JP6097712B2

JP6097712B2 - Apparatus and method for measuring propagation constant of optical fiber

Info

Publication number: JP6097712B2
Application number: JP2014044155A
Authority: JP
Inventors: 槙悟大野; 伊藤　文彦; 文彦伊藤; 岡本　達也; 達也岡本; 央高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: JP2015169525A

Description

この発明は、光ファイバ中を伝搬する光信号の各伝搬モードの伝搬定数を測定する光ファイバの伝搬定数測定装置及び方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber propagation constant measuring apparatus and method for measuring the propagation constant of each propagation mode of an optical signal propagating in an optical fiber.

各伝搬モードについて伝搬定数を求める手法としては、プリズムカプラ法と呼ばれる手法が報告されている（例えば非特許文献１を参照）。この手法では、光ファイバの測定する箇所の表面をクラッドが数μｍ程度残るまで削り、光を漏えいさせる。削り出した表面にプリズムを押し当て、漏えいした光をプリズムによって屈折させ、スクリーンに投射して観測する。プリズムからの光の出射角をφとすると、伝搬定数βは、

により求められる。ここでｎ_p はプリズムの屈折率、λは光の波長である。 As a method for obtaining a propagation constant for each propagation mode, a method called a prism coupler method has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). In this technique, the surface of the optical fiber to be measured is shaved until the clad remains on the order of several μm to leak light. A prism is pressed against the shaved surface, and the leaked light is refracted by the prism and projected onto a screen for observation. If the light exit angle from the prism is φ, the propagation constant β is

Is required. Here, n _p is the refractive index of the prism, and λ is the wavelength of light.

スクリーン上で観測されたパタンから各伝搬モードのφを測定し、各モードの伝搬定数を求める。ただし、この手法で測定対象となるファイバの範囲はクラッドを削り出した箇所のみとなる。 The φ of each propagation mode is measured from the pattern observed on the screen, and the propagation constant of each mode is obtained. However, the range of the fiber to be measured by this method is only the part where the cladding is cut out.

その他、伝搬モード間の伝搬定数差に起因するビート長をファブリ・ペロー共振器を用いて測定することで、伝搬定数差を求める手法もある（例えば非特許文献２を参照）。この手法では、測定するファイバの両端にミラーを取り付け、ファイバ全体をファブリ・ペロー共振器とする。ファイバの途中にはピエゾ素子を取り付け、共振器長（ファイバ長）を調節可能とする。共振器長に対する透過光強度変化を測定することで、ビート長を求めることができる。このときのビート長Ｌ_Bは、モード間の伝搬定数差Δβを用いて、

で与えられる。 In addition, there is a method for obtaining the propagation constant difference by measuring the beat length caused by the propagation constant difference between the propagation modes using a Fabry-Perot resonator (see, for example, Non-Patent Document 2). In this method, mirrors are attached to both ends of the fiber to be measured, and the entire fiber is a Fabry-Perot resonator. A piezo element is attached in the middle of the fiber so that the resonator length (fiber length) can be adjusted. The beat length can be obtained by measuring the change in transmitted light intensity with respect to the resonator length. The beat length L _{B at} this time is obtained by using the propagation constant difference Δβ between modes,

Given in.

式(2)より、ビート長の測定から伝搬定数差を求めることが可能となる。ただし、このとき求められる伝搬定数差は被測定ファイバ全体における値であり、ファイバ中の各位置における値を知ることは不可能である。 From equation (2), the propagation constant difference can be obtained from the beat length measurement. However, the propagation constant difference obtained at this time is a value for the entire fiber to be measured, and it is impossible to know the value at each position in the fiber.

W. V. Sorin, B. Y. Kim, and H. J. Shaw, “Phase-velocity measurements using prism output coupling for single- and few-mode optical fibers,” OPTICS LETTERS, Vol. 11, No. 2, pp. 106 −108, 1986.W. V. Sorin, B. Y. Kim, and H. J. Shaw, “Phase-velocity measurements using prism output coupling for single- and few-mode optical fibers,” OPTICS LETTERS, Vol. 11, No. 2, pp. 106 −108, 1986. M. Vaziri and C. Chen, “Intermodal beat length measurement with Fabry-Perot optical fiber cavities,” APPLIED OPTICS, Vol. 36, No. 15, pp. 3439−3443, 1997.M. Vaziri and C. Chen, “Intermodal beat length measurement with Fabry-Perot optical fiber cavities,” APPLIED OPTICS, Vol. 36, No. 15, pp. 3439-3443, 1997.

ところが、非特許文献１の手法では、光ファイバコアに閉じ込められた光を漏えいさせるために、光ファイバを数μｍ単位の精度で削る必要がある。測定箇所を変更することで、ファイバの長手方向に対する伝搬定数を測定できるが、作業に多大な手間と時間を要し容易には行えない。一方、非特許文献２の手法では、光ファイバの両端での測定となるため、光ファイバの長手方向における伝搬定数の分布を測定することはできない。 However, in the method of Non-Patent Document 1, it is necessary to cut the optical fiber with an accuracy of several μm in order to leak the light confined in the optical fiber core. By changing the measurement location, the propagation constant in the longitudinal direction of the fiber can be measured, but the work requires a lot of labor and time and cannot be easily performed. On the other hand, according to the method of Non-Patent Document 2, since the measurement is performed at both ends of the optical fiber, the distribution of the propagation constant in the longitudinal direction of the optical fiber cannot be measured.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、光ファイバを非破壊のままで、任意の伝搬モードについて光ファイバの長手方向の任意の位置における伝搬定数を測定できるようにした光ファイバの伝搬定数測定装置及び方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to the above circumstances, and the object of the present invention is to measure the propagation constant at any position in the longitudinal direction of the optical fiber in any propagation mode while keeping the optical fiber non-destructive. An object of the present invention is to provide an optical fiber propagation constant measuring apparatus and method.

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点は、先ずレーザ光をもとに測定光を生成し、この生成された測定光の伝搬モードを基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射する。次に、前記測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光を、その伝搬モードを基本モードに変換したのち前記レーザ光と合波し、この合波された光を受光部で受光する。そして、この受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出し、この抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める。そして、当該求められた各ブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求めるようにしたものである。 In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, first, measurement light is generated based on laser light, and a propagation mode of the generated measurement light is converted from a basic mode to an arbitrary propagation mode. It enters the optical fiber to be measured. Next, the backward Brillouin scattered light generated in the optical fiber to be measured by the incidence of the measurement light is converted into a fundamental mode and then combined with the laser light, and the combined light is received. Receives light at the part. Then, from the light reception signal output from the light receiving unit, time domain signals corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured are respectively extracted, and the extracted time domain signals are respectively obtained. Frequency analysis is performed to obtain Brillouin frequency shifts at the plurality of measurement target positions. Then, propagation constants at the plurality of measurement target positions are obtained based on the obtained Brillouin frequency shifts.

この発明の第２の観点は、先ずレーザ光をもとに第１の測定光を生成し、この生成された第１の測定光の伝搬モードを基本モードから第１の伝搬モードに変換したのち、被測定光ファイバに入射する。またそれと同時に、前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で可変した第２の測定光を生成し、この生成された第２の測定光を、その伝搬モードを基本モードから前記第１の伝搬モードに変換した後、前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する。次に、前記被測定光ファイバ内において前記第１及び第２の測定光の衝突により増幅された第２の測定光を、その伝搬モードを基本モードに変換したのち受光部で受光し、その受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する。そして、前記時間領域毎に、上記抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める。そして、この求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求めるようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, first measurement light is first generated based on laser light, and the propagation mode of the generated first measurement light is converted from the basic mode to the first propagation mode. , Enters the optical fiber to be measured. At the same time, second measurement light whose frequency is varied within a predetermined range is generated based on the laser light, and the generated second measurement light is transmitted from the basic mode to the first mode. Then, the light is incident on the optical fiber to be measured in the direction opposite to that of the first measurement light. Next, the second measurement light amplified by the collision of the first and second measurement lights in the measured optical fiber is received by the light receiving unit after the propagation mode is converted into the fundamental mode, and the light reception is received. Time domain signals corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured are extracted from the signals. Then, by analyzing the gain of the extracted signal for each time domain, the frequency of the second measurement light when the gain becomes maximum in the same time domain is specified, and the specified Based on the difference between the frequency of the second measurement light and the frequency of the first measurement light, the Brillouin frequency shift in the time domain is obtained. Then, based on the obtained Brillouin frequency shift for each time domain, propagation constants at the plurality of measurement target positions are obtained.

