特開 2024-33286 光ファイバセンサ及びフィルタ特性測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024033286

(43)【公開日】2024-03-13

(54)【発明の名称】光ファイバセンサ及びフィルタ特性測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20240306BHJP

【ＦＩ】

G01D5/353 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022136787

(22)【出願日】2022-08-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141955

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100085419

【弁理士】

【氏名又は名称】大垣 孝

(72)【発明者】

【氏名】田中 将規

【テーマコード（参考）】

2F103

【Ｆターム（参考）】

2F103BA04

2F103CA07

2F103CA08

2F103EB05

2F103EC09

2F103EC16

(57)【要約】

【課題】ＦＢＧフィルタの特性を検知する。
【解決手段】光源部は、可変波長光源を備え、所定の周波数のプローブ光を生成する。光スイッチ部は、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光と、所定の周波数の特性測定用光を選択して測定光としてフィルタ部に送る。フィルタ部は、測定光の特定の周波数成分を透過させる。干渉部は、特定の周波数成分が抽出された測定光を自己遅延干渉させて干渉光を生成する。信号処理部は、干渉光の信号強度と、特性測定用光の周波数に基いて、フィルタ部の透過特性を取得する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源部と、光スイッチ部と、フィルタ部と、干渉部と、信号処理部と
を備え、
前記光源部は、可変波長光源を備え、所定の周波数のプローブ光を生成し、
前記光スイッチ部は、前記プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光と、所定の周波数の特性測定用光を選択して測定光として前記フィルタ部に送り、
前記フィルタ部は、前記測定光の特定の周波数成分を透過させ、
前記干渉部は、特定の周波数成分が抽出された前記測定光を自己遅延干渉させて干渉光を生成し、
前記信号処理部は、前記干渉光の信号強度と、前記特性測定用光の周波数に基いて、前記フィルタ部の透過特性を取得する
ことを特徴とする光ファイバセンサ。

【請求項2】

前記特性測定用光の周波数は、前記フィルタ部が透過させる周波数帯域を含む範囲にわたって変更可能である
ことを特徴とする請求項１の光ファイバセンサ。

【請求項3】

前記特性測定用光を生成する特性測定用光源をさらに備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。

【請求項4】

前記可変波長光源が生成した連続光が２分岐され、一方が前記プローブ光として用いられ、他方が前記特性測定用光として用いられる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。

【請求項5】

前記光スイッチ部は、
一方の側に１のポートを有し、
他方の側にｎ（ｎは２以上の整数）のポートを有する
光スイッチを備え、
前記光スイッチは、前記一方の側の１のポートと、前記他方の側のｎのポートから選択された１のポートとを光学的に接続し、
前記他方の側の第ｎのポートに前記特性測定用光が入力され、
前記他方の側の第１～（ｎ－１）のポートの少なくとも１つに測定対象となる光ファイバが接続される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。

【請求項6】

前記干渉部は、
入力された測定光を第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられ、伝搬する光に周波数シフトを与える周波数シフタ部と、
前記第１光路及び前記第２光路のいずれか一方に設けられ、伝搬する光に遅延を与える遅延部と、
前記第１光路及び前記第２光路を経て受け取った光を合波して干渉光を生成する合波部と
を有する自己遅延型のヘテロダイン干渉計である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバセンサ。

【請求項7】

請求項１に記載された光ファイバセンサにおけるフィルタ特性測定方法であって、
前記特性測定用光の周波数を、前記フィルタ部が透過させる周波数を含む範囲にわたっ
て順次変更して、前記特性測定用光の各周波数における、前記合波光の信号強度を取得する信号強度取得過程と、
前記合波光の信号強度が最大となるときの、前記特性測定用光の周波数を、前記フィルタ部の透過周波数として取得する透過周波数取得過程と
を備えることを特徴とするフィルタ特性測定方法。

【請求項8】

前記信号強度取得過程及び前記透過周波数取得過程は、
前記光ファイバを選択した測定を行っている期間中、定期的にかつ低頻度で行われる
ことを特徴とする請求項７に記載のフィルタ特性測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ブリルアン散乱光を用いた光ファイバセンサ、及び、この光ファイバセンサで行うことができるフィルタ特性測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光ファイバ通信の発展とともに、光ファイバ自体をセンシング媒体とする分布型光ファイバセンシングが盛んに研究されている。特に、散乱光を利用する光ファイバセンシングは、点ごとに計測する電気センサとは異なり、長距離の分布としての計測が可能であるため、被測定対象全体の物理量を計測することができる。

