这样的结构能够减小误差，因此在第1～第3实施形态中的分布式光纤传感器1、2、3中，将光强呈阶梯状的光脉冲OPs的光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf设定成在Tp＜Tf≤(1/35MHz)＝28.57ns的范围内的值，但是在第4实施形态的分布式光纤传感器可以采用超过Tp＜Tf≤28.57ns的范围的光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf、例如时间宽度Tf＝50ns。当然，可以采用Tp＜Tf≤28.57ns的范围内的光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf。再因第4实施形态的分布式光纤传感器采用这样的结构能够减小误差，在变形在大范围内均匀分布的情况下，适于检测其中200με及其以下的微小变形。
第4实施形态的分布式光纤传感器的结构，除了通过布里渊时域检测计17如以下所述地动作，从而求出检测用光纤18长度方向上各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)外，其余均与第1～第3实施形态相同，因此其说明省略。
图18表示第4实施形态的光强呈阶梯状的光脉冲以及泄漏光的光脉冲。图19表示第4实施形态的分布式光纤传感器的动作。
在图19，在第4实施形态中，布里渊时域检测计17首先使作为连续光的激发光射出，同时使阶梯状光脉冲光源11射出图18(B)所示的泄漏光光脉冲OPL作为探测光(S101)，对检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布M1进行测定，存储其测定结果(S102)。
在将图18(A)所示的由时间宽度Tp光强P1的光脉冲OP与时间宽度Tf、光强P2的光脉冲前方光OPf构成的光强呈阶梯状的光脉冲OPs用作光强呈阶梯状的光脉冲的情况下，泄漏光光脉冲OPL如图18(B)所示，是时间宽度为(Tp+Tf)光强P2的光脉冲。即泄漏光光脉冲OPL其时间宽度为光强呈阶梯状的光脉冲Ops的时间宽度，其光强为光强呈阶梯状的光脉冲OPs中的光强最小的光脉冲前方光OPf的光强。
再回到图19，接着，布里渊时域检测计17使作为连续光的激发光射出，同时使阶梯状光脉冲光源11射出图18(A)所示的光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光(S103)，对检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布M2进行测定，将该测定结果加以存储(S104)。
接着，布里渊时域检测计17求处理步骤S102中的分布M1与处理步骤S104中的分布M2之差M2-M1，将该差M2-M1加以存储(S105)。该差M2-M1对应于第1实施形态中的m。
在扫描频率范围的各个频率执行这样的处理步骤S101～S105的动作(S106)，求检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m1、m2、m3、m4、…、mn，从这些求检测用光纤18长度方向上各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，根据求出的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)求得检测用光纤18长度方向上的变形分布和/或温度分布(S107)。
利用这样的动作，第4实施形态的分布式光纤传感器比第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3能够更好地减小误差，另外，即使采用光脉冲前方光OPf的时间宽度Tf超过Tp＜Tf≤28.57Ns的范围的时间宽度的光强呈阶梯状的光脉冲OPs，也能够以高精度、高空间分辨率测定在检测用光纤18中产生的变形和/或温度。而且第4实施形态的分布式光纤传感器在变形在大范围均等分布的情况下，也能够检测出其中200με及其以下的微小变形。而且毋用多言，在第4实施形态中也不必像背景技术中所述的那样在每次测定中都要用手动调整光脉冲使其与检测用光纤18的光纤长度一致。从而也能够将分布式光纤传感器3作为工业产品进行工业化生产。
第5实施形态
第4实施形态的分布式光纤传感器是一种第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3的结构，通过采用光脉冲前方光OPf的光强P2的脉冲光与光强呈阶梯状的光脉冲OPs作为探测光，从而改进第1～第3实施形态中分布式光纤传感器1、2、3检测出的结果中产生的误差，而第5实施形态的分布式光纤传感器在第1～第3实施形态中的分布式光纤传感器1、2、3的结构上，将基准光纤与检测用光纤18的一端连接，通过根据从基准光纤求得的基准值修正测定结果的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)中的中心频率，从而改进第1～第3实施形态中的分布式光纤传感器1、2、3检测出的结果中产生的误差。
图20是表示与第1实施形态的分布式光纤传感器对应的第5实施形态的分布式光纤传感器的构成的方框图。