上記第１及び第２の観点において、前記伝搬定数を求める際に、ν_BXを伝搬モードＬＰ_Xにおけるブリルアン周波数シフト、ｖ_Aを音速、πを定数とするとき、伝搬定数β_Xを

によって算出する。 In the first and second aspects, when the propagation constant is obtained, when ν _BX is the Brillouin frequency shift in the propagation mode LP _X , v _A is the speed of sound, and π is a constant, the propagation constant β _X is

Calculated by

この発明の第１及び第２の観点によれば、被測定光ファイバを削って光漏洩部を設ける必要がなく非破壊で伝搬定数を測定することが可能となる。また、被測定光ファイバ中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバの長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバの長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。 According to the first and second aspects of the present invention, it is not necessary to cut the optical fiber to be measured to provide a light leakage portion, and it is possible to measure the propagation constant without destruction. Further, the round trip time of light varies depending on the Brillouin scattering point position in the optical fiber to be measured, and the time axis of the scattered light signal corresponds to the distance in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured. The propagation constant distribution in the longitudinal direction can be measured efficiently.

すなわちこの発明によれば、光ファイバを非破壊のままで、任意の伝搬モードのときの光ファイバの長手方向の任意の位置における伝搬定数を測定できるようにした光ファイバの伝搬定数測定装置及び方法を提供することができる。 That is, according to the present invention, an optical fiber propagation constant measuring apparatus and method that can measure a propagation constant at an arbitrary position in the longitudinal direction of the optical fiber in an arbitrary propagation mode while keeping the optical fiber non-destructive. Can be provided.

この発明の概要を説明するためのブリルアン散乱光のベクトル図。The vector diagram of the Brillouin scattered light for demonstrating the outline | summary of this invention. この発明の概要を説明するための伝搬モード別のブリルアン散乱光のスペクトル特性を示す図。The figure which shows the spectral characteristic of the Brillouin scattered light according to propagation mode for demonstrating the outline | summary of this invention. この発明の第１の実施形態に係る伝搬定数測定装置の機能構成を示すブロック図。The block diagram which shows the function structure of the propagation constant measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図３に示した伝搬定数測定装置の動作説明に用いるもので、（ａ）はローカル光と散乱光のスペクトルを示す図、（ｂ）はローカル光と散乱光の合波により得られるビート信号を示す図、（ｃ）はビート信号を周波数解析して得られるスペクトルを示す図。3A is used to explain the operation of the propagation constant measuring apparatus shown in FIG. 3. FIG. 3A shows a spectrum of local light and scattered light, and FIG. 3B shows a beat signal obtained by combining local light and scattered light. The figure shown, (c) is a figure which shows the spectrum obtained by frequency-analyzing a beat signal. この発明の第２の実施形態に係る伝搬定数測定装置の機能構成を示すブロック。The block which shows the function structure of the propagation constant measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図５に示した装置の動作説明に使用するもので、（ａ）は受信されたストークス光強度信号の波形の一例を示す図、（ｂ）はストークス光強度信号の利得解析結果からBFSを求める動作を説明するための図。FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a waveform of a received Stokes light intensity signal, and FIG. 5B is a diagram illustrating a BFS obtained from a gain analysis result of the Stokes light intensity signal. The figure for demonstrating operation | movement.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
［概要］
この発明では、光ファイバ中におけるブリルアン散乱を利用して伝搬定数を求める。周波数ν、波数ベクトルkの光（ν，ｋ）が、音響波（ν_A，ｋ_A）によって散乱されるとき、散乱光（ν′，ｋ′）について、エネルギー保存則及び運動量保存則より、
ν−ν′＝ν_A …(3)
ｋ−ｋ′＝ｋ_A …(4)
の関係が成り立つ。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Overview]
In the present invention, the propagation constant is obtained using Brillouin scattering in the optical fiber. When light (ν, k) having a frequency ν and a wave vector k is scattered by an acoustic wave (ν _A , k _A ), the scattered light (ν ′, k ′) is determined from the energy conservation law and the momentum conservation law.
ν−ν ′ = ν _A (3)
k−k ′ = k _A (4)
The relationship holds.

式(3)より、散乱光は入射光に対してν_B＝ν_Aだけ周波数シフトすることがわかる。この周波数シフトν_Bをブリルアン周波数シフト（BFS）と呼ぶ。波数に関して、｜ｋ｜≒｜ｋ′｜とみなせるから、｜ｋ_A｜は散乱角θを用いて、
｜ｋ_A｜＝２｜ｋ｜sinθ／２ …(5)
のように記述できる。 From equation (3), it can be seen that the scattered light is frequency shifted by ν _B = ν _{A with} respect to the incident light. This frequency shift ν _B is called Brillouin frequency shift (BFS). With respect to the wave number, | k | ≈ | k ′ | can be regarded as | k _A | using the scattering angle θ,
| K _A | = 2 | k | sin θ / 2 (5)
Can be described as follows.

また、音響波の分散関係ν_A＝｜ｋ_A｜ｖ_A／２π（ν_Aは音速）より、周波数シフトν_Bは、

のように表される。 From the acoustic wave dispersion relationship ν _A = | k _A | v _A / 2π (where ν _A is the speed of sound), the frequency shift ν _B is

It is expressed as

光ファイバ中における光の伝搬方向とその逆方向のみを考慮すると、｜ｋ｜は伝搬定数βに置き換えられ、θはθ＝０，πとなる。θ＝０のときν_B＝０となることから、本発明では入射方向に対して後方に散乱する光（θ＝π）についてBFSを測定する。後方散乱光について、BFSと伝搬定数の関係は、

のように表される。 Considering only the propagation direction of light in the optical fiber and the opposite direction, | k | is replaced with a propagation constant β, and θ becomes θ = 0, π. Since ν _B = 0 when θ = 0, in the present invention, BFS is measured for light (θ = π) scattered backward with respect to the incident direction. For backscattered light, the relationship between BFS and propagation constant is

It is expressed as

伝搬定数βは伝搬モードによって異なる値を持つため、BFSも光ファイバに入射する光の伝搬モードに応じて異なる値をとる（図２）。光ファイバ中の伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xの伝搬定数をそれぞれβ₀₁、β₁₁、・・・、β_Xとすると、β_Xは各モードのBFSν_BXから、

によって求められる。 Since the propagation constant β has a different value depending on the propagation mode, the BFS also takes a different value according to the propagation mode of light incident on the optical fiber (FIG. 2). _If the propagation constants of propagation modes LP ₀₁ , LP ₁₁ ,..., LP _{X in} the optical fiber are β ₀₁ , β ₁₁ ,..., Β _X , then β _X is determined from BFSν _BX of each mode,

Sought by.

光ファイバ中においてν_A≒５０００m/s、πは定数であるから、各伝搬モードに関してBFSを測定し、それぞれのBFSの値を用いて式(8)により計算することで、各モードの伝搬定数が求められる。 In the optical fiber, ν _A ≈5000 m / s, and π is a constant. Therefore, the BFS is measured for each propagation mode, and the propagation constant of each mode is calculated by using the value of each BFS according to Equation (8). Is required.