【0003】

長距離の分布の計測が可能な分布型光ファイバセンシングとして、光ファイバの片端から光パルスを入射し、光ファイバ中で後方散乱された光を時間に対して測定する時間領域リフレクトメトリ（ＯＴＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が代表的である（例えば、非特許文献１参照）。光ファイバ中の後方散乱には、レイリー散乱、ブリルアン散乱及びラマン散乱がある。この中で自然ブリルアン散乱を測定するものはＢＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ ＯＴＤＲ）と呼ばれる（例えば、非特許文献２参照）。

【0004】

ブリルアン散乱は、光ファイバに入射される光パルスの中心周波数に対して、ストークス側及び反ストークス側にＧＨｚ程度周波数シフトした位置に観測され、そのスペクトルはブリルアン利得スペクトル（ＢＧＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｇａｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）と呼ばれる。ＢＧＳの周波数シフト及びスペクトル線幅は、それぞれブリルアン周波数シフト（ＢＦＳ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｈｉｆｔ）及びブリルアン線幅と呼ばれる。ＢＦＳ及びブリルアン線幅は、光ファイバの材質及び入射される光の波長によって異なる。例えば、石英系のシングルモード光ファイバの場合、波長１．５５μｍにおけるＢＦＳの大きさ及びブリルアン線幅は、それぞれ約１１ＧＨｚ及び約３０ＭＨｚとなることが報告されている。また、非特許文献１からシングルモードファイバ中の歪み、温度の変化に伴うＢＦＳの大きさは波長１．５５μｍにおいて、それぞれ０．０４９ＭＨｚ／με、１．０ＭＨｚ／℃である。

【0005】

このように、ＢＦＳは歪みと温度に対して依存性を持つ。このため、ＢＯＴＤＲは橋梁やトンネルなどに代表される大型建造物の劣化診断、プラントの温度モニタリング、及び、地滑りが発生する恐れのある箇所の監視などの目的で利用可能であり、注目されている。

【0006】

ＢＯＴＤＲでは、光ファイバ中で発生する自然ブリルアン散乱光のスペクトル波形を測定するため、別途用意した参照光とのヘテロダイン検波を行うのが一般的である。自然ブリルアン散乱光の強度はレイリー散乱光の強度に比べて２～３桁小さい。このため、ヘテロダイン検波は最小受光感度を向上させる上でも有用となる。

【0007】

ここで、自然ブリルアン散乱光は非常に微弱なため、ヘテロダイン検波を適用しても十分な信号雑音比（Ｓ／Ｎ）を確保できない。その結果、Ｓ／Ｎ改善のための平均化処理が必要となる。ＢＯＴＤＲを行う従来の光ファイバ歪み測定装置では、時間、振幅及び周波数の３次元の情報を取得しているが、平均化処理とこの３次元情報の取得のため、測定時間の短縮が難しい。

【0008】

これに対し、自己遅延ヘテロダイン型のＢＯＴＤＲ（ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲ：Ｓｅｌｆ－
ｄｅｌａｙｅｄ ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ ＢＯＴＤＲ）を利用する、光ファイバ歪み測定装置及び光ファイバ歪み測定方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、受信されるビート信号と局発信号の位相比較をすることで、ＢＦＳの変化を、ビート信号中の位相変化として観測する。このように、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲは、周波数掃引を必要とせずに直接ＢＦＳを算出できるため、高速かつ安価な測定を実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２０１６－１９１６５９号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】横河技報、Ｖｏｌ．４９、Ｎｏ．２、第５６－５８頁

【非特許文献2】Ｔ．Ｋｕｒａｓｈｉｍａ ｅｔ ａｌ．，“Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ－ｆｉｂｅｒ ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ”， ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓ． Ｃｏｍｍｕｎ．， ｖｏｌ．Ｅ７６－Ｂ， ｎｏ．４， ｐｐ．３８２－３９０ （１９９３）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲでは、レイリー散乱光の成分とブリルアン散乱光の成分を含む受信光から、ブリルアン散乱光の成分を抽出する必要がある。レイリー散乱光の成分とブリルアン散乱光の成分の周波数の差が小さいため、受信光に対するフィルタとして、狭帯域のＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタが通常用いられる。