在图20中，第5实施形态的分布式光纤传感器5的构成为检测用光纤18的一端，在图20所示的例子中是射入激发光的一端还连接基准光纤51，取代布里渊时域检测计17，在存储下述修正值变换式的同时，如下所述动作，通过这样根据从基准光纤51求出的基准值从修正值变换式求出修正值，以该修正值对作为测定结果的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)中的中心频率进行修正，除了如上所述地使用布里渊时域检测计52以外，其余均与第1～第3实施形态相同，因此其说明省略。
基准光纤51是与检测用光纤18品质相同的光纤，是长度与该分布式光纤传感器5的空间分辨率相当的光纤。而且对基准光纤51，赋予比用于该分布式光纤传感器5的光强呈阶梯状的光脉冲OPs的以时间宽度(Tp+Tf)的倒数表示的变形足够大的变形、例如用2/(Tp+Tf)表示的变形、或用3/(Tp+Tf)表示的变形、或用4/(Tp+Tf)表示的变形。
图21表示第5实施形态的分布式光纤传感器的动作。图22是表示频率误差比(表示对于频率误差比的修正值)-修正值特性曲线用的图\。
在图21中，布里渊时域检测计52首先求基准光纤51中的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，以求得的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值处的频率(中心频率)作为基准值fH0(S201)。即布里渊时域检测计52分别测定扫描频率范围的各频率的基准光纤51中的布里渊散射现象的光的光强。接着，布里渊时域检测计52从该测定的各光强求出基准光纤51中的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)。然后，布里渊时域检测计52求出该布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的中心频率，将该值作为基准值fH0。
接着，布里渊时域检测计52借助于与第1～第3实施形态相同的动作求检测用光纤18长度方向各区域部分处的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，在这些区域部分，分别求出各布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的峰值处的频率(中心频率)作为各检测值fHn(S202)。即，布里渊时域检测计52测定扫描频率范围的各频率的检测用光纤18长度方向上的布里渊散射现象的光的光强分布m1、m2、m3、m4、…、mn。接着，布里渊时域检测计52从该测定的分布m1、m2、m3、m4、…、mn分别求出检测用光纤18长度方向各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，分别求出各布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的中心频率，将这些值分别作为各检测值fHn。在这里，检测值fHn表示第n个区域部分的检测值FH。
接着，布里渊时域检测计52在各区域部分中分别求利用式13定义的检测值fH与基准值fH0之比frx(频率误差比)(S203)，将求得的频率各误差比frxn用于修正值变换式分别求出与频率误差比frxn对应的修正值fEn(S204)。在这里，频率误差比frxn，表示第n个区域部分的频率误差比frx，修正值fEn表示第n个区域部分的修正值fE。修正值变换式是关于H4提供给H2的误差大小的算式，是根据作为探测光使用的光强呈阶梯状的光脉冲OPs，假定给检测用光纤规定的变形，根据使用上述式(7)～式(11)进行模拟得到的值与该规定的变形之差求得的函数式，是表示例如图22所示的频率误差比(表示对于频率误差比frx的修正值fE)-修正值特性曲线间关系的函数式。图22所示的频率误差比-修正值特性曲线是在Tp＝1ns、Tf＝14ns、比Prx＝22dB的条件下进行模拟的结果。
frx＝(fH0-fH)/fH0  …式13
还有，在本实施形态中，布里渊时域检测计52用以函数式的形态存储的修正值变换式从频率误差比frx变换为修正值，但是也可以用以表格的形态存储的频率误差比frx与修正值一一对应存储的查询表从频率误差比frx变换为修正值。
接着，布里渊时域检测计52在各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)中，根据其各检测值fHn分别求出低频侧的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的各面积SLn、而且根据该检测值fHn分别求出高频侧的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的各面积SRn(S205)。在这里，面积SLn表示第n个区域部分的面积SL，面积SRn表示第n个区域部分的面积SR。
然后，布里渊时域检测计52在各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)中根据求出的各面积SLn以及各面积SRn分别决定处理步骤S204求得的各修正值fEn的符号(S206)。即布里渊时域检测计52在面积SL＞面积SR的情况下，设在处理步骤S204中求出的修正值fE的符号为负(-)，在面积SL＜面积SR的情况下，设在处理步骤S204中求出的修正值fE的符号为正(+)。还有，在面积SL＝面积SR的情况下，修正值fE＝0。
接着，布里渊时域检测计52在各个区域部分，对处理步骤S202求得的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的各检测值fHn分别加上利用处理步骤S206得到的各个带符号的修正值fEn(修正值FE的符号为正的情况下对检测值fH加修正值fE，修正值fE的符号为的情况下从检测值fH减去修正值fE)，分别求出修正后的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的检测值fHn(修正后的检测值fHEn)(步骤S207)。
接着，布里渊时域检测计52以检测用光纤18中没有发生变形的部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)的中心频率为基准，求与检测用光纤18长度方向上各区域部分的布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)修正后的检测值fHEn之差，通过这样分别求出检测用光纤18长度方向上各部分的布里渊频率偏移νb，布里渊时域检测计52根据求出的检测用光纤18的长度方向上的各部分的布里渊频率偏移νb求得检测用光纤18的长度方向上的变形分布和/或温度分布(S208)。
还有，在上面的叙述中，对与第1实施形态的分布式光纤传感器1的结构对应的第5实施形态的分布式光纤传感器5进行了说明，但是在第2和第3实施形态的分布式光纤传感器2、3的结构中通过执行上述处理步骤S201～处理步骤S208，同样能够构成与第2和第3实施形态的分布式光纤传感器2、3的结构对应的第5实施形态的分布式光纤传感器。借助于这样的动作，第5实施形态的分布式光纤传感器比第1～第3实施形态的分布式光纤传感器1、2、3能够误差能更加减小，能够以更高的精度和空间分辨率测定检测用光纤18上发生的变形和/或温度。而且第5实施形态的分布式光纤传感器在变形在大范围均匀分布的情况下能够检测出其中200με及其以下的微小的变形。另外，当然毋用多言，在第5实施形态中也不必像背景技术中所述的那样每次测定都用手动对光脉冲进行调整使其与检测用光纤18的长度一致。从而分布式光纤传感器3也能够作为工业产品进行工业化生产。
又，在第1～第3实施形态中，在变形在大范围均匀分布的情况下，从能够检测出其中200με及其以下的微小的变形的考虑出发，也可以采用将布里渊频率偏移量周期变化的光纤作为检测用光纤18。
图23表示检测用光纤长度方向上的布里渊频率偏移量。
这种布里渊频率偏移量周期变化的检测用光纤18例如，如图23所示，是具有第1布里渊频率偏移量νb(1)的长度l1的部分DMl1与具有不同于第1布里渊频率偏移量νb(1)的第2布里渊频率偏移量νb(2)的长度l2的部分DMl2的反复形成的光纤。这第1和第2布里渊频率偏移量νb(1)、νb(2)可以通过给予光纤适当的变形来实现。
还有，在第1～第5实施形态中，分布式光纤传感器1、2、3是一种通过将作为探测光的阶梯状光脉冲的频率f0加以固定，在规定的频率范围fr对作为激发光的连续光CWpump1的频率进行扫描，以此测定布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，测定布里渊频率偏移νb的传感器。因此，阶梯状光脉冲光源11的发光元件103未必是频率可变半导体激光器，也可以是半导体激光器。而且，在上述实施形态中，其结构也可以是分布式光纤传感器1、2、3通过对作为探测光的阶梯状光脉冲的频率f0在规定的频率范围fr进行扫描，而将作为激发光的连续光CWpump1的频率加以固定，以此测定布里渊损耗/增益光谱BSl/g(νd)，测定布里渊频率偏移νb。
为了阐明本发明，在上面的叙述中边参照附图边利用实施形态对本申请的发明确切而又充分地进行了说明，但是应该认识到，只要是从事本行业的人员，能容易地改变或/以及改进上述实施形态。因此只要从事本行业的人员所作的变更形态或改进形态不脱离权利要求书记载的权项的权利要求范围，则该变更形态或该改进形态被解释为包含于该权项的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种分布式光纤传感器，是一种利用布里渊散射现象测定变形和/或温度的分布式光纤传感器，其特征在于包括：
生成光强越向内侧越大，光强呈阶梯状的光脉冲的阶梯状光脉冲光源；
生成连续光的连续光光源；
在所述光脉冲作为探测光入射、所述连续光作为激发光入射时，检测在所述探测光与所述激发光之间发生的布里渊散射现象的检测用光纤；以及
根据从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度的布里渊时域检测计。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，
所述探测光从所述检测用光纤的一端入射，
所述激发光从所述检测用光纤的另一端入射，
所述布里渊时域检测计根据从所述检测用光纤的一端射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤传感器，其特征在于，
所述探测光从所述检测用光纤的一端入射，
所述激发光从所述检测用光纤的一端入射，
所述检测用光纤以其另一端反射传播的所述激发光，
所述布里渊时域检测计根据从所述检测用光纤的一端射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，
以从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光为依据的所述检测用光纤长度方向的1m及其以下的各区域部分的布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱实质上是洛伦兹曲线。
5.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于还包括，调整入射光的光强，并随机改变入射光的偏振面后射出的光强·偏振调整部、以及调整入射光的光强的光强调整部，其中，
所述探测光通过所述光强·偏振调整部射入所述检测用光纤，所述激发光通过所述光强调整部射入所述检测用光纤。
6.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述阶梯状光脉冲光源以及所述连续光源包括：
以谱线宽度狭窄的规定频率连续发射具有大致一定的光强的光的发光元件、
使所述发光元件的温度实质上保持一定的温度控制部、以及
使所述发光元件发射的所述光的频率实质上保持一定的频率控制部。
7.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述阶梯状光脉冲光源包括：
以谱线宽度狭窄的规定频率连续发射具有大致一定的第1光强的光的发光元件、
调制入射光光强的第1和第2光强调制器、
驱动第1光强调制器，调制从所述发光元件连续入射的光线的光强，使所述第1光强的光脉冲存在于比所述第1光强小的第2光强的连续光中的第1光强调制器驱动部、以及
驱动第2光强调制器，调制从所述第1光强调制器入射的光线的光强，使得只在所述光脉冲的前后各规定的宽度上残留所述第2光强的连续光，去除残余的部分的第2光强调制器驱动部。
8.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，
所述阶梯状光脉冲光源生成光强越向内侧越大，光强呈阶梯状的第1光脉冲，并以具有与所述第1光脉冲相等的时间宽度，生成与所述第1光脉冲的最低光强相等光强的第2光脉冲，
所述布里渊时域检测计，使所述阶梯状光脉冲光源生成所述第2光脉冲作为探测光射入所述检测用光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述检测用光纤，存储从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光的第1光强，使所述阶梯状光脉冲光源生成所述第1光脉冲作为探测光射入所述检测用光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述检测用光纤，存储从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光的第2光强，根据所述存储的第1光强和第2光强求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，根据求得的所述布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱，测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
9.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于还包括，与所述检测用光纤品质相同，与空间分辨率相当的长度，而且具有比用所述光脉冲的时间宽度的倒数表示的变形还要大的变形的基准光纤，其中，
所述布里渊时域检测计，使所述阶梯状光脉冲光源生成所述光脉冲作为探测光射入所述基准光纤，并使所述连续光光源生成所述连续光作为激发光射入所述基准光纤，根据从所述基准光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱的中心频率作为基准值存储，根据从所述检测用光纤射出的布里渊散射现象的光，求布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱的中心频率作为检测值，根据预先存储的修正值变换式，从所述修正值、所述检测值、以及布里渊损耗光谱或布里渊增益光谱求修正值，根据求得的所述修正值测定所述检测用光纤中产生的变形和/或温度。
10.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述检测用光纤是布里渊频率偏移量周期变化的光纤。
11.根据权利要求1～3中的任一项所述的分布式光纤传感器，其特征在于，所述检测用光纤被固定于要测量变形和/或温度的测量对象物体上。
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