［第１の実施形態］
この発明の第１の実施形態は、ブリルアン時間領域反射測定法（BOTDR）を用いて被測定光ファイバの長手方向における伝搬モード毎の伝搬定数を求めるものである。この測定法では、被測定光ファイバ中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバの長手方向の距離に対応することに着目し、被測定光ファイバ中を後方に伝搬したブリルアン散乱光の時間波形に対し、任意の複数の位置の時間領域についてそれぞれ周波数解析することでブリルアン周波数シフト（BFS）を求め、得られたBFSをもとに伝搬定数を計算する。 [First Embodiment]
In the first embodiment of the present invention, the propagation constant for each propagation mode in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured is obtained using the Brillouin time domain reflectometry (BOTDR). In this measurement method, paying attention to the fact that the round-trip time of light differs depending on the Brillouin scattering point position in the optical fiber to be measured, and that the time axis of the scattered light signal corresponds to the distance in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured. Brillouin frequency shift (BFS) is obtained by analyzing the frequency of the time domain of multiple arbitrary positions for the time waveform of Brillouin scattered light propagating backward in the fiber, and the propagation constant based on the obtained BFS Calculate

（構成）
図３は、この発明の第１の実施形態に係る伝搬定数測定装置の構成を示すブロック図である。
同図において、レーザ光源１１は連続光を出射し、出射された連続光は分岐素子１２によって二分岐される。二分岐された連続光のうち、一方はパルス生成器１３によってパルス光に変調されてポンプパルス光Ａ１となり、他方は検出の際にブリルアン散乱光Ａ３と干渉させるためのローカル光Ａ２となる。 (Constitution)
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the propagation constant measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
In the figure, a laser light source 11 emits continuous light, and the emitted continuous light is bifurcated by a branch element 12. Of the bifurcated continuous light, one is modulated into pulsed light by the pulse generator 13 to become pump pulsed light A1, and the other becomes local light A2 for interference with Brillouin scattered light A3 at the time of detection.

パルス生成器１３によってパルス変調されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４によってモード変換・選択スイッチ１５に送られる。モード変換・選択スイッチ１５は、入射されたポンプパルス光Ａ１の伝搬モードを、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたポンプパルス光Ａ１は被測定光ファイバ１６に入射され、当該被測定光ファイバ１６上でブリルアン散乱を生じさせる。ここで被測定光ファイバ１６は、入射するポンプパルス光Ａ１の中心波長において複数の伝搬モードの光信号を伝搬可能なものである。 The pump pulse light A1 pulse-modulated by the pulse generator 13 is sent to the mode conversion / selection switch 15 by the optical circulator 14. The mode conversion / selection switch 15 converts the propagation mode of the incident pump pulse light A1 from the basic mode to an arbitrary propagation mode set in advance by a main control unit (not shown). The pump pulse light A1 converted into an arbitrary mode is incident on the measured optical fiber 16 and causes Brillouin scattering on the measured optical fiber 16. Here, the optical fiber 16 to be measured is capable of propagating optical signals in a plurality of propagation modes at the center wavelength of the incident pump pulse light A1.

被測定光ファイバ１６で生じたブリルアン散乱光Ａ３は、ポンプパルス光Ａ１の入射方向に対して後方に伝搬する。ブリルアン散乱光Ａ３はモード変換・選択スイッチ１５によって基本モードに変換され、光サーキュレータ１４によって合分岐素子１７に送られる。合分岐素子１７は、ブリルアン散乱光Ａ３とローカル光Ａ２とを合波し、二分岐させる。合分岐素子１７で二分岐された光信号は、光受信器１８で電気信号に変換される。 The Brillouin scattered light A3 generated in the measured optical fiber 16 propagates backward with respect to the incident direction of the pump pulse light A1. The Brillouin scattered light A3 is converted to the fundamental mode by the mode conversion / selection switch 15 and sent to the coupling / branching element 17 by the optical circulator 14. The coupling / branching element 17 multiplexes the Brillouin scattered light A3 and the local light A2 into two branches. The optical signal branched into two by the coupling / branching element 17 is converted into an electrical signal by the optical receiver 18.

Ａ／Ｄ変換器１９は上記観測されたビート信号を標本化し、デジタルデータとする。データ抽出部２０は、上記デジタルデータ化されたビート信号から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域を切り出す。 The A / D converter 19 samples the observed beat signal into digital data. The data extraction unit 20 cuts out a time region corresponding to an arbitrary position in the longitudinal direction in the measured optical fiber 16 from the beat signal converted into digital data.

周波数解析部２１は、上記切り出されたビート信号の時間領域データに対し周波数解析を行い、上記任意の位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）を求める。伝搬定数解析部２２は、上記周波数解析部２１により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数βを計算する。 The frequency analysis unit 21 performs frequency analysis on the time domain data of the extracted beat signal to obtain a Brillouin frequency shift (BFS) at the arbitrary position. The propagation constant analysis unit 22 calculates the propagation constant β at the position in the optical fiber 16 to be measured based on the BFS obtained by the frequency analysis unit 21 and using the equation (8) described above. .

（動作）
次に、以上のように構成された伝搬定数測定装置を用いた伝搬定数測定方法を説明する。
図示しない測定開始スイッチが操作されると、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し先ず伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xのうちの１つＬＰ₀₁が設定される。この状態で、パルス生成器１３から出力されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４を介してモード変換・選択スイッチ１５に送られる。基本伝搬モードＬＰ₀₁について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ポンプパルス光を基本モードのまま透過させる。その後、上記ポンプパルス光は被測定光ファイバ１６に入射される。 (Operation)
Next, a propagation constant measuring method using the propagation constant measuring apparatus configured as described above will be described.
If not shown measurement start switch is operated, the measurement control unit first propagation mode to mode conversion, the selection switch 15 (not _{_{shown) LP 01, LP 11, ···}} , one of the LP _X LP ₀₁ Is set. In this state, the pump pulse light A1 output from the pulse generator 13 is sent to the mode conversion / selection switch 15 via the optical circulator 14. When measuring the propagation constant for the fundamental propagation mode LP ₀₁ , the mode conversion / selection switch transmits the pump pulse light in the fundamental mode. Thereafter, the pump pulse light is incident on the optical fiber 16 to be measured.

被測定光ファイバ１６に上記ポンプパルス光Ａ１が入射されると、被測定光ファイバ１６中ではその長さ方向の各部位においてブリルアン散乱が発生する。そして、当該ブリルアン散乱がブリルアン散乱光Ａ３として被測定光ファイバ１６の後方へ伝搬され、モード変換・選択スイッチ１５により伝搬モードが基本モードに変換された後、光サーキュレータ１４を介して合分岐素子１７に導かれる。合分岐素子１７では、上記ブリルアン散乱光Ａ３がローカル光Ａ２と合波されたのち二分岐され、光受信器１８で受光される。このとき、ブリルアン散乱光Ａ３とローカル光Ａ２とは、中心周波数が図４（ａ）に示すようにν_Bだけ異なる。このため、光受信器１８では上記周波数差ν_Bを中心周波数とするビート信号が観測される。 When the pump pulse light A1 is incident on the optical fiber 16 to be measured, Brillouin scattering occurs in each part in the length direction of the optical fiber 16 to be measured. Then, the Brillouin scattering is propagated as Brillouin scattered light A3 to the rear of the optical fiber 16 to be measured, and after the propagation mode is converted to the fundamental mode by the mode conversion / selection switch 15, the branching element 17 is passed through the optical circulator 14. Led to. In the combining / branching element 17, the Brillouin scattered light A <b> 3 is combined with the local light A <b> 2 and then branched into two, and is received by the optical receiver 18. At this time, the Brillouin scattered light A3 and the local light A2 have different center frequencies by ν _B as shown in FIG. For this reason, a beat signal having the frequency difference ν _B as the center frequency is observed in the optical receiver 18.

上記光受信器１８により得られたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器１９によりデジタルデータに変換されたのちデータ抽出部２０に入力される。データ抽出部２０では、上記デジタル化ビート信号から、被測定光ファイバ１６の長手方向の任意の位置に対応する時間領域が抽出される。例えば、図４（ｂ）に示す時間領域（１）が抽出される。この抽出された時間領域（１）のデジタル化ビート信号は周波数解析部２１により周波数が解析されて、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が求められる。そして伝搬定数解析部２２において、上記求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて伝搬定数βが計算される。 The beat signal obtained by the optical receiver 18 is converted into digital data by the A / D converter 19 and then input to the data extraction unit 20. The data extraction unit 20 extracts a time region corresponding to an arbitrary position in the longitudinal direction of the measured optical fiber 16 from the digitized beat signal. For example, the time region (1) shown in FIG. 4B is extracted. The frequency of the extracted digitized beat signal in the time domain (1) is analyzed by the frequency analysis unit 21, and the Brillouin frequency shift (BFS) at the above position is obtained. Then, the propagation constant analysis unit 22 calculates the propagation constant β using the above-described equation (8) based on the obtained BFS.

かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（１）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ₀₁ の伝搬定数β₀₁が求められる。この計算された伝搬定数β₀₁は、上記伝搬モードＬＰ₀₁ を表す情報と、上記位置を表す情報と関連付けられて、図示しない記憶部に記憶される。 Thus, the propagation constant β _{01 of the} set propagation mode LP ₀₁ at the position corresponding to the time region (1) in the measured optical fiber 16 is obtained. The calculated propagation constant β ₀₁ is stored in a storage unit (not shown) in association with information indicating the propagation mode LP ₀₁ and information indicating the position.

またデータ抽出部２０では、続いて被測定光ファイバ１６の長手方向の他の位置に対応する時間領域、例えば図４（ｂ）に示す時間領域（２）が抽出される。そして、この抽出された時間領域（２）のデジタル化ビート信号から、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が算出され、この算出されたBFSをもとに伝搬定数βが計算される。 In the data extraction unit 20, a time region corresponding to another position in the longitudinal direction of the optical fiber 16 to be measured, for example, a time region (2) shown in FIG. Then, a Brillouin frequency shift (BFS) at the position is calculated from the extracted digitized beat signal in the time domain (2), and a propagation constant β is calculated based on the calculated BFS.

かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（２）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ₀₁ の伝搬定数β₀₁が求められる。この計算された伝搬定数β₀₁は、上記伝搬モードＬＰ₀₁ を表す情報と、上記位置を表す情報と関連付けられて、図示しない記憶部に記憶される。 Thus, the propagation constant β _{01 of the} set propagation mode LP ₀₁ at the position corresponding to the time region (2) in the measured optical fiber 16 is obtained. The calculated propagation constant β ₀₁ is stored in a storage unit (not shown) in association with information indicating the propagation mode LP ₀₁ and information indicating the position.

同様に、被測定光ファイバ１６の長手方向の別の位置に対応する時間領域、例えば図４（ｂ）に示す時間領域（３）が抽出される。そして、この抽出された時間領域（３）のデジタル化ビート信号から、上記位置におけるブリルアン周波数シフト（BFS）が求められ、この求められたBFSをもとに伝搬定数β₀₁が計算される。 Similarly, a time region corresponding to another position in the longitudinal direction of the measured optical fiber 16, for example, a time region (3) shown in FIG. 4B is extracted. Then, the Brillouin frequency shift (BFS) at the position is obtained from the extracted digitized beat signal in the time domain (3), and the propagation constant β ₀₁ is calculated based on the obtained BFS.

かくして、被測定光ファイバ１６中の上記時間領域（３）に対応する位置における、上記設定した伝搬モードＬＰ₀₁ の伝搬定数β₀₁が求められる。この計算された伝搬定数β₀₁は、上記伝搬モードＬＰ₀₁を表す情報と上記位置を表す情報に関連付けられて図示しない記憶部に記憶される。 Thus, the propagation constant β _{01 of the} set propagation mode LP ₀₁ at the position corresponding to the time region (3) in the measured optical fiber 16 is obtained. The calculated propagation constant β ₀₁ is stored in a storage unit (not shown) in association with information representing the propagation mode LP ₀₁ and information representing the position.

図４（ｃ）は、以上述べた各時間領域（１）、（２）及び（３）において得られたデジタル化ビート信号の周波数・時間特性を示すものである。 FIG. 4C shows the frequency / time characteristics of the digitized beat signals obtained in the time regions (1), (2) and (3) described above.

そうして伝搬モードＬＰ₀₁ における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定が終了すると、次に測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xのうちの他の１つＬＰ₁₁が設定される。そしてこの状態で、先に述べた伝搬モードＬＰ₀₁における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定動作と同じ手順により、被測定ファイバ１６の長手方向の異なる複数の位置における伝搬定数がそれぞれ計算される。かくして、伝搬モードＬＰ₁₁における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布の測定がなされる。 Then the measurement of the longitudinal propagation constant distribution of the measured optical fiber 16 in the propagation mode LP ₀₁ is completed, the measurement control unit propagation to mode conversion, the selection switch 15 (not shown) mode LP _01, Another LP ₁₁ among LP ₁₁ ,..., LP _X is set. In this state, the propagation constants at a plurality of different positions in the longitudinal direction of the measured fiber 16 are obtained by the same procedure as the measurement operation of the propagation constant distribution in the longitudinal direction of the measured optical fiber 16 in the propagation mode LP ₀₁ described above. Each is calculated. Thus, measurement of the longitudinal direction of the propagation constant distribution of the measured optical fiber 16 is made in the propagation mode LP _11.

以後同様に、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５に対し未測定の伝搬モードが順次設定され、この未測定の伝搬モードが１つ設定される毎に、被測定ファイバ１６の長手方向の異なる複数の位置における伝搬定数がそれぞれ計算される。かくして、測定対象の全ての伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xにおける、被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数β₀₁、β₁₁、・・・、β_Xの分布の測定が行われる。以上の伝搬定数分布の測定結果は図示しない記憶部に保存された後、読み出されて例えば保守用端末へ送信される。 Thereafter, similarly, an unmeasured propagation mode is sequentially set from the measurement control unit (not shown) to the mode conversion / selection switch 15, and each time one unmeasured propagation mode is set, the measured fiber 16 The propagation constants at different positions in the longitudinal direction are respectively calculated. Thus, all propagation modes LP _01, LP ₁₁ to be measured, ..., in LP _X, the longitudinal direction of the propagation constant beta ₀₁ of the optical fiber under test 16, beta _11, ..., measurement of the distribution of beta _X Is done. The measurement results of the above propagation constant distribution are stored in a storage unit (not shown), read out, and transmitted to, for example, a maintenance terminal.

（効果）
以上詳述したように第１の実施形態では、ブリルアン時間領域反射測定法（BOTDR）を用い、被測定光ファイバ中を後方に伝搬したブリルアン散乱光Ａ３の時間波形に対し、被測定光ファイバ１６の任意の異なる位置の時間領域についてそれぞれ周波数解析することでブリルアン周波数シフト（BFS）を求め、得られたBFSをもとに伝搬定数を得る処理を、モード変換・選択スイッチ１５によりポンプパルス光の伝搬モードを変更しながら繰り返し行うようにしている。 (effect)
As described above in detail, in the first embodiment, the measured optical fiber 16 is measured with respect to the time waveform of the Brillouin scattered light A3 propagated backward in the measured optical fiber using the Brillouin time domain reflection measurement method (BOTDR). The Brillouin frequency shift (BFS) is obtained by analyzing the frequency for each of the time regions at different positions of the signal, and the process of obtaining the propagation constant based on the obtained BFS is performed by the mode conversion / selection switch 15 using the pump pulse light. Repeatedly changing the propagation mode.

したがって、第１の実施形態によれば、被測定光ファイバ１６を削って光漏洩部を設ける必要がなくなるので非破壊で伝搬定数を測定することができる。また、被測定光ファイバ１６中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、散乱光信号の時間軸が被測定光ファイバ１６の長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバ１６の長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。 Therefore, according to the first embodiment, it is not necessary to scrape the optical fiber 16 to be measured and provide a light leakage portion, so that the propagation constant can be measured without destruction. Further, the round trip time of the light varies depending on the Brillouin scattering point position in the optical fiber 16 to be measured, and the light to be measured is utilized by utilizing the time axis of the scattered light signal corresponding to the longitudinal distance of the optical fiber 16 to be measured. The propagation constant distribution in the longitudinal direction of the fiber 16 can be measured efficiently.