【0012】

この狭帯域のＦＢＧフィルタを用いる場合、環境温度の変化や、経時劣化によるフィルタ特性の変化によって、所望のブリルアン散乱光を抽出できなくなる可能性がある。

【0013】

この発明は、上述の状況に鑑みてなされたものである。この発明の目的は、ＦＢＧフィルタの特性を検知可能な、光ファイバセンサ及びフィルタ特性測定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上述した目的を達成するために、この発明の光ファイバセンサは、光源部と、光スイッチ部と、フィルタ部と、干渉部と、信号処理部とを備えて構成される。光源部は、可変波長光源を備え、所定の周波数のプローブ光を生成する。光スイッチ部は、プローブ光により測定対象となる光ファイバで発生する後方ブリルアン散乱光と、所定の周波数の特性測定用光を選択して測定光としてフィルタ部に送る。フィルタ部は、測定光の特定の周波数成分を透過させる。干渉部は、特定の周波数成分が抽出された測定光を自己遅延干渉させて干渉光を生成する。信号処理部は、干渉光の信号強度と、特性測定用光の周波数に基いて、フィルタ部の透過特性を取得する。

【0015】

この発明の光ファイバセンサの好適実施形態によれば、特性測定用光の周波数は、フィルタ部が透過させる周波数帯域を含む範囲にわたって変更可能である。特性測定用光を生成する特性測定用光源をさらに備える構成にすることができる。また、光源部が備える可変波長光源が生成した連続光を２分岐して、一方をプローブ光として、他方を特性測定用光として用いる構成にすることもできる。

【0016】

光スイッチ部は、一方の側に１のポートを有し、他方の側にｎ（ｎは２以上の整数）のポートを有する光スイッチを備える構成にしてもよい。光スイッチは、一方の側の１のポ
ートと、他方の側のｎのポートから選択された１のポートと光学的に接続する。光スイッチの他方の側の第ｎのポートに特性測定用光が入力され、光スイッチの他方の側の第１～（ｎ－１）のポートの少なくとも１つに測定対象となる光ファイバが接続される。

【0017】

また、干渉部は、入力された測定光を第１光路及び第２光路に２分岐する分岐部と、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられ、伝搬する光に周波数シフトを与える周波数シフタ部と、第１光路及び第２光路のいずれか一方に設けられ、伝搬する光に遅延を与える遅延部と、第１光路及び第２光路を経て受け取った光を合波して干渉光を生成する合波部とを有する自己遅延型のヘテロダイン干渉計としてもよい。

【0018】

また、この発明のフィルタ特性測定方法は、上述の光ファイバセンサで実施することができ、信号強度取得過程及び透過周波数取得過程を備える。

【0019】

信号強度取得過程では、特性測定用光の周波数を、フィルタ部が透過させる周波数を含む範囲にわたって、順次変更して、特性測定用光の各周波数における、合波光の信号強度を取得する。

【0020】

透過周波数取得過程では、合波光の信号強度が最大となるときの、特性測定用光の周波数を、フィルタ部の透過周波数として取得する。

【0021】

信号強度取得過程及び透過周波数取得過程は、光ファイバを選択した測定を行っている期間中、定期的にかつ低頻度で行われるのがよい。

【発明の効果】

【0022】

この発明の光ファイバセンサフィルタ特性測定方法によれば、ＦＢＧフィルタの特性を検知可能である。その結果として、所望のブリルアン散乱光の成分を抽出できなくなることを防ぐことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】第１光ファイバセンサを示す模式的なブロック図である。

【図2】フィルタ特性測定方法を説明するための模式図である。

【図3】フィルタ特性の監視を説明するための模式図である。

【図4】第２光ファイバセンサを示す模式的なブロック図である。

【図5】第３光ファイバセンサを示す模式的なブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、各図は、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

【0025】

（第１実施形態）
図１を参照して、この発明の第１実施形態に係る、ＳＤＨ－ＢＯＴＤＲを利用する光ファイバセンサ（以下、第１光ファイバセンサとも称する。）を説明する。図１は、第１光ファイバセンサの模式的なブロック図である。