［第２の実施形態］
この発明の第２の実施形態は、ブリルアン時間領域利得解析法（BOTDA）を用いて被測定光ファイバの長手方向における伝搬モード毎の伝搬定数を求めるものである。この測定法は、被測定光ファイバの両端からポンプパルス光とストークス光を入射し、ポンプパルス光の周波数ν_pとストークス光の周波数ν_sとの周波数差ν_p−νsがブリルアン周波数シフト（BFS）と一致する場合に、透過するストークス光強度（利得）が最大となる現象を利用してBFSを測定する手法である。
そのため、BOTDAではストークス光の周波数ν_sを変化させて様々なν_sの場合についてストークス光強度を測定する。測定されるストークス光強度の時間軸は、被測定ファイバの長手方向の距離に対応するため、ストークス光強度から被測定光ファイバの任意の位置に対応する時間領域を抽出し、この抽出された時間領域のストークス光強度の利得を解析して利得が最大となるときの周波数ν_sを特定し、このときの周波数差νp−νsから上記任意の位置におけるBFSを求めて、このBFSをもとに伝搬定数を計算する。 [Second Embodiment]
In the second embodiment of the present invention, the propagation constant for each propagation mode in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured is obtained using the Brillouin time domain gain analysis method (BOTDA). In this measurement method, pump pulse light and Stokes light are incident from both ends of the optical fiber to be measured, and the frequency difference ν _p −νs between the frequency ν _p of the pump pulse light and the frequency ν _{s of the} Stokes light is shifted to the Brillouin frequency (BFS ), The BFS is measured using a phenomenon in which the transmitted Stokes light intensity (gain) is maximized.
Therefore, to measure the Stokes light intensity for the case by changing the frequency [nu _s of the Stokes the BOTDA light of various [nu _s. Since the time axis of the measured Stokes light intensity corresponds to the distance in the longitudinal direction of the measured fiber, a time region corresponding to an arbitrary position of the measured optical fiber is extracted from the Stokes light intensity, and this extracted time Analyzing the gain of the Stokes light intensity in the region to identify the frequency ν _s when the gain is maximum, obtaining the BFS at the above arbitrary position from the frequency difference νp−νs at this time, based on this BFS Calculate the propagation constant.

（構成）
図５は、この発明の第２の実施形態に係る伝搬定数測定装置の構成を示すブロック図である。なお、同図において前記図３と同一部分には同一符号を付して説明を行う。 (Constitution)
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a propagation constant measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG.

図５において、レーザ光源１１は周波数ν_pの連続光を出射し、出射された連続光は分岐素子１２によって二分岐される。二分岐された連続光のうち、一方はパルス生成器１３によってパルス光に変調されてポンプパルス光Ａ１となり、他方は被測定光ファイバ１６中においてブリルアン散乱光を増幅させるためのストークス光Ａ４となる。 In FIG. 5, the laser light source 11 emits continuous light having a frequency ν _p , and the emitted continuous light is bifurcated by the branch element 12. Of the bifurcated continuous light, one is modulated into pulse light by the pulse generator 13 to become pump pulse light A1, and the other is Stokes light A4 for amplifying Brillouin scattered light in the measured optical fiber 16. .

パルス生成器１３によってパルス変調されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４によってモード変換・選択スイッチ１５に送られる。モード変換・選択スイッチ１５は、入射されたポンプパルス光Ａ１の伝搬モードを、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたポンプパルス光Ａ１は被測定光ファイバ１６に対しその一端から入射される。 The pump pulse light A1 pulse-modulated by the pulse generator 13 is sent to the mode conversion / selection switch 15 by the optical circulator 14. The mode conversion / selection switch 15 converts the propagation mode of the incident pump pulse light A1 from the basic mode to an arbitrary propagation mode set in advance by a main control unit (not shown). The pump pulse light A1 converted into an arbitrary mode is incident on the measured optical fiber 16 from one end thereof.

一方、ストークス光Ａ４は、周波数変換器３１により周波数ν_sに変換された後、モード変換・選択スイッチ３２に入射される。周波数変換器３１は、図示しない主制御部からの制御信号に応じて、ストークス光Ａ４の周波数ν_sを離散的に様々な値に変換する。モード変換・選択スイッチ３２は、上記モード変換・選択スイッチ１５と同期して、上記ストークス光Ａ４を、基本モードから、図示しない主制御部により事前に設定された任意の伝搬モードに変換する。任意のモードに変換されたストークス光Ａ４は、被測定光ファイバ１６に対しその他端から上記ポンプパルス光Ａ１とは逆方向に入射される。 On the other hand, the Stokes light A4 is converted into the frequency ν _s by the frequency converter 31 and then incident on the mode conversion / selection switch 32. The frequency converter 31 discretely converts the frequency ν _s of the Stokes light A4 into various values in accordance with a control signal from a main control unit (not shown). The mode conversion / selection switch 32 converts the Stokes light A4 from the basic mode to an arbitrary propagation mode set in advance by a main control unit (not shown) in synchronization with the mode conversion / selection switch 15. The Stokes light A4 converted into an arbitrary mode is incident on the measured optical fiber 16 from the other end in the direction opposite to the pump pulse light A1.

被測定光ファイバ１６中では、上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突によるブリルアン増幅過程を通じてストークス光が増幅され、その利得は周波数の差ν_p−ν_sが散乱点におけるブリルアン周波数シフト（BFS）と一致する場合において最大となる。ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突により増幅されたストークス光Ａ５は、モード変換・選択スイッチ１５により基本モードに変換されたのち、光サーキュレータ１４を介して光受信器３３で受光される。 In the optical fiber 16 to be measured, the Stokes light is amplified through the Brillouin amplification process caused by the collision between the pump pulse light A1 and the Stokes light A4, and the gain of the frequency difference ν _p −ν _s is shifted by the Brillouin frequency shift at the scattering point ( BFS) is the maximum. The Stokes light A5 amplified by the collision between the pump pulse light A1 and the Stokes light A4 is converted into the basic mode by the mode conversion / selection switch 15, and then received by the optical receiver 33 via the optical circulator 14.

光受信器３３は、上記増幅されたストークス光Ａ５の強度を電気信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３４は上記ブリルアン散乱光を標本化してデジタルデータに変換する。 The optical receiver 33 converts the intensity of the amplified Stokes light A5 into an electric signal. The A / D converter 34 samples the Brillouin scattered light and converts it into digital data.

データ抽出部３５は、上記デジタルデータ化された、増幅されたストークス光Ａ５の強度から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域を抽出し、図示しない記憶部に保存しておく。上記の測定を、周波数変換器３１によりストークス光Ａ４の周波数ν_sを変化させ、様々なν_sの値の場合について行う。それぞれのν_sの場合の増幅されたストークス光Ａ５の強度について、上記データ抽出部で上記被測定光ファイバ中の長手方向の同じ位置に対応する時間領域を抽出し、上記記憶部に保存しておく。 The data extraction unit 35 extracts a time region corresponding to an arbitrary position in the longitudinal direction in the measured optical fiber 16 from the intensity of the amplified Stokes light A5 converted into the digital data, and stores it in a storage unit (not shown). Save it. The above measurements, changing the frequency [nu _s of the Stokes beam A4 by the frequency converter 31 is performed for the case of various values of [nu _s. For the intensity of the amplified Stokes light A5 in the case of each ν _s, the data extraction unit extracts a time region corresponding to the same position in the longitudinal direction in the measured optical fiber and stores it in the storage unit. deep.

利得解析部３６は、上記記憶部に保存しておいた、上記抽出された時間領域のストークス光強度に対し利得解析を行う。そして、ストークス光Ａ４の周波数ν_sを様々な値に変化させることでそれぞれ得られる増幅されたストークス光Ａ５の強度について、利得が最大となるときの周波数差ν_p−ν_sの値を特定し、その値を上記任意の位置におけるBFSとする。伝搬定数解析部３７は、上記利得解析部３６により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数βを計算する。 The gain analysis unit 36 performs gain analysis on the extracted time-domain Stokes light intensity stored in the storage unit. Then, for the intensity of the amplified Stokes light A5 obtained by changing the frequency ν _s of the Stokes light A4 to various values, the value of the frequency difference ν _p −ν _s when the gain becomes maximum is specified. The value is defined as BFS at the above arbitrary position. The propagation constant analysis unit 37 calculates the propagation constant β at the position in the optical fiber 16 to be measured based on the BFS obtained by the gain analysis unit 36 using the above-described equation (8). .

（動作）
次に、以上のように構成された伝搬定数測定装置を用いた伝搬定数測定方法を説明する。
図示しない測定開始スイッチが操作されると、測定制御部（図示せず）からモード変換・選択スイッチ１５，３２に対し先ず伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xのうちの１つＬＰ₀₁が設定される。この状態で、パルス生成器１３から出力されたポンプパルス光Ａ１は、光サーキュレータ１４を介してモード変換・選択スイッチ１５に入射される。基本伝搬モードＬＰ₀₁について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ポンプパルス光を基本モードのまま透過する。その後、上記ポンプパルス光は被測定光ファイバ１６に入射される。 (Operation)
Next, a propagation constant measuring method using the propagation constant measuring apparatus configured as described above will be described.
When a measurement start switch (not shown) is operated, one of propagation modes LP ₀₁ , LP ₁₁ ,..., LP _X is first sent from the measurement control unit (not shown) to the mode conversion / selection switches 15 and 32. LP ₀₁ is set. In this state, the pump pulse light A1 output from the pulse generator 13 is incident on the mode conversion / selection switch 15 via the optical circulator 14. When measuring the propagation constant for the fundamental propagation mode LP ₀₁ , the mode conversion / selection switch transmits the pump pulse light in the fundamental mode. Thereafter, the pump pulse light is incident on the optical fiber 16 to be measured.

一方、ストークス光Ａ４は、周波数変換器３１により周波数ν_sが離散的に様々な値に変換された後、モード変換・選択スイッチ３２に入射される。基本伝搬モードＬＰ₀₁について伝搬定数を測定する場合、上記モード変換・選択スイッチは上記ストークス光を基本モードのまま透過する。その後、上記ストークス光は被測定光ファイバ１６に対しその他端から上記ポンプパルス光Ａ１とは逆方向に入射される。 On the other hand, the Stokes light A4 is incident on the mode conversion / selection switch 32 after the frequency ν _s is discretely converted into various values by the frequency converter 31. When measuring the propagation constant for the fundamental propagation mode LP ₀₁ , the mode conversion / selection switch transmits the Stokes light in the fundamental mode. Thereafter, the Stokes light is incident on the optical fiber 16 to be measured from the other end in the direction opposite to the pump pulse light A1.

被測定光ファイバ１６中では、上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４との衝突によりストークス光強度が増幅される。そして、この増幅されたストークス光Ａ５は、モード変換・選択スイッチ１５により基本モードに変換されたのち、光サーキュレータ１４を介して光受信器３３で受光され、Ａ／Ｄ変換器３４によりデジタルデータに変換される。 In the measured optical fiber 16, the Stokes light intensity is amplified by the collision between the pump pulse light A1 and the Stokes light A4. The amplified Stokes light A5 is converted to a basic mode by the mode conversion / selection switch 15, and then received by the optical receiver 33 via the optical circulator 14, and converted into digital data by the A / D converter 34. Converted.

データ抽出部３５では、上記デジタルデータ化されたストークス光強度から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の位置に対応する時間領域の強度が抽出され、図示しない記憶部に保存される。上記の測定を、周波数変換器３１によりストークス光Ａ４の周波数ν_sを変化させ、様々なν_sの値の場合について行う。図６（ａ）はその様子をν_s＝ν₁、ν_s＝ν₂、ν_s＝ν₃の３つの各周波数について示したものである。それぞれのν_sの場合のストークス光Ａ３の強度について、上記データ抽出部で上記被測定光ファイバ中の長手方向の同じ位置に対応する時間領域を抽出し、上記記憶部に保存しておく。 In the data extraction unit 35, the intensity in the time domain corresponding to an arbitrary position in the longitudinal direction in the optical fiber 16 to be measured is extracted from the Stokes light intensity converted into the digital data and stored in a storage unit (not shown). The above measurements, changing the frequency [nu _s of the Stokes beam A4 by the frequency converter 31 is performed for the case of various values of [nu _s. FIG. 6A shows the situation for each of the three frequencies ν _s = ν ₁ , ν _s = ν ₂ , and ν _s = ν ₃ . With respect to the intensity of the Stokes light A3 in the case of each ν _s, the data extraction unit extracts a time region corresponding to the same position in the longitudinal direction in the measured optical fiber, and stores it in the storage unit.

利得解析部３６では、上記記憶部に保存しておいた、上記抽出されたストークス光強度に対し利得解析が行われ、上記周波数差ν_p−ν_sに対する任意の位置のブストークス光強度の利得の変化（ブリルアンゲインスペクトル）が求められる。そして、この求められたブリルアンゲインスペクトルにおいて利得が最大となるときの周波数差ν_p−ν_sの値が抽出され、この抽出された周波数差ν_p−ν_sの値が上記任意の位置におけるBFSとなる。図６（ｂ）は、被測定光ファイバ１６中の長手方向の各位置（時間領域）におけるブリルアンゲインスペクトルが最大値をとるν_p−ν_sの値から求められるBFSを示すものである。 The gain analysis unit 36 performs gain analysis on the extracted Stokes light intensity stored in the storage unit, and calculates the gain of the Stokes light intensity at an arbitrary position with respect to the frequency difference ν _p −ν _s . A change (Brillouin gain spectrum) is determined. Then, the value of the frequency difference ν _p −ν _s when the gain is maximum in the obtained Brillouin gain spectrum is extracted, and the value of the extracted frequency difference ν _p −ν _s is the BFS at the arbitrary position. It becomes. FIG. 6B shows the BFS obtained from the value of ν _p −ν _{s at} which the Brillouin gain spectrum at each position (time domain) in the longitudinal direction in the optical fiber 16 to be measured has a maximum value.

伝搬定数解析部３７では、上記利得解析部３６により求められたBFSをもとに、先に述べた式(8) を用いて、被測定光ファイバ１６中の上記位置における伝搬定数β₀₁が計算される。この計算された伝搬定数β₀₁は、上記伝搬モードＬＰ₀₁を表す情報と上記位置を表す情報に関連付けられて図示しない記憶部に記憶される。 The propagation constant analyzing unit 37 calculates the propagation constant β _{01 at the} position in the optical fiber 16 to be measured using the above-described equation (8) based on the BFS obtained by the gain analyzing unit 36. Is done. The calculated propagation constant β ₀₁ is stored in a storage unit (not shown) in association with information representing the propagation mode LP ₀₁ and information representing the position.

上記データ抽出部３５から伝搬定数解析部３７までの一連の処理は、被測定光ファイバ１６の測定対象となる複数の位置のそれぞれについて、当該各位置に対応する時間領域の散乱光信号に対し実行される。かくして、伝搬モードＬＰ₀₁における被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布が得られる。 A series of processing from the data extraction unit 35 to the propagation constant analysis unit 37 is performed on the scattered light signal in the time domain corresponding to each position for each of a plurality of positions to be measured of the optical fiber 16 to be measured. Is done. Thus, a propagation constant distribution in the longitudinal direction of the optical fiber 16 to be measured in the propagation mode LP ₀₁ is obtained.

さらに、以上述べた一連の測定処理は、測定対象の各伝搬モードＬＰ₀₁、ＬＰ₁₁、・・・、ＬＰ_Xのうち未測定の各伝搬モードのそれぞれについて同様に実施され、各伝搬モードにおける被測定光ファイバ１６の長手方向の伝搬定数分布が測定される。この伝搬定数分布の測定結果は図示しない記憶部に保存された後、読み出されて例えば保守用端末へ送信される。 Furthermore, above mentioned series of measurement process was that each propagation mode LP _01, LP ₁₁ to be measured, ..., are similarly performed for each of the propagation modes of the unmeasured of LP _X, the in each propagation mode The propagation constant distribution in the longitudinal direction of the measurement optical fiber 16 is measured. The measurement result of the propagation constant distribution is stored in a storage unit (not shown), read out, and transmitted to, for example, a maintenance terminal.