【0026】

第１光ファイバセンサは、光源部１００、光スイッチ部３００、フィルタ部６００、干渉部８００及び信号処理部９００を備えて構成される。

【0027】

光源部１００は、プローブ光を生成する。光源部１００は、例えば、波長可変光源１１０及び光パルス発生器１３０を備えて構成される。

【0028】

波長可変光源１１０は、任意好適な従来公知の波長可変レーザで構成することができる。波長可変光源１１０は、所定の波長の連続光を生成して、光パルス発生器１３０に送る。

【0029】

光パルス発生器１３０は、任意好適な従来公知の、音響光学（ＡＯ：Ａｃｏｕｓｔ Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器又は電気光学（ＥＯ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ）変調器を用いて構成することができる。光パルス発生器１３０は、外部から入力される電気パルスに応じて、連続光から矩形状の光パルスを生成する。この光パルスの繰り返し周期は、光源部から出力されたプローブ光に含まれる光パルスが、測定対象となる光ファイバである被測定光ファイバ（ＦＵＴ）４００を往復するのに要する時間よりも長く設定される。

【0030】

光パルス発生器１３０で生成された光パルスは、プローブ光として、サーキュレータ２００に送られる。なお、光源部１００が、さらに、増幅器や光フィルタなどを備えることもあるが、ここでは、図示及び説明を省略する。

【0031】

サーキュレータ２００は、第１～第３の入出力ポートを有している。第１の入出力ポートに入力された光が、第２の入出力ポートから出力され、第２の入出力ポートに入力された光が、第３の入出力ポートから出力される。光源部１００からサーキュレータ２００に送られたプローブ光は、第１の入出力ポートに入力され、第２の入出力ポートから出力される。サーキュレータ２００の第２の入出力ポートから出力されたプローブ光は、光スイッチ部３００に送られる。

【0032】

なお、サーキュレータ２００に換えて、光カプラを用いても良い。

【0033】

光スイッチ部は、基準点ファイバ３２０、特性測定用光源３１０と光スイッチ３３０を備えて構成される。特性測定用光源３１０は、光源部１００が備える波長可変光源１１０と同様に、所定の波長の連続光を生成することができる。光スイッチ３３０は、一方の側に１のポートを備え、他方の側にｎ（ｎは２以上の整数）ポートを備えている。ここでは、光スイッチ３３０の一方のポートをポート０（ｐｏｒｔ－０）と称し、他方の側のポートを第１～第ｎのポート（ｐｏｒｔ－１～ｐｏｒｔ－ｎ）と称する。

【0034】

光スイッチ３３０は、他方の側のｎのポート（ｐｏｒｔ－１～ｐｏｒｔ－ｎ）から１のポートを選択し、一方の側のポート（ｐｏｒｔ－０）と、他方の側の選択された第ｋ（ｋは１以上ｎ以下の整数）のポート（ｐｏｒｔ－ｋ）とを光学的に接続する。光スイッチ３３０では、ｐｏｒｔ－０に入力された光が、ｐｏｒｔ－ｋから出力され、ｐｏｒｔ－ｋに入力された光が、ｐｏｒｔ－０から出力される。

【0035】

ここでは、ｎが２である場合、すなわち、光スイッチ３３０が、他方の側に第１のポート（ｐｏｒｔ－１）と第２のポート（ｐｏｒｔ－２）の２つのポートを備える場合を説明する。

【0036】

光スイッチ３３０の一方の側では、ポート０（ｐｏｒｔ－０）に、基準点ファイバ３２０が接続される。また、光スイッチ３３０の他方の側では、ポート１（ｐｏｒｔ－１）にＦＵＴ４００が接続され、ポート２（ｐｏｒｔ－２）に特性測定用光源３１０が接続される。

【0037】

ＦＵＴ４００は、橋梁やトンネルなどに代表される大型建造物、プラント、及び、地滑
りが発生する恐れのある箇所などに設けられ、温度や歪の測定に用いられる。

【0038】

プローブ光は、ＦＵＴ４００を伝搬する間に、後方散乱する。後方散乱光は、ＦＵＴ４００から光スイッチ３３０に送られる。

【0039】

なお、光スイッチ３００の他方の側に３以上のポートを備える場合は、第ｎのポート（ｐｏｒｔ－ｎ）に特性測定用光源３１０を接続し、第１～第ｎ－１のポート（ｐｏｒｔ－１～ｐｏｒｔ－（ｎ－１））のそれぞれにＦＵＴ４００を接続してもよい。この場合、光スイッチ３３０の切替だけで、複数の系統の測定を行うことができる。

【0040】

第１光ファイバセンサは、温度や、構造物の歪みなどの測定に用いられる。基準点ファイバ３２０は、測定対象の温度変化や歪の影響を受けない箇所に設けられ、温度や歪の測定の基準に用いられる。基準点ファイバ３２０の一端は、サーキュレータ２００の第２の入出力ポートに光学的に接続される。また、基準点ファイバ３２０の他端は、光スイッチ３３０のｐｏｒｔ－０に光学的に接続される。光スイッチ部３００では、光源部１００から受け取ったプローブ光を、基準点ファイバ３２０を伝搬させて、光スイッチ３３０に送る。

【0041】

なお、温度や歪について、ＦＵＴ４００の各位置の相対的な変化が分かればよい場合は、基準点ファイバ３２０を備えない構成にしてもよい。また、基準点ファイバ３２０を光スイッチ３３０とＦＵＴ４００の間に設けてもよい。これらの場合は、サーキュレータ２００の第２の入出力ポートと、光スイッチ３００のｐｏｒｔ－０が基準点ファイバ３２０を経ずに光学的に接続される。

【0042】

特性測定用光源３１０は、光減衰器（ＡＴＴ）３４０及び光アイソレータ（ＩＳＯ）３５０を経て、光スイッチ３３０の第ｎのポート（ｐｏｒｔ-ｎ）に、図１に示す構成例では、ｐｏｒｔ－２に接続される。

【0043】

ここで、特性測定用光源３１０で生成された連続光である特性測定用光は、光スイッチ３３０のｐｏｒｔ-ｎに入力された後、後方散乱光と同じ経路を通り、信号処理部９００で電気信号に変換される。以下の説明では、後方散乱光と特性測定用光を測定光と称することもある。

【0044】

ブリルアン散乱光の強度は、一般的には小さく、電気信号への変換は、後述のように、例えば、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）で行われる。ＡＰＤに過大な強度の光が入力されるとＡＰＤが破損する恐れがある。このため、ブリルアン散乱光の強度との差を少なくするために、ＡＴＴ３４０が用いられる。なお、特性測定用光源３１０で生成される連続光の光強度をＡＰＤの破損を招かない程度に小さくできる場合は、ＡＴＴ３４０を備えなくてもよい。

【0045】

光スイッチ３３０が他方の側のポートとしてｐｏｒｔ－ｎを選択している場合は、特性測定用光が光スイッチ３３０のｐｏｒｔ－ｎに入力されるとともに、光スイッチ３３０のｐｏｒｔ－ｎからプローブ光が出力されている。このｐｏｒｔ－ｎから出力されるプローブ光が特性測定用光源３１０等に入力されないように、プローブ光を遮断するためにＩＳＯ３５０が設けられるのがよい。ＩＳＯ３５０は、順方向の光を透過させ、逆方向の光を遮断する。

【0046】

後方散乱光又は特性測定用光である測定光は、光スイッチ部３３０からサーキュレータ２００、フィルタ部６００、干渉部８００を経て信号処理部９００に送られる。信号処理部９００は、測定光を電気信号に変換した後、ＢＦＳや、ＢＦＳに基いて温度や歪を得る
。

【0047】

測定光は、サーキュレータ２００の第２の入出力ポートに入力され、第３の入出力ポートから出力される。サーキュレータ２００の第３の入出力ポートから出力された測定光は、光増幅器５００に送られる。

【0048】

光増幅器５００は、例えば、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）などで構成される。光増幅器５００は、測定光を増幅する。光増幅器５００で増幅された測定光は、フィルタ部６００を透過して、１：９９カプラ７００に送られる。

【0049】

フィルタ部６００は、直列に接続されている第１フィルタ６１０及び第２フィルタ６２０を備えて構成される。フィルタ部６００に送られた測定光は、第１フィルタ及び第２フィルタを順に透過する。第１フィルタ及び第２フィルタは、同様に構成され、この構成例では、狭帯域のＦＢＧフィルタである。同様の構成のＦＢＧフィルタを直列に設けることで、フィルタ部６００の透過特性をシャープにすることができる。

【0050】

先ず、第１フィルタ６１０について説明する。第１フィルタ６１０は、サーキュレータ６１２と、ＦＢＧ６１４とを備えて構成される。第１フィルタ６１０が備えるサーキュレータ６１２の第１の入出力ポートは、光増幅器５００に接続され、第２の入出力ポートは、ＦＢＧ部６１４の一端に接続され、第３の入出力ポートは、第２フィルタ６２０に接続される。また、ＦＢＧ部６１４の他端は終端部６１６において終端されるのが良い。

【0051】

第１フィルタ６１０に送られた測定光は、サーキュレータ６１２の第１の入出力ポートに入力されて、第２の入出力ポートから出力される。第２の入出力ポートから出力される後方散乱光は、ＦＢＧ６１４で、回折条件を満たす波長の光が反射され、サーキュレータ６１２の第２の入出力ポートに入力される。サーキュレータ６１２の第２の入出力ポートに入力された測定光は、第３の入出力ポートから出力され、第２フィルタ６２０に送られる。

【0052】

第２フィルタ６２０は、第１フィルタ６１０と同様に、サーキュレータ６２２と、ＦＢＧ６２４とを備えて構成される。第２フィルタ６２０が備えるサーキュレータ６２２の第１の入出力ポートは、第１フィルタ６１０が備えるサーキュレータ６１２の第３の入出力ポートに接続され、第２の入出力ポートは、ＦＢＧ６２４の一端に接続され、第３の入出力ポートは、１：９９カプラ７００に接続される。また、ＦＢＧ６２４の他端は終端部６２６において終端されるのが良い。

【0053】

第２フィルタ６２０に送られた測定光は、サーキュレータ６２２の第１の入出力ポートに入力されて、第２の入出力ポートから出力される。第２の入出力ポートから出力される後方散乱光は、ＦＢＧ６２４で、回折条件を満たす波長の光が反射され、サーキュレータ６２２の第２の入出力ポートに入力される。サーキュレータ６２２の第２の入出力ポートに入力された測定光は、第３の入出力ポートから出力され、１：９９カプラ７００に送られる。

【0054】

１：９９カプラ７００は、第２フィルタ６２０から送られた測定光を２分岐して、一方を干渉部８００に送り、他方をモニターポートから外部に出力する。このモニターポートから外部に出力される光は、波長可変光源１１０と、特性測定用光源３１０を同じ設定値としたときの、実際の周波数の差分を測定する場合などに用いることができる。

【0055】

干渉部８００は、分岐部８１０と、周波数シフタ部８２０、遅延部８３０及び合波部８４０を備える、自己遅延ヘテロダイン干渉計として構成される。

【0056】

分岐部８１０は、１：９９カプラ７００を経て測定光を受け取り、第１光路及び第２光路に２分岐する。

【0057】

周波数シフタ部８２０は第１光路及び第２光路のいずれか一方、この例では第１光路に設けられおり、第１光路を伝搬する光に、ビート周波数Δｆの周波数シフトを与える。ビート周波数Δｆについては、局発電気信号源で生成される電気信号により与えられる。局発電気信号源については、従来公知の構成にすることができるので、図示及び説明を省略する。

【0058】

遅延部８３０は第１光路及び第２光路のいずれか一方、この例では第２光路に設けられており、第２光路を伝搬する光に、時間τの遅延を与える。

【0059】

合波部８４０は、第１光路及び第２光路を伝搬する光を合波して干渉光を生成する。干渉光は、信号処理部９００に送られる。

【0060】

信号処理部９００は、２つのＡＰＤ９１２及び９１４と受信電気回路９２０を備えて構成される。２つのＡＰＤ９１２及び９１４は、バランス型フォトダイオードを構成し、干渉光を電気信号に変換する。２つのＡＰＤ９１２及び９１４で得られる電気信号は、受信電気回路９２０に送られる。受信電気回路９２０は、アナログ－ディジタル変換器、ミキサ、ローパスフィルタ、ディジタル信号処理部などを備えて構成される。

【0061】

ＡＰＤ９１２及び９１４で生成されるアナログ電気信号は、ＡＤＣでディジタル信号に変換される。その後、ミキサ及びローパスフィルタで、ディジタル信号と局発電気信号源で生成される電気信号とのビート信号が得られる。ビート信号はディジタル信号処理部に送られる。

【0062】

ディジタル信号処理部は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及び記憶部を備えて構成される。ＣＰＵがＲＯＭに格納されているプログラムを実行することにより、ＢＦＳの算出や、ＢＦＳに基いて得られる、温度や歪の算出、さらに、フィルタ特性の取得が行われる。

【0063】

干渉部８００の構成及び動作、並びに、信号処理部９００の構成及び動作は、例えば、特許文献１に開示されている、従来公知の技術で実現できるので、ここでは、図示及び詳細な説明を省略する。

【0064】

（フィルタ特性測定方法）
図２を参照して、フィルタ特性測定方法を説明する。図２は、フィルタ特性測定方法を説明するための模式図である。図２（Ａ）は、フィルタ特性を示す図であり、横軸に周波数を取って示し、縦軸に、第１フィルタの透過率を取って示している。図２（Ｂ）は、特性測定用光源３１０の出力を示す図であり、横軸に周波数を取って示し、縦軸に光強度を取って示している。図２（Ｃ）は、受信電気回路で測定される電気信号強度を示す図であり、横軸に周波数を取って示し、縦軸に電気信号強度として電圧を取って示している。

【0065】

通常の測定を行う際は、光スイッチ３３０において、第１のポート（ｐｏｒｔ－１）を選択して、ＦＵＴ４００での後方散乱光を測定する。一方、フィルタ特性の測定を行う際は、光スイッチ３３０において、第２のポート（ｐｏｒｔ－２）を選択して、特性測定用光源３１０で生成される特性測定用光を測定する。

【0066】

フィルタ特性の測定では、信号強度取得過程において、特性測定用光源３１０の周波数設定値を、第１フィルタ６１０及び第２フィルタ６２０のフィルタ帯域を含む範囲で徐々に変更（スイープ）しながら、受信電気回路９２０で振幅値を取得する。例えば、周波数が低い方（図２（Ｂ）の左側）から、周波数が高い方（図２（Ｂ）の右側）に向けて、フィルタ部６００の透過周波数帯域の幅よりも小さい変化量で、等間隔で徐々に、周波数設定値を順次変更する。その後、透過周波数取得過程において、干渉光の信号強度が最大となるときの、特性測定用光の周波数を、フィルタ部の透過周波数として取得する。

【0067】

この結果、図２（Ｃ）に示される、周波数設定値と、電気信号の強度から、フィルタ特性が得られる。ここで得られるフィルタ特性は、フィルタに入力される光の周波数と、フィルタを透過する光強度の関係を示す透過特性である。また、フィルタがＦＢＧである場合、フィルタ特性をＦＢＧ特性とも称する。周波数設定値を徐々に変更するにあたっては、光源が備える周波数スイープ機構を用いることができる。この場合、周波数設定値を取得するために、予め、受信光の受信時刻から、その受信光に対応する周波数設定値が算出できるようにしておくのが良い。

【0068】

また、各周波数設定値において、複数回測定して平均化するなどして、ノイズ低減を図ることも有効と考えられる。

【0069】

また、ｐｏｒｔ－１での通常の測定に対して、時分割多重の要領で、低頻度で、ｐｏｒｔ－２の測定を挿入することで、通常の測定を行っている期間内に、常時、ＦＢＧ特性を監視することができる。

【0070】

図３を参照して、ＦＢＧ特性の監視について説明する。図３は、ＦＢＧ特性の監視を説明するための模式図である。図３（Ａ）は、ｎが３の場合の光スイッチの模式図である。を示し、図３（Ｂ）は、ＦＵＴでの通常測定と、ＦＢＧの特性測定の時系列を示す模式図である。図３（Ｃ）は、通常測定時の、光スイッチ３３１の切換を示し、図３（Ｄ）は、特性測定時の光スイッチ３３１の切換を示している。

【0071】

なお、ＦＢＧ特性の測定は常時行うのが良いが、ＦＢＧ特性の測定を行っている間は、通常測定ができない。従って、ＦＢＧの特性測定の頻度、及び、その時間は、通常測定に与える影響を無視できる程度に決定するのが良い。すなわち、特性測定は、定期的かつ低頻度で行うのが良い。

【0072】

図３（Ｂ）に示すように、特性測定にかかる時間は、通常測定にかかる時間よりも短く設定される。通常測定時は、図３（Ｃ）に示すように、ｐｏｒｔ－１とｐｏｒｔ－２を切り換えて行われ、２系統の測定を常時行う。これに対し、特性測定時は、図３（Ｄ）に示すように、ｐｏｒｔ－１～ｐｏｒｔ－３を切り換えて測定を行う。

【0073】

（第２光ファイバセンサ）
図４を参照して、第２光ファイバセンサを説明する。図４は、第２光ファイバセンサの模式図である。

【0074】

第１光ファイバセンサは、光スイッチ部３００に特性測定用光源３１０を備えているが、第２光ファイバセンサは、特性測定用光源３１０、ＡＴＴ３４０及びＩＳＯ３５０を、特性測定用光源部３０１として、光ファイバセンサの外部に設けている。これ以外の構成は、第１光ファイバセンサと同様なので、重複する説明を省略する。

【0075】

この第２光ファイバセンサでは、光スイッチ３３０のｐｏｒｔ－ｎに、特性測定用光源部３０１のＩＳＯ３５０を接続するためのコネクタが必要となる。このため、ｐｏｒｔ－ｎでのコネクタ接続によるフレネル反射の影響等で特性が劣化する可能性がある。また、特性測定用光源３１０の制御に用いるインタフェースを別途用意しなければならない。

【0076】

しかしながら、従来の構成を拡張する形で実施可能という利点がある。

【0077】

（第３光ファイバセンサ）
図５を参照して、第３光ファイバセンサを説明する。図５は、第３光ファイバセンサの模式図である。

【0078】

第１光ファイバセンサは、光スイッチ部３００に特性測定用光源３１０を備えているが、第３光ファイバセンサは、光源部１０３が備える波長可変光源１１０を特性測定用光源として利用する。このため、第３光ファイバセンサの光源部１０３は、第１光源部の光源部の構成に対して、１：９９カプラ１２０、ＡＴＴ１４０及びＩＳＯ１５０をさらに備える。

【0079】

波長可変光源１１０で生成された連続光は、１：９９カプラ１２０で２分岐され、一方は、光パルス発生器１３０に送られプローブ光として用いられる。他方は、ＡＴＴ１４０及びＩＳＯ１５０を経て、光スイッチ部３００が備える光スイッチ３３０のｐｏｒｔ－ｎに送られる。第３光ファイバセンサは、第１光ファイバセンサに比べて、１：９９カプラ１２０の挿入損失やクロストークによって特性が劣化することが懸念される。また、特性測定の際に、波長可変光源１１０の周波数を徐々に変化させるので、特性測定のたびに、通常測定での波長設定をやり直すことになるので、特性測定にかかる時間が長くなる。

【0080】

その一方、特性測定用光源を別途設ける必要がないので、製造コストを抑えることができる。また、通常測定と特性測定とで、同じ波長可変光源を用いるので、２つの光源の差が生じない。このため、第１光ファイバセンサなどで行われる、波長可変光源１１０と、特性測定用光源３１０を同じ設定値としたときの、実際の周波数の差分を測定する必要がない。

【0081】

以上説明したように、この発明の、第１～第３光ファイバセンサ及びフィルタ特性測定方法によれば、ＦＢＧフィルタの特性を検知可能である。フィルタ特性の測定の結果、ＦＢＧフィルタの特性が変化した場合は、波長可変光源の周波数を変更するなどして、所望のブリルアン散乱光の成分を抽出できなくなることを防ぐことも可能になる。

【0082】

なお、特性測定を定期的に行うだけでなく、波長可変光源及び特性測定用光源の、周波数設定値と、実際の出力周波数についても、１：９９カプラ７００の出力を利用するなどして、定期的に監視するのが望ましい。

【符号の説明】

【0083】

１００、１０３ 光源部
１１０ 可変波長光源
１２０、 ７００ １：９９カプラ
１３０ 光パルス発生器
１４０、３４０ 光減衰器（ＡＴＴ）
１５０、３５０ 光アイソレータ（ＩＳＯ）
２００、６１２、６１４ サーキュレータ
３００ 光スイッチ部
３１０ 特性測定用光源
３２０ 基準点ファイバ
３３０、３３１ 光スイッチ
４００ 被測定光ファイバ（ＦＵＴ）
５００ 光増幅器
６００ フィルタ部
６１０ 第１フィルタ
６１４、６２４ ＦＢＧ
６１６、６２６ 終端部
６２０ 第２フィルタ
８００ 干渉部
８１０ 分岐部
８２０ 周波数シフタ部
８３０ 遅延部
８４０ 合波部
９００ 信号処理部
９１２、９１４ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
９２０ 受信電気回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】