（効果）
以上詳述したように第２の実施形態では、周波数ν_pのポンプパルス光Ａ１と、周波数ν_sを離散的に可変したストークス光Ａ４を、被測定光ファイバ１６に対しその両端から互いに反対方向に入射することにより、被測定光ファイバ１６中において上記ポンプパルス光Ａ１とストークス光Ａ４とを衝突させて、前記ストークス光を増幅させる。そして、この増幅されたストークス光Ａ５の受光信号から、被測定光ファイバ１６中の長手方向の任意の複数の位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出し、この抽出された各ストークス光強度信号に対しそれぞれ利得解析を行って利得が最大となるときの周波数差ν_p−ν_sの値を抽出し、この抽出された周波数差ν_p−ν_sの値からブリルアン周波数シフト（BFS）を算出して、当該BFSをもとに伝搬定数分布を計算するようにしている。 (effect)
As described above in detail, in the second embodiment, the pump pulse light A1 having the frequency ν _p and the Stokes light A4 having the frequency ν _s discretely varied are opposite to each other from both ends of the optical fiber 16 to be measured. , The pump pulse light A1 and the Stokes light A4 collide with each other in the optical fiber 16 to be measured, and the Stokes light is amplified. Then, time-domain signals corresponding to a plurality of arbitrary positions in the longitudinal direction in the measured optical fiber 16 are extracted from the amplified received light signal of the Stokes light A5, and each of the extracted Stokes light intensity signals is extracted. The frequency difference ν _p −ν _s at which the gain is maximized is extracted for each gain, and the Brillouin frequency shift (BFS) is calculated from the extracted frequency difference ν _p −ν _s Then, the propagation constant distribution is calculated based on the BFS.

したがって第２の実施形態においても、先に述べた第１の実施形態と同様に、被測定光ファイバ１６を削って光漏洩部を設ける必要がなく非破壊で伝搬定数を測定することができ、しかも被測定光ファイバ１６中のブリルアン散乱点位置によって光の往復時間が異なり、ストークス光強度信号の時間軸が被測定光ファイバ１６の長手方向の距離に対応することを利用して、被測定光ファイバ１６の長手方向における伝搬定数分布を効率良く測定することができる。 Accordingly, also in the second embodiment, similarly to the first embodiment described above, it is not necessary to scrape the optical fiber 16 to be measured to provide a light leakage portion, and the propagation constant can be measured without destruction. In addition, the round trip time of the light varies depending on the Brillouin scattering point position in the optical fiber 16 to be measured, and the time axis of the Stokes light intensity signal corresponds to the distance in the longitudinal direction of the optical fiber 16 to be measured. The propagation constant distribution in the longitudinal direction of the fiber 16 can be measured efficiently.

［その他の実施形態］
第１の実施形態では、パルス生成器１３によりポンプパルス光Ａ１を生成し、このポンプパルス光Ａ１を被測定光ファイバ１６に入射するようにした。しかし、それに限定されるものではなく、ポンプ光として連続光をそのまま被測定光ファイバ１６に入射するようにしてもよい。この場合、測定されるブリルアンと周波数シフト（BFS）及び伝搬定数βは被測定ファイバ１６全体の平均値となる。 [Other Embodiments]
In the first embodiment, the pump pulse light A 1 is generated by the pulse generator 13, and the pump pulse light A 1 is incident on the optical fiber 16 to be measured. However, the present invention is not limited to this, and continuous light as pump light may be incident on the measured optical fiber 16 as it is. In this case, the measured Brillouin, frequency shift (BFS), and propagation constant β are average values of the entire fiber 16 to be measured.

また、第２の実施形態においても、パルス生成器１３を用いずにポンプ光として連続光を使用した場合も測定が可能である。この場合も、測定されるBFS及び伝搬定数は被測定ファイバ全体の平均値となる。 Also in the second embodiment, measurement is possible even when continuous light is used as pump light without using the pulse generator 13. Also in this case, the measured BFS and propagation constant are average values of the entire measured fiber.

その他、装置の構成やその測定動作の手順と内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。
要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In addition, the configuration of the apparatus and the procedure and contents of the measurement operation can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
In short, the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in each embodiment. Furthermore, you may combine suitably the component covering different embodiment.

１１…レーザ光源、１２…分岐素子、１３…パルス生成器、１４…光サーキュレータ、１５，３２…モード変換・選択スイッチ、１６…被測定光ファイバ、１７…合分岐素子、１８，３３…光受信器、１９，３４…Ａ／Ｄ変換器、２０，３５…データ抽出部、２１…周波数解析部、２２，３７…伝搬定数解析部、３１…周波数変換器、３６…利得解析部、Ａ１…ポンプパルス光、Ａ２…ローカル光、Ａ３…ブリルアン散乱光、Ａ４…ストークス光、Ａ５…増幅されたストークス光。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser light source, 12 ... Branch element, 13 ... Pulse generator, 14 ... Optical circulator, 15, 32 ... Mode conversion and selection switch, 16 ... Optical fiber to be measured, 17 ... Multi-branch element, 18, 33 ... Optical reception 19, 34 ... A / D converter, 20, 35 ... data extraction unit, 21 ... frequency analysis unit, 22, 37 ... propagation constant analysis unit, 31 ... frequency converter, 36 ... gain analysis unit, A1 ... pump Pulse light, A2 ... local light, A3 ... Brillouin scattered light, A4 ... Stokes light, A5 ... Amplified Stokes light.

Claims

レーザ光をもとに測定光を生成する測定光生成部と、
前記生成された測定光の伝搬モードを基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射すると共に、当該測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光の伝搬モードを基本モードに変換して出力する伝搬モード変換部と、
前記伝搬モード変換部から出力された後方ブリルアン散乱光と前記レーザ光とを合波し、この合波された光を出力する合波部と、
前記合波部から出力された光を受光してその受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部により抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める周波数解析部と、
前記周波数解析部により求められた各ブリルアン周波数シフトをもとに、それぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める伝搬定数解析部と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定装置。 A measurement light generator that generates measurement light based on the laser light;
The propagation mode of the generated measurement light is converted from the fundamental mode to an arbitrary propagation mode and then incident on the optical fiber to be measured, and the back Brillouin scattered light generated in the optical fiber to be measured by the incidence of the measurement light. A propagation mode conversion unit that converts the propagation mode into a basic mode and outputs it;
A combining unit that combines the backward Brillouin scattered light output from the propagation mode conversion unit and the laser light, and outputs the combined light;
A light receiving unit that receives light output from the multiplexing unit and outputs a light reception signal;
A signal extraction unit that extracts signals in a time domain corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured from the light reception signal output from the light receiving unit;
Frequency analysis of each time domain signal extracted by the signal extraction unit, respectively, to obtain Brillouin frequency shift at the plurality of measurement target positions, respectively,
An optical fiber propagation constant measuring device comprising: a propagation constant analyzing unit for obtaining propagation constants at the plurality of measurement target positions based on each Brillouin frequency shift obtained by the frequency analyzing unit.

レーザ光をもとに第１の測定光を生成する第１の測定光生成部と、
前記生成された第１の測定光の伝搬モードを基本モードから第１の伝搬モードに変換したのち、被測定光ファイバに入射する第１の伝搬モード変換部と、
前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で変換した第２の測定光を生成する第２の測定光生成部と、
前記生成された第２の測定光の伝搬モードを基本モードから前記第１の伝搬モードに変換し、当該変換された第２の測定光を前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する第２の伝搬モード変換部と、
前記被測定光ファイバ内において前記第１の測定光との衝突により増幅され、かつ前記第１の伝搬モード変換部により基本モードに変換された前記第２の測定光を受光し、その受光信号を出力する受光部と、
前記受光部から出力された受光信号から、前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する信号抽出部と、
前記時間領域毎に、前記信号抽出部により抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める利得解析部と、
前記周波数解析部により求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとに、それぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める伝搬定数解析部と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定装置。 A first measurement light generator that generates first measurement light based on the laser light;
A first propagation mode conversion unit that enters the measured optical fiber after converting the generated propagation mode of the first measurement light from the fundamental mode to the first propagation mode;
A second measurement light generation unit that generates second measurement light whose frequency is converted in a predetermined range based on the laser light;
The generated propagation mode of the second measurement light is converted from the fundamental mode to the first propagation mode, and the converted second measurement light is transmitted to the optical fiber under measurement with the first measurement light. Is a second propagation mode converter that is incident in the opposite direction;
Receiving the second measurement light amplified by the collision with the first measurement light in the optical fiber to be measured and converted into the fundamental mode by the first propagation mode conversion unit; A light receiving unit for output;
A signal extraction unit that extracts signals in a time domain corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the optical fiber to be measured from the light reception signal output from the light receiving unit;
By analyzing the gain of the signal extracted by the signal extraction unit for each time domain, the frequency of the second measurement light when the gain becomes maximum in the same time domain is specified, and the identification A gain analyzer for obtaining a Brillouin frequency shift in the time domain based on a difference between the frequency of the second measurement light and the frequency of the first measurement light;
Propagation of an optical fiber, comprising: a propagation constant analysis unit for obtaining a propagation constant at each of the plurality of measurement target positions based on the Brillouin frequency shift for each time domain obtained by the frequency analysis unit Constant measuring device.

前記伝搬定数解析部は、ν_BXを伝搬モードＬＰ_Xにおけるブリルアン周波数シフト、ｖ_Aを音速、πを定数とするとき、伝搬定数β_Xを

によって算出することを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバの伝搬定数測定装置。 The propagation constant analysis unit calculates the propagation constant β _X when ν _BX is a Brillouin frequency shift in the propagation mode LP _X , v _A is the speed of sound, and π is a constant.

The optical fiber propagation constant measuring apparatus according to claim 1, wherein the optical fiber propagation constant measuring apparatus calculates the propagation constant.

レーザ光をもとに測定光生成部により測定光を生成する過程と、
前記生成された測定光の伝搬モードを、伝搬モード変換部により基本モードから任意の伝搬モードに変換したのち被測定光ファイバに入射する過程と、
前記測定光の入射により前記被測定光ファイバ中で発生した後方ブリルアン散乱光の伝搬モードを、前記伝搬モード変換部により基本モードに変換して出力する過程と、
前記伝搬モード変換部から出力された後方ブリルアン散乱光と前記レーザ光とを合波部により合波して、合波された光を出力する過程と、
前記合波部から出力された光を受光部により受光して、その受光信号を出力する過程と、
信号抽出部により、前記受光部から出力された受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する過程と、
周波数解析部により、前記信号抽出部により抽出された各時間領域の信号をそれぞれ周波数解析して、前記複数の測定対象位置におけるブリルアン周波数シフトをそれぞれ求める過程と、
伝搬定数解析部により、前記周波数解析部により求められた各ブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める過程と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定方法。 The process of generating measurement light by the measurement light generator based on the laser light,
The propagation mode of the generated measurement light is converted from the fundamental mode to an arbitrary propagation mode by the propagation mode conversion unit and then incident on the measured optical fiber;
A process of converting a propagation mode of backward Brillouin scattered light generated in the optical fiber to be measured by incidence of the measurement light into a fundamental mode by the propagation mode conversion unit and outputting it;
A process of combining the backward Brillouin scattered light output from the propagation mode conversion unit and the laser light by a combining unit and outputting the combined light;
The light output from the multiplexing unit is received by the light receiving unit, and the light reception signal is output.
A process of extracting time domain signals corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the measured optical fiber from the received light signal output from the light receiving unit by the signal extraction unit,
The frequency analysis unit performs frequency analysis on each time domain signal extracted by the signal extraction unit to obtain Brillouin frequency shifts at the plurality of measurement target positions, respectively.
Propagation constant measurement of an optical fiber, comprising: a step of obtaining a propagation constant at each of the plurality of measurement target positions based on each Brillouin frequency shift obtained by the frequency analysis unit by a propagation constant analysis unit Method.

レーザ光をもとに第１の測定光生成部により第１の測定光を生成する過程と、
前記生成された第１の測定光の伝搬モードを、第１の伝搬モード変換部により基本モードから第１の伝搬モードに変換して、被測定光ファイバに入射する過程と、
第２の測定光生成部により、前記レーザ光をもとにその周波数を所定の範囲で変換した第２の測定光を生成する過程と、
前記生成された第２の測定光の伝搬モードを、第２の伝搬モード変換部により基本モードから前記第１の伝搬モードに変換し、当該変換された第２の測定光を前記被測定光ファイバに対し前記第１の測定光とは逆方向に入射する過程と、
前記被測定光ファイバ内において前記第１の測定光との衝突により増幅された前記第２の測定光の伝搬モードを、前記第１の伝搬モード変換部により基本モードに変換する過程と、
前記伝搬モードが基本モードに変換された第２の測定光を受光部で受光して、その受光信号を出力する過程と、
信号抽出部により、前記受光部から出力された受光信号から前記被測定光ファイバの長手方向における複数の測定対象位置に対応する時間領域の信号をそれぞれ抽出する過程と、
利得解析部により、前記時間領域毎に、前記信号抽出部により抽出された信号の利得を解析することにより、同一の時間領域内で利得が最大となるときの前記第２の測定光の周波数を特定し、当該特定された第２の測定光の周波数と前記第１の測定光の周波数との差をもとに当該時間領域におけるブリルアン周波数シフトを求める過程と、
伝搬定数解析部により、前記周波数解析部により求められた前記時間領域毎のブリルアン周波数シフトをもとにそれぞれ前記複数の測定対象位置における伝搬定数を求める過程と
を具備することを特徴とする光ファイバの伝搬定数測定方法。 Generating a first measurement light by the first measurement light generation unit based on the laser light;
A process of converting the generated propagation mode of the first measurement light from the fundamental mode to the first propagation mode by the first propagation mode conversion unit and entering the measured optical fiber;
A step of generating a second measurement light whose frequency is converted in a predetermined range based on the laser light by a second measurement light generation unit;
The generated propagation mode of the second measurement light is converted from the fundamental mode to the first propagation mode by a second propagation mode converter, and the converted second measurement light is converted into the optical fiber to be measured. With respect to the first measurement light incident in the opposite direction;
A step of converting the propagation mode of the second measurement light amplified by collision with the first measurement light in the optical fiber to be measured into a fundamental mode by the first propagation mode conversion unit;
Receiving a second measurement light in which the propagation mode is converted into a fundamental mode by a light receiving unit, and outputting the received light signal;
A process of extracting time domain signals corresponding to a plurality of measurement target positions in the longitudinal direction of the measured optical fiber from the received light signal output from the light receiving unit by the signal extraction unit,
By analyzing the gain of the signal extracted by the signal extraction unit for each time domain by the gain analysis unit, the frequency of the second measurement light when the gain becomes maximum in the same time domain is obtained. Identifying a Brillouin frequency shift in the time domain based on a difference between the frequency of the identified second measurement light and the frequency of the first measurement light;
And a step of obtaining a propagation constant at each of the plurality of measurement positions based on the Brillouin frequency shift for each time domain obtained by the frequency analysis unit by a propagation constant analysis unit. Propagation constant measurement method.

前記伝搬定数を求める過程は、ν_BXを伝搬モードＬＰ_Xにおけるブリルアン周波数シフト、ｖ_Aを音速、πを定数とするとき、伝搬定数β_Xを

によって算出することを特徴とする請求項４又は５記載の光ファイバの伝搬定数測定方法。 The process of obtaining the propagation constant, the Brillouin frequency shift in the propagation mode LP _X a [nu _BX, v _A sonic, when the a π constants, a propagation constant beta _X

6. The method for measuring a propagation constant of an optical fiber according to claim 4, wherein the propagation constant is calculated by: