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JP2018185278A - Optical frequency domain refractometry device and optical frequency domain refractometry method - Google Patents

Optical frequency domain refractometry device and optical frequency domain refractometry method Download PDF

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JP2018185278A
JP2018185278A JP2017088764A JP2017088764A JP2018185278A JP 2018185278 A JP2018185278 A JP 2018185278A JP 2017088764 A JP2017088764 A JP 2017088764A JP 2017088764 A JP2017088764 A JP 2017088764A JP 2018185278 A JP2018185278 A JP 2018185278A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical frequency domain refractometry device and an optical frequency domain refractometry method with which it is possible to improve the accuracy of measuring strain or temperature distribution over the wide range of an optical fiber being measured.SOLUTION: Weight filters 61, 62 consist of a weight characteristic A that changes linearly, in which a position between minimal positions z, zon an optical fiber being measured where the error of a signal whose linearity of wavelength sweep has been corrected is minimal is a variable, and a weight characteristic B in which a position outside of the minimal positions z, zon the optical fiber being measured is a variable. The differential value of amplitude of the weight characteristic B relative to a position on the optical fiber being measured is continuous with the differential value of amplitude of the weight characteristic A at the minimal positions z, zand is zero at a position on the optical fiber being measured that corresponds to the zero frequency of a measured interference signal, and is zero at a position on the optical fiber being measured that corresponds to a half of a sampling frequency in linearization means 51, 52.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波長掃引光源を用いて被測定光ファイバの歪み又は温度分布を測定する光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法に関し、特に、波長掃引光源の光周波数の掃引特性が直線でない場合において発生する誤差を補正する光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法に関する。   The present invention relates to an optical frequency domain reflection measurement apparatus and an optical frequency domain reflection measurement method for measuring distortion or temperature distribution of an optical fiber to be measured using a wavelength swept light source, and in particular, the optical frequency sweep characteristic of a wavelength swept light source is a straight line. The present invention relates to an optical frequency domain reflectometry apparatus and an optical frequency domain reflectometry method for correcting an error that occurs in a case where the frequency is not.

<基本構成>
従来から、光周波数領域反射測定法(Optical Frequency Domain Reflectometry;OFDR)を用いた光ファイバの歪みや温度の測定が行なわれている。従来の光周波数領域反射測定法の基本構成を図31(a)に示す。掃引光源1は、時間に対して光周波数が直線的に変化するように波長掃引された光を出力する。測定干渉計4は、入力された光を2つに分岐し、一方の光を測定干渉計4に含まれる被測定光ファイバに入力し、被測定光ファイバからの反射光と他方の光(基準光)とを合波して出力する。
<Basic configuration>
Conventionally, strain and temperature of an optical fiber have been measured using an optical frequency domain reflectometry (OFDR). A basic configuration of a conventional optical frequency domain reflection measurement method is shown in FIG. The swept light source 1 outputs light that has been wavelength swept so that the optical frequency changes linearly with time. The measurement interferometer 4 branches the input light into two, inputs one light to the optical fiber to be measured included in the measurement interferometer 4, and reflects the reflected light from the optical fiber to be measured and the other light (reference light) Light) and output.

例えば、図31(b)に示すように、入力光は光カプラ41で2つに分岐され、一方の光が光サーキュレータ42の第1端子42aに入力される。光サーキュレータ42の第1端子42aに入力された光は第2端子42bから出力され、被測定光ファイバ43に入力される。被測定光ファイバ43からの反射光は光サーキュレータ42の第2端子42bに入力され、第3端子42cから出力される。光サーキュレータ42の第3端子42cから出力された光と、光カプラ41で分岐した他方の光(基準光)とは光カプラ45で合波されて出力される。   For example, as shown in FIG. 31 (b), the input light is branched into two by the optical coupler 41, and one light is input to the first terminal 42 a of the optical circulator 42. The light input to the first terminal 42 a of the optical circulator 42 is output from the second terminal 42 b and input to the measured optical fiber 43. The reflected light from the measured optical fiber 43 is input to the second terminal 42b of the optical circulator 42 and output from the third terminal 42c. The light output from the third terminal 42 c of the optical circulator 42 and the other light (reference light) branched by the optical coupler 41 are combined by the optical coupler 45 and output.

測定干渉計4から出力される光は受光器11に入力される。受光器11は、入力された光をその強度に比例した電気信号に変換する。これにより、被測定光ファイバ43からの反射光と基準光の干渉によるビートが電気信号として出力される。受光器11から出力される電気信号はA/D変換器12によりディジタル信号に変換され、フーリエ変換部60にてフーリエ変換が行なわれる。   The light output from the measurement interferometer 4 is input to the light receiver 11. The light receiver 11 converts the input light into an electrical signal proportional to the intensity. Thereby, the beat due to the interference between the reflected light from the optical fiber 43 to be measured and the reference light is output as an electric signal. The electrical signal output from the light receiver 11 is converted into a digital signal by the A / D converter 12, and Fourier transform is performed by the Fourier transform unit 60.

図32(a)に示すように、被測定光ファイバ43にA点、B点、C点の3つの反射点を想定し、被測定光ファイバ43の近端O点から各点までの距離をそれぞれL,L,Lとする。光カプラ41から出力され被測定光ファイバ43の近端O点で反射して光カプラ45に到達する光の光路長と、光カプラ41から出力され光カプラ45に到達する基準光の光路長とを等しくすると、被測定光ファイバ43のA点で反射した光は基準光に比べてt=2nL/cだけ時間が遅れて光カプラ45で基準光と合波される。 As shown in FIG. 32A, assuming that the measurement optical fiber 43 has three reflection points, point A, point B, and point C, the distance from the near-end O point of the measurement optical fiber 43 to each point is determined. each L a, L B, and L C. The optical path length of the light output from the optical coupler 41 and reflected at the near end O point of the measured optical fiber 43 and reaching the optical coupler 45, and the optical path length of the reference light output from the optical coupler 41 and reaching the optical coupler 45 Are equal to each other, the light reflected at the point A of the optical fiber 43 to be measured is combined with the reference light by the optical coupler 45 with a time delay of t A = 2nL A / c compared to the reference light.

ここで、nは被測定光ファイバ43の屈折率、cは光速である。同様にB点、C点で反射した光はt=2nL/c,t=2nL/cだけ時間が遅れる。例えば光カプラ45の入力端子の位置における、基準光の光周波数ν、A点からの反射光の光周波数ν、B点からの反射光の光周波数ν、C点からの反射光の光周波数νの時間変化はそれぞれ図32(b)のようになる。掃引光源1の出力光の単位時間当たりの光周波数変化量をSとすると、A点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数fは、下記の式(1)で示される。

Figure 2018185278
Here, n is the refractive index of the optical fiber 43 to be measured, and c is the speed of light. Similarly, the light reflected at the points B and C is delayed by t B = 2nL B / c and t C = 2nL C / c. For example, at the position of the input terminal of the optical coupler 45, the optical frequency ν R of the reference light, the optical frequency ν A of the reflected light from the point A , the optical frequency ν B of the reflected light from the point B , and the reflected light from the C point The time change of the optical frequency ν C is as shown in FIG. When the optical frequency change amount per unit time of the output light of the sweep light source 1 is S, the beat frequency f A due to the interference between the reflected light from the point A and the reference light is expressed by the following formula (1).
Figure 2018185278

同様に、B点及びC点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数は、下記の式(2)及び式(3)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Similarly, the beat frequency due to the interference between the reflected light from the points B and C and the reference light is expressed by the following equations (2) and (3).
Figure 2018185278
Figure 2018185278

よって、A/D変換器12により変換されたディジタル信号をフーリエ変換すると、図32(c)のように距離L,L,Lに比例した周波数f,f,fのビート信号が観測される。なお、各点での反射率は十分小さいと仮定し、多重反射は無視している。以上のように、光周波数領域反射測定法によって、被測定光ファイバ43の長手方向の反射光分布を測定することができる。 Therefore, when the digital signal converted by the A / D converter 12 is Fourier-transformed, beats of frequencies f A , f B , and f C proportional to the distances L A , L B , and L C as shown in FIG. A signal is observed. It is assumed that the reflectance at each point is sufficiently small, and multiple reflections are ignored. As described above, the reflected light distribution in the longitudinal direction of the measured optical fiber 43 can be measured by the optical frequency domain reflection measurement method.

<線形化処理を含む構成>
光周波数領域反射測定法では、時間に対して光周波数が直線的に変化する掃引光源が必要であるが、実際の光源では掃引特性に直線からのずれが存在する。特に機械的に波長を掃引する外部共振器レーザの場合は、完全に直線的に光周波数を変化させることが難しい。
<Configuration including linearization processing>
The optical frequency domain reflection measurement method requires a swept light source in which the light frequency changes linearly with respect to time, but the actual light source has a deviation from the straight line in the sweep characteristics. In particular, in the case of an external cavity laser that mechanically sweeps the wavelength, it is difficult to change the optical frequency completely linearly.

掃引光源による波長掃引には、例えば、時間に対して光の波長が直線的に変化する掃引や、光の波長が正弦波的に変化する掃引がある。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引を得ることができるが、使用可能な波長範囲が狭くなる問題があった。このため、被測定光ファイバを含む測定干渉計とは別の補助干渉計を用意し、波長掃引の非線形性を補正する手法が従来から提案されている。   The wavelength sweep by the sweep light source includes, for example, a sweep in which the light wavelength changes linearly with time and a sweep in which the light wavelength changes sinusoidally. In the case of a sine wave sweep, it is possible to obtain a sweep that is close to a straight line by using only a region of the sine wave that is relatively close to a straight line, but there is a problem that the usable wavelength range becomes narrow. . For this reason, a method has been conventionally proposed in which an auxiliary interferometer different from the measurement interferometer including the optical fiber to be measured is prepared and the nonlinearity of the wavelength sweep is corrected.

線形化処理を含む光周波数領域反射測定法の構成を図33(a)に示す。光分岐部2は、掃引光源1からの光を2つに分岐し、補助干渉計3と測定干渉計4にそれぞれ入力する。   The configuration of the optical frequency domain reflection measurement method including the linearization processing is shown in FIG. The light branching unit 2 branches the light from the sweep light source 1 into two and inputs the light to the auxiliary interferometer 3 and the measurement interferometer 4 respectively.

補助干渉計3は、入力された光を2つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて合波する。例えば、図33(b)に示すように、補助干渉計3への入力光は光カプラ31aで2つに分岐され、一方は所定の長さの遅延ファイバ32を経由し、他方は遅延ファイバ無しの光ファイバ33を経由し、それぞれ光カプラ34に入力され合波される。   The auxiliary interferometer 3 branches the input light into two, and multiplexes them by giving different delay times. For example, as shown in FIG. 33B, the input light to the auxiliary interferometer 3 is branched into two by an optical coupler 31a, one via a delay fiber 32 of a predetermined length, and the other without a delay fiber. Are respectively input to the optical coupler 34 and multiplexed.

線形化手段5は、補助干渉計3の出力信号を用いて、測定干渉計4の出力信号に対して掃引光源1の波長掃引の非線形性を補正する線形化処理を行なう。例えば、図33(c)に示すように、補助干渉計3の出力が受光器11aで電気信号に変換されると、掃引光源1の掃引速度に比例した周波数の正弦波のビート信号が得られる。   The linearization means 5 performs linearization processing for correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source 1 on the output signal of the measurement interferometer 4 using the output signal of the auxiliary interferometer 3. For example, as shown in FIG. 33 (c), when the output of the auxiliary interferometer 3 is converted into an electrical signal by the light receiver 11a, a sine wave beat signal having a frequency proportional to the sweep speed of the sweep light source 1 is obtained. .

サンプリングタイミング算出手段13は、前記正弦波のビート信号の位相が一定間隔となるタイミングを出力する。例えば、コンパレータで前記正弦波のゼロクロス点を検出すると、コンパレータ出力の立上りは前記正弦波の位相が2πの間隔となる。   The sampling timing calculation means 13 outputs a timing at which the phase of the sine wave beat signal is at a constant interval. For example, when the zero cross point of the sine wave is detected by the comparator, the rising edge of the comparator output has an interval of 2π in the phase of the sine wave.

サンプリング手段15は、サンプリングタイミング算出手段13からのタイミングに遅延付加手段14により所定の遅延時間δtが付加されたタイミングで、受光器11bで電気信号に変換された測定干渉計4の出力をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。   The sampling means 15 samples the output of the measurement interferometer 4 converted into an electrical signal by the light receiver 11b at a timing when a predetermined delay time δt is added by the delay adding means 14 to the timing from the sampling timing calculating means 13. Convert to digital signal.

図33(c)では、サンプリングタイミング算出手段13の出力に応じてサンプリング手段15でA/D変換する構成を示したが、一定のサンプリング周波数で測定干渉計4の出力をA/D変換した後に、ディジタル処理にてサンプリングタイミング算出手段13のタイミングに応じたリサンプリングを行なう構成でも同様の効果が得られる。また、サンプリングタイミング算出手段13についても、補助干渉計3の出力信号をA/D変換した後にディジタル処理にて正弦波の位相が一定間隔となるタイミングを検出するようにしてもよい。なお、ディジタル処理でサンプリングタイミングを算出する場合には、検出する位相間隔を2π以外の任意の値にすることも容易にできる。   FIG. 33 (c) shows a configuration in which the sampling means 15 performs A / D conversion according to the output of the sampling timing calculation means 13, but after the output of the measurement interferometer 4 is A / D converted at a constant sampling frequency. The same effect can be obtained by a configuration in which resampling is performed in accordance with the timing of the sampling timing calculation means 13 by digital processing. Further, the sampling timing calculation means 13 may detect the timing at which the phase of the sine wave becomes a constant interval by digital processing after the output signal of the auxiliary interferometer 3 is A / D converted. When the sampling timing is calculated by digital processing, the phase interval to be detected can be easily set to an arbitrary value other than 2π.

定性的には、掃引光源1の掃引速度が速い場合には補助干渉計3の出力のビート周波数が高くなるため、線形化手段5は、高頻度で測定干渉計4の出力信号をサンプリングする。一方、掃引光源1の掃引速度が遅い場合には補助干渉計3の出力のビート周波数が低くなるため、線形化手段5は、低頻度で測定干渉計4の出力信号をサンプリングする。これにより、測定干渉計4から掃引速度が一定の場合に相当する測定信号を得ることができる。   Qualitatively, since the beat frequency of the output of the auxiliary interferometer 3 increases when the sweep speed of the sweep light source 1 is high, the linearization means 5 samples the output signal of the measurement interferometer 4 at a high frequency. On the other hand, when the sweep speed of the sweep light source 1 is slow, the beat frequency of the output of the auxiliary interferometer 3 becomes low, and the linearization means 5 samples the output signal of the measurement interferometer 4 at a low frequency. Thereby, a measurement signal corresponding to the case where the sweep speed is constant can be obtained from the measurement interferometer 4.

定量的には、非特許文献1に示されているように、遅延付加手段14による遅延時間をδt=τ/2に設定すると1次の誤差項がキャンセルされ、掃引速度の非線形性による誤差が低減される。ここで、τは補助干渉計3の2つの光路の遅延時間差である。以降、非線形掃引による1次の誤差項のみを取り扱う。線形化手段5により波長掃引の非線形性が補正された測定干渉計4からの測定信号はフーリエ変換部60でフーリエ変換され、光周波数領域反射測定法の測定結果が得られる。   Quantitatively, as shown in Non-Patent Document 1, when the delay time by the delay adding means 14 is set to δt = τ / 2, the first-order error term is canceled, and the error due to the nonlinearity of the sweep speed is eliminated. Reduced. Here, τ is the delay time difference between the two optical paths of the auxiliary interferometer 3. Hereinafter, only the first-order error term due to nonlinear sweep is handled. The measurement signal from the measurement interferometer 4 in which the nonlinearity of the wavelength sweep is corrected by the linearization means 5 is Fourier-transformed by the Fourier transform unit 60, and the measurement result of the optical frequency domain reflection measurement method is obtained.

<光周波数領域反射測定法の応用>
被測定光ファイバ43においては、レイリー散乱又は被測定光ファイバ43に設けられたファイバブラッグ回折格子(FBG)によって、長手方向で連続的に光が反射する。被測定光ファイバ43の長手方向に歪みが加わると、レイリー散乱又はFBGによる反射光の位相が変化する。このため、光周波数領域反射測定法によって得られた周波数領域のビート信号の位相を観測することにより、被測定光ファイバ43の微小な歪みの長手方向の分布を測定することができる。
<Application of optical frequency domain reflectometry>
In the measured optical fiber 43, light is continuously reflected in the longitudinal direction by Rayleigh scattering or a fiber Bragg diffraction grating (FBG) provided in the measured optical fiber 43. When distortion is applied in the longitudinal direction of the optical fiber 43 to be measured, the phase of light reflected by Rayleigh scattering or FBG changes. Therefore, by observing the phase of the beat signal in the frequency domain obtained by the optical frequency domain reflection measurement method, it is possible to measure the longitudinal distribution of minute distortions in the optical fiber 43 to be measured.

被測定光ファイバ43の温度が変化すると、被測定光ファイバ43の長手方向に歪みが加わった場合と同様に、レイリー散乱又はFBGによる反射光の位相が変化する。このため、光周波数領域反射測定法によって得られた周波数領域のビート信号の位相を観測することにより、被測定光ファイバ43の歪みの代わりに長手方向の温度分布を測定することもできる。   When the temperature of the optical fiber 43 to be measured changes, the phase of the reflected light due to Rayleigh scattering or FBG changes as in the case where distortion is applied in the longitudinal direction of the optical fiber 43 to be measured. Therefore, by observing the phase of the beat signal in the frequency domain obtained by the optical frequency domain reflection measurement method, the temperature distribution in the longitudinal direction can be measured instead of the distortion of the optical fiber 43 to be measured.

特許文献1には、複数のコアを持ったマルチコアファイバを使用して、光周波数領域反射測定法により被測定光ファイバの位置又は形状を測定する方法が示されている。特許文献1においても、レーザ監視ネットワーク中の干渉計からの信号を用いて質問器ネットワークからの信号に対してレーザの掃引の非線形性を補正するようになっており、微小な歪みを精度良く測定するために波長掃引の非線形補正が必要である。   Patent Document 1 discloses a method of measuring the position or shape of an optical fiber to be measured by an optical frequency domain reflection measurement method using a multi-core fiber having a plurality of cores. Also in Patent Document 1, the non-linearity of the laser sweep is corrected with respect to the signal from the interrogator network using the signal from the interferometer in the laser monitoring network, and minute distortion is accurately measured. Therefore, nonlinear correction of the wavelength sweep is necessary.

特表2013−505441号公報Special table 2013-505441 gazette

Eric D. Moore and Robert R. McLeod, "Correction of sampling errors due to laser tuning rate fluctuations in swept-wavelength interferometry," Optics Express, vol. 16, no. 17, pp. 13139 - 13149, 2008.Eric D. Moore and Robert R. McLeod, "Correction of sampling errors due to laser tuning rate fluctuations in swept-wavelength interferometry," Optics Express, vol. 16, no. 17, pp. 13139-13149, 2008.

光周波数の掃引特性が直線でない場合において発生する誤差は、非特許文献1の手法によって補正することができる。しかしながら、非特許文献1の手法によって補正できるのは、設定された特定の遅延時間δtに対応した周波数の測定干渉計からのビート信号に限られる。つまり、所定の長さの被測定光ファイバの歪み分布を測定する場合は、特定の遅延時間δtに対応する被測定光ファイバの特定の位置においてのみ誤差を補正することができ、それ以外の位置では誤差を補正する効果が低くなるという問題があった。特に被測定光ファイバが長い場合、特定の位置から遠く離れた位置では誤差が大きくなるという問題があった。   An error that occurs when the optical frequency sweep characteristic is not a straight line can be corrected by the method of Non-Patent Document 1. However, what can be corrected by the method of Non-Patent Document 1 is limited to a beat signal from a measurement interferometer having a frequency corresponding to a set specific delay time δt. That is, when measuring the strain distribution of the optical fiber to be measured having a predetermined length, the error can be corrected only at a specific position of the optical fiber to be measured corresponding to the specific delay time δt. However, there is a problem that the effect of correcting the error is low. In particular, when the optical fiber to be measured is long, there is a problem that the error becomes large at a position far from a specific position.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることが可能な光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a conventional problem, and is an optical frequency domain reflection measuring apparatus capable of improving the measurement accuracy of strain or temperature distribution over a wide range of an optical fiber to be measured. And it aims at providing the optical frequency domain reflection measuring method.

上記課題を解決するために、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計と、前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化手段であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化手段と、前記第1及び第2の線形化手段からの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加する第1及び第2の重みフィルタと、前記第1及び第2の重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、z≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、かつ、前記zにおいて零である構成である。 In order to solve the above-described problems, an optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present invention includes a sweep light source that outputs wavelength-swept light as output light, and a part of the output light from the sweep light source as a delay fiber. An auxiliary interferometer that inputs and outputs as an auxiliary interference signal by interfering with the light output from the delay fiber and another part of the output light from the sweep light source, and the output light from the sweep light source Is input to the optical fiber to be measured, and the reflected light reflected by the optical fiber to be measured interferes with another part of the output light from the swept light source to output as a measurement interference signal An interferometer and first and second linearization means for outputting, as output signals, signals obtained by correcting nonlinearity of wavelength sweep of the swept light source with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal, The auxiliary The first and second linearization means each having a delay time for providing two different relative time differences between the interference signal and the measurement interference signal; and two from the first and second linearization means The first and second weight filters for adding the first and second weight characteristics to the output signal, and the two output signals to which the first and second weight characteristics are added are added to the Fourier signal. And an addition / Fourier transform means for outputting a converted frequency domain signal, wherein z 0 is a position on the measured optical fiber corresponding to a zero frequency of the output signal. Corresponding to the delay times of the first and second linearization means, and the position on the optical fiber to be measured where the error of the two output signals due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source is minimized. Each And 1 and z 2, the position on the optical fiber to be measured corresponding to half the frequency of the sampling frequency of the output signal and z n, said first and second weighting characteristics, the optical fiber to be measured A weight characteristic A that is defined in z 1 ≦ z ≦ z 2 and changes linearly with respect to z, z 0 ≦ z <z 1 , and z 2 <z ≦ z, with the upper position z as a variable. a weight characteristic B defined in n , and the differential value of the amplitude of the weight characteristic B with respect to z is continuous with the differential value of the amplitude of the weight characteristic A with respect to z in z 1 and z 2 . , And zero at z 0 and zero at z n .

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   With this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention can correct the nonlinearity of the wavelength sweep and improve the measurement accuracy of strain or temperature distribution over a wide range of the optical fiber to be measured.

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。   Also, with this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention can realize a weight filter with a small amplitude error from a desired weight characteristic with an FIR digital filter with a small number of taps, and with a small amount of calculation. The nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source can be reduced.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記第1及び第2の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタであってもよい。   In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, the first and second weight filters may be FIR filters having a filter delay time that is an integral multiple of the reciprocal of the sampling frequency.

この場合、第1及び第2の線形化手段の出力信号のサンプリング周波数の1/2での周波数特性の折り返し点において、第1及び第2の重みフィルタの周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性を有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。   In this case, the continuity of the phase of the frequency characteristics of the first and second weighting filters is maintained at the turning point of the frequency characteristics at half the sampling frequency of the output signal of the first and second linearization means. Therefore, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present invention can accurately realize a weighting filter having a desired weighting characteristic with an FIR filter.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Bの振幅は、前記zにおいて零であってもよい。 Further, in the optical frequency domain reflectometry apparatus in accordance with the present invention, the amplitude of the weight characteristic B may be zero in the z n.

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、第1及び第2の重みフィルタの遅延時間にかかわらず、サンプリング周波数の1/2での周波数特性の折り返し点において、振幅値及び振幅の微分値が連続となるため、所望の重み特性を有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。   With this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention is capable of measuring the amplitude value and the amplitude at the turning point of the frequency characteristic at half the sampling frequency regardless of the delay times of the first and second weight filters. Therefore, a weighting filter having a desired weighting characteristic can be realized with high accuracy by the FIR filter.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計と、前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化手段であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化手段と、前記第1及び第2の線形化手段からの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加する第1及び第2の重みフィルタと、前記第1及び第2の重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、z≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、前記重み特性Bの振幅は、前記zにおいて零である構成である。 Further, the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present invention includes a sweep light source that outputs wavelength-swept light as output light, a part of the output light from the sweep light source is input to a delay fiber, and the delay fiber An auxiliary interferometer that interferes with the light output from the sweep light source and another part of the output light from the swept light source and outputs it as an auxiliary interference signal; and measures a part of the output light from the swept light source A measurement interferometer that inputs to an optical fiber and causes reflected light reflected by the optical fiber to be measured to interfere with another part of the output light from the swept light source and output as a measurement interference signal; and the auxiliary First and second linearization means for outputting, as output signals, signals obtained by correcting nonlinearity of wavelength sweeping of the swept light source with respect to the measurement interference signal using an interference signal, the auxiliary interference signal and Measurement For the first and second linearization means each having a delay time for providing two different relative time differences between the signals, and for the two output signals from the first and second linearization means The first and second weight filters that respectively add the first and second weight characteristics, and the two output signals to which the first and second weight characteristics are added are added to the Fourier transform of the frequency domain. And an addition / Fourier transform means for outputting a signal, wherein the position on the measured optical fiber corresponding to the zero frequency of the output signal is z 0, and the first and first The positions on the optical fiber to be measured corresponding to the delay times of the two linearization means and where the error between the two output signals due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source is minimized are z 1 and z 2 , respectively. age, The position on the optical fiber to be measured corresponding to 1/2 of the sampling frequency of the serial output signal and z n, said first and second weighting characteristic variables the position z on the optical fiber to be measured Defined as z 1 ≦ z ≦ z 2 , weight characteristics A changing linearly with respect to z, and weights defined as z 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n The differential value of the weighting characteristic B with respect to z is continuous with the differential value of the weighting characteristic A with respect to z at z 1 and z 2 and z 0. And the amplitude of the weight characteristic B is zero at z n .

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   With this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention can correct the nonlinearity of the wavelength sweep and improve the measurement accuracy of strain or temperature distribution over a wide range of the optical fiber to be measured.

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。   Also, with this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention can realize a weight filter with a small amplitude error from a desired weight characteristic with an FIR digital filter with a small number of taps, and with a small amount of calculation. The nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source can be reduced.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記第1及び第2の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍+1/2倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタであってもよい。   In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, the first and second weight filters may be FIR filters having a filter delay time that is an integral multiple of an inverse of the sampling frequency +1/2. Good.

この場合、第1及び第2の線形化手段の出力信号のサンプリング周波数の1/2での周波数特性の折り返し点において、第1及び第2の重みフィルタの周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性を有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。   In this case, the continuity of the phase of the frequency characteristics of the first and second weighting filters is maintained at the turning point of the frequency characteristics at half the sampling frequency of the output signal of the first and second linearization means. Therefore, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present invention can accurately realize a weighting filter having a desired weighting characteristic with an FIR filter.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記zにおいて、前記第1の重みフィルタの前記重み特性Bの振幅が1であり、かつ、前記第2の重みフィルタの前記重み特性Bの振幅が零であってもよい。 In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, the amplitude of the weight characteristic B of the first weight filter is 1 at the z 0 and the weight characteristic of the second weight filter. The amplitude of B may be zero.

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、z付近で、波長掃引の非線形性を低減するとともに、零周波数付近で、重みフィルタの処理による雑音の増大や演算に必要なダイナミックレンジの増大を抑えることができる。 With this configuration, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention reduces the nonlinearity of the wavelength sweep near z 1 and also increases the dynamic noise necessary for weight increase filter processing and computation near the zero frequency. Increase in range can be suppressed.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Bの振幅が、前記zを変数とする三角関数で表されるものであってもよい。   Moreover, in the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present invention, the amplitude of the weight characteristic B may be represented by a trigonometric function having z as a variable.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Bにおいては、z≦z<z、又は、z<z≦zの少なくとも一方が2つの領域に分割されており、前記重み特性Bの振幅は、前記2つの領域において前記zを変数とする三角関数でそれぞれ表され、かつ、前記2つの領域の三角関数の周期が等しく設定されていてもよい。 In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, in the weight characteristic B, at least one of z 0 ≦ z <z 1 or z 2 <z ≦ z n is divided into two regions. The amplitude of the weight characteristic B may be expressed by a trigonometric function having z as a variable in each of the two regions, and the period of the trigonometric function in the two regions may be set equal.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Bの振幅が、前記zを変数とする2次関数で表されるものであってもよい。   In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, the amplitude of the weight characteristic B may be represented by a quadratic function with z as a variable.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Bにおいては、z≦z<z、又は、z<z≦zの少なくとも一方が2つ又は3つの領域に分割されており、前記重み特性Bの振幅は、前記2つ又は3つの領域において前記zを変数とする2次関数でそれぞれ表され、かつ、前記2つ又は3つの領域の2次関数の2階微分値が等しく設定されていてもよい。 In the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present invention, in the weighting characteristic B, at least one of z 0 ≦ z <z 1 or z 2 <z ≦ z n is in two or three regions. The amplitude of the weight characteristic B is expressed by a quadratic function having the variable z in the two or three regions, and 2 of the quadratic function of the two or three regions. The second order differential values may be set equal.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、掃引光源から波長掃引された光を出力光として出力するステップと、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力するステップと、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力するステップと、前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化ステップであって、前記第1及び第2の線形化ステップは、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化ステップと、前記第1及び第2の線形化ステップからの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加するステップと、前記第1及び第2の重み特性を付加するステップにより重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力するステップと、を含む光周波数領域反射測定方法であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、前記第1及び第2の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、z≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、かつ、前記zにおいて零である。 Further, the optical frequency domain reflection measurement method according to the present invention includes a step of outputting, as output light, light that has been wavelength-swept from a swept light source, and a part of the output light from the swept light source is input to a delay fiber, A step of causing the light output from the delay fiber to interfere with another part of the output light from the swept light source and outputting as an auxiliary interference signal; and measuring a part of the output light from the swept light source A step of causing the reflected light that is input to the optical fiber and reflected by the optical fiber to be measured to interfere with another part of the output light from the swept light source to be output as a measurement interference signal; and the auxiliary interference signal First and second linearization steps for outputting, as output signals, signals obtained by correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source with respect to the measurement interference signal using the first and second steps, respectively, The linearization step includes the first and second linearization steps each having a delay time for providing two different relative time differences between the auxiliary interference signal and the measurement interference signal, and the first and second linearization steps. Two weight characteristics are added by adding a first weight characteristic and a second weight characteristic to the two output signals from the linearization step, and adding a first weight characteristic and a second weight characteristic, respectively. Adding the output signal and outputting a Fourier-transformed frequency domain signal, comprising the steps of: measuring a position on the optical fiber under measurement corresponding to the zero frequency of the output signal; and z 0, corresponding to each of said delay time of said first and second linearization means, error of two of the output signal due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source is minimum the The position on the measuring optical fiber and z 1 and z 2, respectively, the position on the optical fiber to be measured corresponding to half the frequency of the sampling frequency of the output signal and z n, said first and second The weight characteristic is defined as z 1 ≦ z ≦ z 2 with the position z on the optical fiber to be measured as a variable, and the weight characteristic A changes linearly with respect to z, and z 0 ≦ z <z 1. And a weight characteristic B defined in z 2 <z ≦ z n , and the differential value of the amplitude of the weight characteristic B with respect to z is the amplitude of the weight characteristic A in z 1 and z 2 . It is continuous with the derivative value with respect to z, is zero at z 0 , and is zero at z n .

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   With this configuration, the optical frequency domain reflection measurement method according to the present invention can correct the nonlinearity of the wavelength sweep and improve the measurement accuracy of strain or temperature distribution over a wide range of the optical fiber to be measured.

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。   In addition, with this configuration, the optical frequency domain reflection measurement method according to the present invention can realize a weight filter with a small amplitude error from a desired weight characteristic with an FIR digital filter with a small number of taps, and with a small amount of calculation. The nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source can be reduced.

本発明は、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることが可能な光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法を提供する。   The present invention provides an optical frequency domain reflection measurement apparatus and an optical frequency domain reflection measurement method capable of improving the measurement accuracy of strain or temperature distribution over a wide range of an optical fiber to be measured.

本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える補助干渉計の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the auxiliary interferometer with which the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is provided. 本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える測定干渉計の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the measurement interferometer with which the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is provided. 本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える偏波ダイバーシティ方式で受光する場合の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure in the case of light-receiving by the polarization diversity system with which the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention is equipped. 第1の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on 1st Embodiment. 重みフィルタによる重みの設定の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the setting of the weight by a weight filter. 被測定光ファイバの測定範囲の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the measurement range of a to-be-measured optical fiber. 重みフィルタとしてのFIRフィルタの構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the FIR filter as a weighting filter. 振幅を0〜1に制限した重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter which limited the amplitude to 0-1. 振幅を0〜1に制限した重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer + 1/2 sample delay) of the weighting filter which limited the amplitude to 0-1. 全帯域直線の重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weight filter of all the band straight lines. 全帯域直線の重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weight filter of all the bands straight line. 第1の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 1st Embodiment. 第1の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 1st Embodiment. 第1の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 1st Embodiment. 第1の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 1st Embodiment. 第2の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 3rd Embodiment. 第3の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 3rd Embodiment. 第4の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 4th Embodiment. 第4の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 4th Embodiment. 第4の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the trigonometric function of 4th Embodiment. 第4の実施形態の2次関数を用いた重みフィルタの周波数特性(整数+1/2サンプル遅延)を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic (integer +1/2 sample delay) of the weighting filter using the quadratic function of 4th Embodiment. 第4の実施形態の重みフィルタの周波数特性のバリエーションを示すグラフである。It is a graph which shows the variation of the frequency characteristic of the weighting filter of 4th Embodiment. 第1〜第4の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置による光周波数領域反射測定方法の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the optical frequency domain reflection measuring method by the optical frequency domain reflection measuring apparatus which concerns on 1st-4th embodiment. 従来の光周波数領域反射測定方法の基本構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the basic composition of the conventional optical frequency domain reflection measuring method. 3つの反射点を想定した場合の従来の光周波数領域反射測定方法の基本動作の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the basic operation | movement of the conventional optical frequency domain reflection measuring method at the time of assuming three reflection points. 線形化処理を含む従来の光周波数領域反射測定方法の構成の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the conventional optical frequency domain reflection measuring method including a linearization process.

以下、本発明に係る光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法の実施形態について、図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of an optical frequency domain reflection measurement apparatus and an optical frequency domain reflection measurement method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

<構成>
図1に本発明に係る光周波数領域反射測定装置の基本構成を示す。光周波数領域反射測定装置は、掃引光源1と、光分岐部2と、補助干渉計3と、測定干渉計4と、第1の線形化手段51と、第2の線形化手段52と、第1の重みフィルタ61と、第2の重みフィルタ62と、加算・フーリエ変換手段7と、を備える。
<Configuration>
FIG. 1 shows a basic configuration of an optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present invention. The optical frequency domain reflection measurement apparatus includes a swept light source 1, an optical branching unit 2, an auxiliary interferometer 3, a measurement interferometer 4, a first linearization unit 51, a second linearization unit 52, and a first linearization unit 52. 1 weight filter 61, second weight filter 62, and addition / Fourier transform means 7.

掃引光源1は、規定された掃引波長範囲及び掃引速度で出力光の波長を掃引する。波長の掃引は単発でもよく、所定の周期での繰返し掃引でもよく、図示しない外部からのトリガ信号に応じた掃引でもよい。また、掃引方向は長波長から短波長への掃引でも、短波長から長波長への掃引でもよく、両方向の掃引を利用してもよい。例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子又はミラーの角度を変えて共振波長を変えることにより発振波長を掃引することができる。   The sweep light source 1 sweeps the wavelength of the output light within a prescribed sweep wavelength range and sweep speed. The wavelength may be swept one time, may be repeatedly swept in a predetermined cycle, or may be a sweep according to an external trigger signal (not shown). The sweep direction may be a sweep from a long wavelength to a short wavelength, a sweep from a short wavelength to a long wavelength, or a sweep in both directions may be used. For example, in an external cavity laser using a diffraction grating, the oscillation wavelength can be swept by changing the resonance wavelength by changing the angle of the diffraction grating or the mirror.

光周波数領域反射測定法では、時間に対して光周波数が完全に直線的に変化する掃引が理想であるが、実際には掃引光源の掃引特性には直線からのずれが存在する。掃引光源による波長掃引には、例えば、時間に対して光の波長が直線的に変化する掃引や、光の波長が正弦波的に変化する掃引がある。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引とみなすことができる。   In the optical frequency domain reflection measurement method, a sweep in which the optical frequency changes completely linearly with respect to time is ideal, but in reality, there is a deviation from the straight line in the sweep characteristic of the sweep light source. The wavelength sweep by the sweep light source includes, for example, a sweep in which the light wavelength changes linearly with time and a sweep in which the light wavelength changes sinusoidally. In the case of a sinusoidal sweep, by using only a region of a sine wave that is relatively close to a straight line, it can be regarded as a sweep that is close to a straight line.

光分岐部2は、掃引光源1からの光を2つに分岐し、補助干渉計3と測定干渉計4にそれぞれ入力する。ここでは、光分岐部2で掃引光源1からの光を2つに分岐した後、補助干渉計3と測定干渉計4でそれぞれ更に2分岐するという構成を示しているが、これに限られるものではなく、分岐の順序を逆にしたり、一度に4分岐したりする構成でもよい。   The light branching unit 2 branches the light from the sweep light source 1 into two and inputs the light to the auxiliary interferometer 3 and the measurement interferometer 4 respectively. Here, the light branching unit 2 splits the light from the sweep light source 1 into two, and then the auxiliary interferometer 3 and the measurement interferometer 4 each further split into two. However, the present invention is limited to this. Instead, a configuration in which the order of branching is reversed or four branches at a time may be employed.

補助干渉計3は、入力された光を2つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて合波する。例えば、図2に示すように、補助干渉計3への入力光は光カプラ31bで2つに分岐され、一方は所定の長さの遅延ファイバ32を経由し、ファラデーミラー35で反射されて同経路を逆方向に伝搬する。また、他方は遅延ファイバ無しの光ファイバ33を経由し、ファラデーミラー36で反射されて同経路を逆方向に伝搬する。ファラデーミラー35,36で反射されたこれら2つの光は、光カプラ31bで合波されて補助干渉信号として、入力側と別のポートから出力される。   The auxiliary interferometer 3 branches the input light into two, and multiplexes them by giving different delay times. For example, as shown in FIG. 2, the input light to the auxiliary interferometer 3 is branched into two by an optical coupler 31b, one of which is reflected by a Faraday mirror 35 via a delay fiber 32 having a predetermined length. Propagate the path in the reverse direction. The other is transmitted through the optical fiber 33 without the delay fiber, reflected by the Faraday mirror 36, and propagates in the reverse direction on the same path. These two lights reflected by the Faraday mirrors 35 and 36 are combined by the optical coupler 31b and output as an auxiliary interference signal from a port different from the input side.

つまり、補助干渉計3は、掃引光源1からの出力光の一部を遅延ファイバ32に入力し、遅延ファイバ32から出力される光と、掃引光源1からの出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号を出力するようになっている。なお、光の強度に比例した電気信号を出力する受光器に補助干渉信号が入力されると、補助干渉信号が2乗検波され、干渉によるビート信号が得られる。なお、ファラデーミラー35,36を用いることにより、偏波保持ファイバや偏波コントローラを使用することなく合波時の2つの光の偏波を合わせることができる。   That is, the auxiliary interferometer 3 inputs a part of the output light from the sweep light source 1 to the delay fiber 32, and outputs the light output from the delay fiber 32 and another part of the output light from the sweep light source 1. The auxiliary interference signal is output by causing interference. When an auxiliary interference signal is input to a light receiver that outputs an electric signal proportional to the light intensity, the auxiliary interference signal is square-detected to obtain a beat signal due to interference. By using the Faraday mirrors 35 and 36, it is possible to match the polarizations of the two lights at the time of multiplexing without using a polarization maintaining fiber or a polarization controller.

測定干渉計4は、入力された光を2つに分岐し、一方の光を測定干渉計4に含まれる被測定光ファイバに入力する。そして、被測定光ファイバからの反射光と他方の光(基準光)とを合波して出力する。例えば、図3に示すように、測定干渉計4への入力光は光カプラ41で2つに分岐され、一方の光が光サーキュレータ42の第1端子42aに入力される。光サーキュレータ42の第1端子42aに入力された光は第2端子42bから出力され、被測定光ファイバ43に入力される。被測定光ファイバ43からの反射光は光サーキュレータ42の第2端子42bに入力され、第3端子42cから出力される。光サーキュレータ42の第3端子42cから出力された光と、光カプラ41で分岐した他方の光(基準光)とは光カプラ45で合波されて測定干渉信号として出力される。   The measurement interferometer 4 branches the input light into two, and inputs one light into the optical fiber to be measured included in the measurement interferometer 4. Then, the reflected light from the optical fiber to be measured and the other light (reference light) are combined and output. For example, as shown in FIG. 3, the input light to the measurement interferometer 4 is branched into two by the optical coupler 41, and one light is input to the first terminal 42 a of the optical circulator 42. The light input to the first terminal 42 a of the optical circulator 42 is output from the second terminal 42 b and input to the measured optical fiber 43. The reflected light from the measured optical fiber 43 is input to the second terminal 42b of the optical circulator 42 and output from the third terminal 42c. The light output from the third terminal 42c of the optical circulator 42 and the other light (reference light) branched by the optical coupler 41 are combined by the optical coupler 45 and output as a measurement interference signal.

つまり、測定干渉計4は、掃引光源1からの出力光の一部を被測定光ファイバ43に入力し、被測定光ファイバ43で反射された反射光と、掃引光源1からの出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号を出力するようになっている。なお、光の強度に比例した電気信号を出力する受光器に測定干渉信号が入力されると、測定干渉信号が2乗検波され、干渉によるビート信号が得られる。   That is, the measurement interferometer 4 inputs a part of the output light from the swept light source 1 to the measured optical fiber 43, and separates the reflected light reflected by the measured optical fiber 43 and the output light from the swept light source 1. A measurement interference signal is output by interfering with a part of the signal. When a measurement interference signal is input to a light receiver that outputs an electrical signal proportional to the light intensity, the measurement interference signal is square-detected to obtain a beat signal due to interference.

被測定光ファイバ43が通常の単一モードファイバの場合には、伝搬中に光の偏波が変化するため、被測定光ファイバ43上の反射位置によって反射光の偏波が異なる。この場合、図4に示すように測定干渉計4からの出力光を偏光ビームスプリッタ47で互いに直交する2つの偏波に分離し、それぞれを受光する偏波ダイバーシティ方式が用いられる。   When the measured optical fiber 43 is a normal single mode fiber, the polarization of the light changes during propagation, so the polarization of the reflected light varies depending on the reflection position on the measured optical fiber 43. In this case, as shown in FIG. 4, a polarization diversity method is used in which the output light from the measurement interferometer 4 is separated into two polarized waves orthogonal to each other by the polarization beam splitter 47 and each is received.

このとき、基準光が偏光ビームスプリッタ47の2つの偏光方向のいずれとも直交しないようにする必要があり、偏光ビームスプリッタ47で基準光の強度がほぼ1対1に分離されるのが望ましい。このため、少なくとも基準光の経路を偏波保持ファイバで構成するか、基準光の経路に偏波コントローラを挿入して基準光の偏波を調整する。   At this time, it is necessary to prevent the reference light from being orthogonal to either of the two polarization directions of the polarizing beam splitter 47, and it is desirable that the intensity of the reference light is separated approximately 1: 1 by the polarizing beam splitter 47. For this reason, at least the path of the reference light is configured by a polarization maintaining fiber, or the polarization controller is inserted into the path of the reference light to adjust the polarization of the reference light.

掃引光源1の光周波数が時間的に非線形に変化することにより、測定干渉計4の被測定光ファイバ43の所定の位置からの反射光と基準光との干渉によるビート周波数が時間的に変化する。第1の線形化手段51は、補助干渉計3からの補助干渉信号を用いて、測定干渉計4の被測定光ファイバ43の所定の位置からの反射光と基準光との干渉によるビート周波数が一定になるように、測定干渉計4からの測定干渉信号をサンプリングする。   When the optical frequency of the sweep light source 1 changes nonlinearly with time, the beat frequency due to interference between the reflected light from the predetermined position of the optical fiber 43 to be measured of the measurement interferometer 4 and the reference light changes with time. . The first linearization means 51 uses the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3 to determine the beat frequency due to the interference between the reflected light from the predetermined position of the optical fiber 43 to be measured of the measurement interferometer 4 and the reference light. The measurement interference signal from the measurement interferometer 4 is sampled so as to be constant.

具体的には、第1の線形化手段51は、補助干渉計3からの補助干渉信号のビート周波数に比例した周波数で、測定干渉計4からの測定干渉信号のビート信号をサンプリングする。すなわち、補助干渉計3からの補助干渉信号の正弦波の位相が一定間隔となる時刻で測定干渉計4からの測定干渉信号のビート信号がサンプリングされる。   Specifically, the first linearization means 51 samples the beat signal of the measurement interference signal from the measurement interferometer 4 at a frequency proportional to the beat frequency of the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3. That is, the beat signal of the measurement interference signal from the measurement interferometer 4 is sampled at a time when the phase of the sine wave of the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3 is a constant interval.

第2の線形化手段52は、第1の線形化手段51と同様の構成であり、補助干渉計3からの補助干渉信号の正弦波の位相が一定間隔となる時刻で測定干渉計4からの測定干渉信号のビート信号をサンプリングする。これにより、第1の線形化手段51と第2の線形化手段52は、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源1の波長掃引の非線形性を補正したビート信号をそれぞれ出力することが可能になっている。   The second linearization means 52 has the same configuration as the first linearization means 51, and the measurement signal from the measurement interferometer 4 at a time when the phase of the sine wave of the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3 becomes a constant interval. The beat signal of the measurement interference signal is sampled. Thereby, the first linearization means 51 and the second linearization means 52 respectively output beat signals obtained by correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source 1 with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal. It is possible.

ここで、第1の線形化手段51と第2の線形化手段52は、補助干渉計3からの補助干渉信号と測定干渉計4からの測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持っている。具体的には、第1の線形化手段51と第2の線形化手段52は、補助干渉計3からの補助干渉信号と測定干渉計4からの測定干渉信号の少なくともどちらか一方を遅延させる構成になっており、その遅延時間が第1の線形化手段51と第2の線形化手段52で異なっている。   Here, the first linearization means 51 and the second linearization means 52 provide two different relative time differences between the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3 and the measurement interference signal from the measurement interferometer 4. Have a delay time of each. Specifically, the first linearization unit 51 and the second linearization unit 52 are configured to delay at least one of the auxiliary interference signal from the auxiliary interferometer 3 and the measurement interference signal from the measurement interferometer 4. The delay time is different between the first linearization means 51 and the second linearization means 52.

第1の重みフィルタ61は、所定の周波数特性を持った時間領域フィルタであって、第1の線形化手段51からの出力信号に対して第1の重み特性を付加した結果を出力する。第2の重みフィルタ62は、第1の重みフィルタ61とは別の周波数特性を持った時間領域フィルタであって、第2の線形化手段52からの出力信号に対して第2の重み特性を付加した結果を出力する。ここで、第1の重みフィルタ61と第2の重みフィルタ62の周波数特性の振幅は、被測定光ファイバ43上の位置に応じた重みに対応している。   The first weight filter 61 is a time domain filter having a predetermined frequency characteristic, and outputs a result obtained by adding the first weight characteristic to the output signal from the first linearization means 51. The second weight filter 62 is a time domain filter having a frequency characteristic different from that of the first weight filter 61, and has a second weight characteristic for the output signal from the second linearization means 52. Output the added result. Here, the amplitudes of the frequency characteristics of the first weight filter 61 and the second weight filter 62 correspond to weights corresponding to positions on the optical fiber 43 to be measured.

加算・フーリエ変換手段7は、第1の重みフィルタ61からの重み特性が付加された出力信号と、第2の重みフィルタ62からの重み特性が付加された出力信号とを加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する。   The addition / Fourier transform means 7 adds the output signal to which the weight characteristic from the first weight filter 61 is added and the output signal to which the weight characteristic from the second weight filter 62 is added, and is subjected to Fourier transform. Outputs frequency domain signals.

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、第1の線形化手段51からの出力信号と第2の線形化手段52からの出力信号との遅延時間差を補正する機能を備えている場合もある。この場合、掃引光源1の光周波数の掃引の非線形性が大きい時間領域において、この非線形性によって発生する、第1の線形化手段51による線形化後の誤差項と、第2の線形化手段52による線形化後の誤差項とが逆相になって互いに打ち消し合うように、上述の遅延時間差を補正することが望ましい。なお、以降では、第1の線形化手段51による線形化を単に「第1の線形化」とも称し、第2の線形化手段52による線形化を単に「第2の線形化」とも称する。   The optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present invention has a function of correcting a delay time difference between the output signal from the first linearization means 51 and the output signal from the second linearization means 52. There is also. In this case, in the time domain where the nonlinearity of the sweep of the optical frequency of the swept light source 1 is large, the error term after the linearization by the first linearization means 51 and the second linearization means 52 generated by this nonlinearity. It is desirable to correct the above-described delay time difference so that the error terms after linearization by the above are out of phase and cancel each other. In the following, linearization by the first linearization means 51 is also simply referred to as “first linearization”, and linearization by the second linearization means 52 is also simply referred to as “second linearization”.

この遅延時間調整は、第1の線形化手段51からの出力信号と第2の線形化手段52からの出力信号との少なくともどちらか一方に、整数サンプル分の遅延や、サンプル間を補間して得られるサンプリング間隔未満の遅延を付加することで実現できる。あるいは、第1の重みフィルタ61又は第2の重みフィルタ62の少なくとも一方に遅延時間調整を含めることもできる。具体的には、重みフィルタ61,62を構成する時間領域フィルタの周波数特性に位相傾斜をつけることにより、サンプリング間隔未満の遅延を含めた遅延時間差を実現することができる。   This delay time adjustment is performed by interpolating a delay of integer samples or between samples in at least one of the output signal from the first linearization means 51 and the output signal from the second linearization means 52. This can be realized by adding a delay less than the obtained sampling interval. Alternatively, delay time adjustment may be included in at least one of the first weight filter 61 and the second weight filter 62. Specifically, a delay time difference including a delay less than the sampling interval can be realized by adding a phase gradient to the frequency characteristics of the time domain filters constituting the weight filters 61 and 62.

(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成について、説明する。図5は本実施形態の構成を詳細に表したものである。掃引光源1、光分岐部2、補助干渉計3、及び測定干渉計4の構成及び動作は、図1の基本構成と同様である。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration of the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the configuration of this embodiment in detail. The configuration and operation of the sweep light source 1, the optical branching unit 2, the auxiliary interferometer 3, and the measurement interferometer 4 are the same as the basic configuration of FIG.

さらに、本実施形態の光周波数領域反射測定装置は、受光器11a,11bと、A/D変換器12a,12bと、瞬時位相算出部17と、タイミング算出部18と、第1の遅延付加部21と、第2の遅延付加部22と、第1のリサンプリング部23と、第2のリサンプリング部24と、第1の重みフィルタ61と、第2の重みフィルタ62と、加算部27と、フーリエ変換部60と、制御部70と、を備える。   Furthermore, the optical frequency domain reflection measurement apparatus of this embodiment includes the light receivers 11a and 11b, the A / D converters 12a and 12b, the instantaneous phase calculation unit 17, the timing calculation unit 18, and the first delay addition unit. 21, second delay adding unit 22, first resampling unit 23, second resampling unit 24, first weight filter 61, second weight filter 62, and adder 27, The Fourier transform unit 60 and the control unit 70 are provided.

ここで、受光器11a,11b、A/D変換器12a,12b、瞬時位相算出部17、タイミング算出部18、第1の遅延付加部21、及び第1のリサンプリング部23は、第1の線形化手段51を構成する。一方、受光器11a,11b、A/D変換器12a,12b、瞬時位相算出部17、タイミング算出部18、第2の遅延付加部22、及び第2のリサンプリング部24は、第2の線形化手段52を構成する。受光器11a,11b、A/D変換器12a,12b、瞬時位相算出部17、タイミング算出部18は、第1の線形化手段51と第2の線形化手段52で共用されている。また、第1の重みフィルタ61、第2の重みフィルタ62、加算部27、及びフーリエ変換部60は、加算・フーリエ変換手段7を構成する。   Here, the light receivers 11a and 11b, the A / D converters 12a and 12b, the instantaneous phase calculation unit 17, the timing calculation unit 18, the first delay addition unit 21, and the first resampling unit 23 are the first The linearization means 51 is comprised. On the other hand, the light receivers 11a and 11b, the A / D converters 12a and 12b, the instantaneous phase calculation unit 17, the timing calculation unit 18, the second delay addition unit 22, and the second resampling unit 24 are the second linear. Forming means 52 is configured. The light receivers 11 a and 11 b, the A / D converters 12 a and 12 b, the instantaneous phase calculation unit 17, and the timing calculation unit 18 are shared by the first linearization unit 51 and the second linearization unit 52. The first weight filter 61, the second weight filter 62, the adder 27, and the Fourier transform unit 60 constitute the adder / Fourier transform unit 7.

補助干渉計3からの出力光は受光器11aで電気信号に変換される。受光器11aは、光の強度に比例した電流又は電圧を出力するものであり、補助干渉計3で合波された2つの光の干渉によるビート信号を出力する。補助干渉計3では遅延時間の異なる2つの光が合波されるため、掃引光源1の光周波数掃引レートに比例した周波数の正弦波信号が得られる。受光器11aから出力された電気信号は、A/D変換器12aに入力されることにより、一定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換される。   The output light from the auxiliary interferometer 3 is converted into an electrical signal by the light receiver 11a. The light receiver 11 a outputs a current or voltage proportional to the light intensity, and outputs a beat signal due to interference between the two lights combined by the auxiliary interferometer 3. Since the auxiliary interferometer 3 combines two lights having different delay times, a sine wave signal having a frequency proportional to the optical frequency sweep rate of the swept light source 1 is obtained. The electric signal output from the light receiver 11a is converted into a digital signal at a constant sampling frequency by being input to the A / D converter 12a.

瞬時位相算出部17では、A/D変換器12aの出力から正弦波のビート信号の瞬時位相を算出する。瞬時位相算出部17は、例えば、少なくとも正弦波のビート信号に対応する正の周波数領域を通過させ、正弦波のビート信号に対応する負の周波数領域を遮断する複素係数のFIRフィルタと、複素係数のFIRフィルタから出力される複素数の位相を算出する逆正接関数による処理部と、で構成される。   The instantaneous phase calculation unit 17 calculates the instantaneous phase of the sine wave beat signal from the output of the A / D converter 12a. The instantaneous phase calculation unit 17 includes, for example, a complex coefficient FIR filter that passes at least a positive frequency region corresponding to a sine wave beat signal and blocks a negative frequency region corresponding to a sine wave beat signal, and a complex coefficient And a processing unit using an arctangent function for calculating the phase of the complex number output from the FIR filter.

タイミング算出部18では、瞬時位相算出部17により算出された瞬時位相が一定間隔となるタイミングをサンプリングタイミングとして出力する。ここでは、瞬時位相が例えば−πからπまでの値に折り返されていることを考慮して、前記瞬時位相が一定間隔となるタイミングを検出する必要がある。もしくは、前記瞬時位相の折り返しを復元した後に復元された位相が一定間隔となるタイミングを検出するようにしてもよい。   The timing calculation unit 18 outputs a timing at which the instantaneous phase calculated by the instantaneous phase calculation unit 17 becomes a constant interval as a sampling timing. Here, it is necessary to detect the timing at which the instantaneous phase becomes a constant interval in consideration of the fact that the instantaneous phase is folded back to a value from −π to π, for example. Alternatively, the restoration phase may be detected at a fixed interval after the instantaneous phase is restored.

第1の遅延付加部21は、タイミング算出部18から出力されたタイミングに第1の遅延時間を付加して、第1のサンプリングタイミングとして出力する。同様に、第2の遅延付加部22は、タイミング算出部18から出力されたタイミングに第2の遅延時間を付加して、第2のサンプリングタイミングとして出力する。   The first delay adding unit 21 adds a first delay time to the timing output from the timing calculating unit 18 and outputs the result as the first sampling timing. Similarly, the second delay addition unit 22 adds the second delay time to the timing output from the timing calculation unit 18 and outputs the result as the second sampling timing.

一方、測定干渉計4からの出力光は受光器11bで電気信号に変換される。受光器11bは、光の強度に比例した電流又は電圧を出力するものであり、被測定光ファイバ43からの反射光と基準光との干渉によるビート信号を出力する。   On the other hand, the output light from the measurement interferometer 4 is converted into an electric signal by the light receiver 11b. The light receiver 11b outputs a current or voltage proportional to the light intensity, and outputs a beat signal due to interference between reflected light from the optical fiber 43 to be measured and reference light.

受光器11bから出力された電気信号は、一定のサンプリング周波数でA/D変換されてディジタル信号に変換され、第1のリサンプリング部23と第2のリサンプリング部24に入力される。   The electrical signal output from the light receiver 11b is A / D converted at a constant sampling frequency to be converted into a digital signal, and input to the first resampling unit 23 and the second resampling unit 24.

第1のリサンプリング部23は、第1のサンプリングタイミングに対応する時刻の入力信号を第1のディジタル信号として出力する。第2のリサンプリング部24は、第2のサンプリングタイミングに対応する時刻の入力信号を第2のディジタル信号として出力する。   The first resampling unit 23 outputs an input signal at a time corresponding to the first sampling timing as a first digital signal. The second resampling unit 24 outputs an input signal at a time corresponding to the second sampling timing as a second digital signal.

各サンプリングタイミングに対応する時刻はA/D変換器12bのサンプリングの時刻と一致するとは限らないため、各リサンプリング部23,24はA/D変換されたディジタル信号を補間して出力する。具体的には、各リサンプリング部23,24は、各サンプリングタイミングに対応する時刻付近の有限個のA/D変換されたディジタル信号に対して有限インパルス応答(FIR)ディジタルフィルタを用いて、各サンプリングタイミングに対応する時刻の補間された各ディジタル信号をそれぞれ算出する。   Since the time corresponding to each sampling timing does not necessarily coincide with the sampling time of the A / D converter 12b, each resampling unit 23, 24 interpolates and outputs the A / D converted digital signal. Specifically, each of the resampling units 23 and 24 uses a finite impulse response (FIR) digital filter for a finite number of A / D converted digital signals near the time corresponding to each sampling timing. Each interpolated digital signal at the time corresponding to the sampling timing is calculated.

第1のディジタル信号は第1の重みフィルタ61に入力され、第2のディジタル信号は第2の重みフィルタ62に入力される。加算部27は、各重みフィルタ61,62の出力を加算する。フーリエ変換部60は、加算部27からの出力に対してフーリエ変換を行ない、その結果を出力する。   The first digital signal is input to the first weight filter 61, and the second digital signal is input to the second weight filter 62. The adder 27 adds the outputs of the weight filters 61 and 62. The Fourier transform unit 60 performs a Fourier transform on the output from the adder 27 and outputs the result.

図4に示した偏波ダイバーシティ構成の場合、偏光ビームスプリッタ47の2つの出力に対して、それぞれ受光器、A/D変換器、第1のリサンプリング部、第2のリサンプリング部、第1の重みフィルタ、第2の重みフィルタ、加算部、及びフーリエ変換部を配置する。   In the case of the polarization diversity configuration shown in FIG. 4, for the two outputs of the polarization beam splitter 47, a light receiver, an A / D converter, a first resampling unit, a second resampling unit, a first The weight filter, the second weight filter, the adding unit, and the Fourier transform unit are arranged.

制御部70は、例えばCPU、ROM、RAM、HDDなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、光周波数領域反射測定装置を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御部70は、被測定光ファイバ43の長さに応じて、第1の遅延時間、第2の遅延時間、第1の重みフィルタ61のフィルタ係数、第2の重みフィルタ62のフィルタ係数を設定する動作を含めることも可能である。これにより、様々な長さの被測定光ファイバ43を測定可能な光周波数領域反射測定装置を構成することができる。瞬時位相算出部17、タイミング算出部18、第1の遅延付加部21、第2の遅延付加部22、第1のリサンプリング部23、第2のリサンプリング部24、第1の重みフィルタ61、第2の重みフィルタ62、加算部27、及びフーリエ変換部60は、FPGAやASICなどのディジタル回路で構成することも可能で、所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に構成することも可能で、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせた構成も可能である。   The control unit 70 is constituted by, for example, a microcomputer or a personal computer including a CPU, ROM, RAM, HDD, and the like, and controls operations of the above-described units constituting the optical frequency domain reflection measurement apparatus. Furthermore, the control unit 70 determines the first delay time, the second delay time, the filter coefficient of the first weight filter 61, and the filter coefficient of the second weight filter 62 according to the length of the optical fiber 43 to be measured. It is also possible to include an operation for setting. Thereby, the optical frequency domain reflection measuring apparatus which can measure the optical fibers 43 to be measured having various lengths can be configured. Instantaneous phase calculation unit 17, timing calculation unit 18, first delay addition unit 21, second delay addition unit 22, first resampling unit 23, second resampling unit 24, first weight filter 61, The second weight filter 62, the addition unit 27, and the Fourier transform unit 60 can be configured by digital circuits such as FPGA and ASIC, and can also be configured by software by executing a predetermined program. A configuration in which hardware processing by a digital circuit and software processing by a predetermined program are appropriately combined is also possible.

<遅延時間の設定>
補助干渉計3の2つの光ファイバ32,33における光路長(反射型の場合は往復の光路長)をそれぞれL,L、測定干渉計4の基準光の光路長(反射型の場合は往復の光路長)をL、測定干渉計4の被測定光ファイバ43側の光ファイバにおける光路長が基準光の光路長Lと等しくなる被測定光ファイバ43上の位置をz=z=0とする。その他の補助干渉計3側の遅延時間と測定干渉計4側の遅延時間は等しいとする。
<Delay time setting>
The optical path lengths of the two optical fibers 32 and 33 of the auxiliary interferometer 3 (reciprocal optical path length in the case of the reflection type) are respectively L a and L b , and the optical path length of the reference light of the measurement interferometer 4 (in the case of the reflection type). L r is the round-trip optical path length), and z = z 0 is the position on the measured optical fiber 43 where the optical path length in the optical fiber on the measured optical fiber 43 side of the measurement interferometer 4 is equal to the optical path length L r of the reference light. = 0. The other delay time on the auxiliary interferometer 3 side is assumed to be equal to the delay time on the measurement interferometer 4 side.

測定干渉計4の被測定光ファイバ43上の位置zで反射した光の光路長は2z+Lとなる。よって、補助干渉計3のビート信号の遅延時間tab、測定干渉計4において被測定光ファイバ43上の位置zで反射した光と基準光とのビート信号の遅延時間t1r、測定干渉計4において被測定光ファイバ43上の位置zで反射した光と基準光とのビート信号の遅延時間t2rは、下記の式(4)〜式(6)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
The optical path length of light reflected at the position z on the measurement of the measurement interferometer 4 optical fiber 43 becomes 2z + L r. Therefore, the delay time t ab of the beat signal of the auxiliary interferometer 3, the delay time t 1r of the beat signal of the light reflected at the position z 1 on the optical fiber 43 to be measured and the reference light in the measurement interferometer 4, the measurement interferometer 4, the delay time t 2r of the beat signal between the light reflected at the position z 2 on the measured optical fiber 43 and the reference light is expressed by the following equations (4) to (6).
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

ここで、nは光ファイバの屈折率、cは光速である。被測定光ファイバ43上の位置z及びzにおいて非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差がゼロになるように補助干渉計3側に付加する第1の遅延時間δt及び第2の遅延時間δtは、下記の式(7)〜式(10)で表される。測定干渉計4側に遅延時間を付加する場合には、δt及びδtは逆符号になる。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Here, n is the refractive index of the optical fiber, and c is the speed of light. The first delay time δt 1 and the second delay time added to the auxiliary interferometer 3 side so that the frequency error of the beat signal of the measurement interference signal due to nonlinear sweep becomes zero at the positions z 1 and z 2 on the optical fiber 43 to be measured. The delay time δt 2 of 2 is expressed by the following equations (7) to (10). When a delay time is added to the measurement interferometer 4 side, δt 1 and δt 2 have opposite signs.
Figure 2018185278
Figure 2018185278

<重みの設定>
掃引光源1の掃引の非線形性によって発生する第1の線形化後の誤差項ψ、第2の線形化後の誤差項ψは、下記の式(11)及び式(12)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
<Setting the weight>
The first linearized error term ψ 1 and the second linearized error term ψ 2 generated by the non-linearity of the sweep of the sweep light source 1 are expressed by the following equations (11) and (12). The
Figure 2018185278
Figure 2018185278

ここで、zは被測定光ファイバ43上の位置(距離)を示す変数である。第1の遅延付加部21による第1の線形化の遅延時間は、被測定光ファイバ43上の位置zにおいて、掃引光源1の非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差が極小(又はゼロ)になるように設定されるものとする。また、第2の遅延付加部22による第2の線形化の遅延時間は、被測定光ファイバ43上の位置zにおいて、掃引光源1の非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差が極小(又はゼロ)になるように設定されるものとする。このように設定される位置z,zを以降では極小位置z,zとも称する。すなわち、極小位置z,zは、第1及び第2の線形化手段51,52の各遅延時間にそれぞれ対応し、第1及び第2の線形化手段51,52からの2つの出力信号における、掃引光源1の波長掃引の非線形性による誤差がそれぞれ極小となる被測定光ファイバ43上の位置である。 Here, z is a variable indicating the position (distance) on the optical fiber 43 to be measured. The delay time of the first linearization by the first delay adding unit 21 is such that the error in the frequency of the beat signal of the measurement interference signal due to the non-linear sweep of the sweep light source 1 at the position z 1 on the measured optical fiber 43 is minimal ( Or zero). The delay time of the second linearization by the second delay adding unit 22 is such that the error in the frequency of the beat signal of the measurement interference signal due to the non-linear sweep of the sweep light source 1 at the position z 2 on the optical fiber 43 to be measured. It shall be set to be minimal (or zero). The positions z 1 and z 2 set in this way are hereinafter also referred to as minimum positions z 1 and z 2 . That is, the minimum positions z 1 and z 2 correspond to the delay times of the first and second linearization means 51 and 52, respectively, and two output signals from the first and second linearization means 51 and 52 are obtained. Are positions on the measured optical fiber 43 at which errors due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source 1 are minimized.

ここで、誤差項ψ,ψを互いに打ち消し合わせるために、第1の重みフィルタ61により第1の線形化後の信号にr(z)、第2の重みフィルタ62により第2の線形化後の信号にr(z)の重み特性を付加して加算する構成を考える。下記の式(13)及び式(14)が成り立つように重みr(z)及びr(z)を設定すると、重みをかけて加算した信号は、測定干渉信号のビート信号の振幅を保ちつつ、誤差項ψ,ψを互いに打ち消すことができる。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Here, in order to cancel out the error terms ψ 1 and ψ 2 , r 1 (z) is obtained as the first linearized signal by the first weight filter 61, and the second linearity is obtained by the second weight filter 62. Consider a configuration in which a weight characteristic of r 2 (z) is added to a signal after conversion and added. When the weights r 1 (z) and r 2 (z) are set so that the following formulas (13) and (14) are established, the signal added with the weight maintains the amplitude of the beat signal of the measurement interference signal. However, the error terms ψ 1 and ψ 2 can be canceled with each other.
Figure 2018185278
Figure 2018185278

上記の式(13)及び式(14)より求まる重みr(z)及びr(z)は、下記の式(15)及び式(16)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
The weights r 1 (z) and r 2 (z) obtained from the above equations (13) and (14) are expressed by the following equations (15) and (16).
Figure 2018185278
Figure 2018185278

式(15)及び式(16)の重みr(z)及びr(z)はzを変数とした1次関数であり、図6(a)のようになる。z<z及びz>zの領域では、r(z)とr(z)の符号が異なるため、加算部27における各重みフィルタ61,62の出力に対する加算処理が実質的に減算処理になり雑音が増加する(S/N比が悪化する)といった問題が生じる。さらに、r(z)又はr(z)が1より大きくなるため演算に必要なダイナミックレンジが増加するといった問題も生じる。zとzの間隔を広くすると、重みの最大値が小さくなりz<z及びz>zの領域も狭くなるためこの問題が軽減されるが、zとzの中間付近において高次の非線形誤差等が残る場合がある。 The weights r 1 (z) and r 2 (z) in Equation (15) and Equation (16) are linear functions with z as a variable, as shown in FIG. Since the signs of r 1 (z) and r 2 (z) are different in the region of z <z 1 and z> z 2 , the addition processing for the outputs of the weight filters 61 and 62 in the adder 27 is substantially subtracted. There arises a problem that noise increases due to processing (S / N ratio deteriorates). Furthermore, since r 1 (z) or r 2 (z) is larger than 1, a problem arises in that the dynamic range required for calculation increases. If the interval between z 1 and z 2 is increased, the maximum value of the weight is reduced and the region of z <z 1 and z> z 2 is also reduced, so this problem is alleviated, but in the vicinity of the middle of z 1 and z 2 . Higher order nonlinear errors may remain.

また、z<z及びz>zの領域において式(15)及び式(16)以外の重みを設定することもできる。例えば、図6(b)のようにz<z及びz>zの領域においてr(z)とr(z)を重み1又は重み0の一定値にすると、同領域では各重みフィルタ61,62及び加算部27による重み付き加算による非線形誤差の低減効果は得られないが、減算処理による雑音の増加や、演算に必要なダイナミックレンジの増加は発生しない。 Also, weights other than those in the equations (15) and (16) can be set in the region of z <z 1 and z> z 2 . For example, as shown in FIG. 6B, if r 1 (z) and r 2 (z) are set to constant values of weight 1 or weight 0 in the region of z <z 1 and z> z 2 , Although the effect of reducing non-linear errors due to weighted addition by the filters 61 and 62 and the adding unit 27 cannot be obtained, an increase in noise due to the subtraction process and an increase in dynamic range necessary for calculation do not occur.

したがって、これらの影響を考慮して適切なz,zを決定することができる。図7(a)のように被測定光ファイバ43の測定範囲の外側にz,zを設定してもよいが、高次の非線形誤差等が残る場合がある。よって、図7(b)のように被測定光ファイバ43の測定範囲の両端にz,zを設定する方が、高次の非線形誤差等が低減するという点で望ましい。また、図7(c)のように被測定光ファイバ43の測定範囲の両端よりも内側にz,zを設定し、高次の非線形誤差等の最大値を低減するようにしてもよい。 Therefore, appropriate z 1 and z 2 can be determined in consideration of these effects. Although z 1 and z 2 may be set outside the measurement range of the optical fiber 43 to be measured as shown in FIG. 7A, high-order nonlinear errors may remain. Therefore, it is desirable to set z 1 and z 2 at both ends of the measurement range of the optical fiber 43 to be measured as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 7C, z 1 and z 2 may be set inside both ends of the measurement range of the measured optical fiber 43 to reduce the maximum value of higher-order nonlinear errors and the like. .

<重みフィルタの実際の特性とその改善法>
以下、重みフィルタ61,62を時間領域フィルタで実現する構成を考える。時間領域フィルタとしては、図8に示す有限インパルス応答(FIR)ディジタルフィルタ(以下、単に「FIRフィルタ」とも称する)が広く利用されている。ここで、図中のxは本FIRフィルタへの入力データ、符号63は入力データを1サンプル分遅延させる遅延器、a,a,a,a,・・・,aはフィルタ係数、符号64は入力データに各フィルタ係数を乗算する乗算器、符号65は各乗算器64からの出力を加算する加算器を示す。図中の最も右側の加算器65は、全ての乗算器64からの出力を加算した値yを出力するようになっている。
<Actual characteristics of weight filter and improvement method>
Hereinafter, a configuration in which the weight filters 61 and 62 are realized by time domain filters will be considered. As the time domain filter, a finite impulse response (FIR) digital filter (hereinafter also simply referred to as “FIR filter”) shown in FIG. 8 is widely used. Here, x i is the input data to the FIR filter in the drawing, reference numeral 63 is a delay circuit for delaying one sample of the input data, a 1, a 2, a 3, a 4, ···, a n is A filter coefficient, reference numeral 64 indicates a multiplier that multiplies each filter coefficient by input data, and reference numeral 65 indicates an adder that adds outputs from the multipliers 64. The rightmost adder 65 in the figure outputs a value y i obtained by adding the outputs from all the multipliers 64.

FIRフィルタは時間応答が有限のため、一般に周波数特性に誤差が生じる。重みフィルタ61,62の周波数特性に誤差があると、第1の線形化後の誤差項と第2の線形化後の誤差項を前述のように完全に打ち消し合うことができなくなり、重み付き加算後の信号に誤差が残ることになる。FIRフィルタのタップ数を大きくすると、より高精度な周波数特性を実現できるが、演算量やハードウェア規模が大きくなる問題があるため、極力少ないタップ数で所望の特性を得ることが求められている。   Since the FIR filter has a finite time response, generally an error occurs in the frequency characteristics. If there is an error in the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62, the error term after the first linearization and the error term after the second linearization cannot be completely canceled as described above, and weighted addition is performed. An error remains in the later signal. If the number of taps of the FIR filter is increased, more accurate frequency characteristics can be realized. However, since there is a problem that the amount of calculation and the hardware scale increase, it is required to obtain desired characteristics with as few taps as possible. .

FIRフィルタの係数は、フィルタの周波数特性を逆フーリエ変換することにより算出することができる。ここで、零位相の周波数特性にφ(f)=−2πτf(fは周波数)の位相傾斜をつけることにより、時間軸上で周波数fによらない一定のフィルタ遅延時間τをFIRフィルタにつけることができる。   The coefficient of the FIR filter can be calculated by inverse Fourier transforming the frequency characteristic of the filter. Here, by adding a phase gradient of φ (f) = − 2πτf (f is a frequency) to the frequency characteristics of the zero phase, a constant filter delay time τ that does not depend on the frequency f on the time axis is attached to the FIR filter. Can do.

ここで、各リサンプリング部23,24の測定干渉信号のビート信号に対する実際のサンプリング周波数は補助干渉信号のビート周波数によって変化するため通常は一定ではないが、各重みフィルタ61,62は入力データのサンプリング周波数を一定値fとみなして第1及び第2のディジタル信号のフィルタ処理を行う。なお、各リサンプリング部23,24と各重みフィルタ61,62の間に図示しないバッファメモリを設けることにより、各重みフィルタ61,62への入力データの実際のサンプリング周波数を一定にすることもできる。FIRフィルタのフィルタ遅延時間τが入力データのサンプリング周期1/fの整数倍(k倍)の場合はτ=k/fとなる。つまり、φ(f)=−2πkf/fとなり、φ(f/2)とφ(−f/2)の差は2πの整数倍(k倍)、すなわち同位相となる。 Here, since the actual sampling frequency for the beat signal of the measurement interference signal of each resampling unit 23, 24 varies depending on the beat frequency of the auxiliary interference signal, it is not usually constant. The sampling frequency is regarded as a constant value f s and the first and second digital signals are filtered. Note that by providing a buffer memory (not shown) between each resampling unit 23, 24 and each weight filter 61, 62, the actual sampling frequency of the input data to each weight filter 61, 62 can be made constant. . Filter delay time tau of the FIR filter for integer multiple of the sampling period 1 / f s of the input data (k times) becomes τ = k / f s. That, φ (f) = - 2πkf / f s becomes, φ (f s / 2) and phi integral multiple of (-f s / 2) difference of 2 [pi (k times), i.e. the same phase.

離散フーリエ変換では必然的に周波数f/2から周波数−f/2への折り返しが発生するが、φ(f/2)とφ(−f/2)が同位相であれば、この折り返し点において位相の連続性が保たれる。フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍でない場合にはこの関係が成立せず、周波数f/2における位相と周波数−f/2における位相が異なるため、周波数f/2から周波数−f/2への折り返し点において位相の不連続が発生する。特に、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍(k+1/2倍)の場合は、φ(f/2)とφ(−f/2)の差は2πの整数倍+1/2倍(k+1/2倍)であり、すなわち逆位相となる。なお、第1及び第2の線形化手段51,52からの2つの出力信号の零周波数に相当する正負の周波数領域の接続点においては、フィルタ遅延時間τにかかわらず位相の連続性が保たれる。 The discrete Fourier transform inevitably causes a return from the frequency f s / 2 to the frequency −f s / 2. However, if φ (f s / 2) and φ (−f s / 2) are in phase, The continuity of the phase is maintained at this turning point. This relationship is not satisfied when the filter delay time τ is not an integer multiple of the sampling period, the phase is different in phase and frequency -f s / 2 at the frequency f s / 2, the frequency -f from the frequency f s / 2 A phase discontinuity occurs at the turning point to s / 2. In particular, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period + ½ times (k + ½), the difference between φ (f s / 2) and φ (−f s / 2) is an integral multiple of 2π + 1 / 2 times (k + 1/2 times), that is, an opposite phase. Note that phase continuity is maintained regardless of the filter delay time τ at the connection point in the positive and negative frequency regions corresponding to the zero frequency of the two output signals from the first and second linearization means 51 and 52. It is.

図6(b)に相当する振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合のFIRフィルタの周波数特性は図9(a)のようになる。以下、横軸は、被測定光ファイバ43上の位置zに比例した値である、サンプリング周波数fで規格化した周波数を表している。ここで、z=0.10、z=0.25であり、FIRフィルタのタップ数は32である。また、図中の実線はFIRフィルタの実際の振幅特性Ar,Arを示し、図中の破線は図6(b)に示した理想的な重み特性r,rを示している。 As for the amplitude characteristic corresponding to FIG. 6B, the frequency characteristic of the FIR filter when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period is as shown in FIG. Hereinafter, the horizontal axis represents the frequency normalized by the sampling frequency f s , which is a value proportional to the position z on the measured optical fiber 43. Here, z 1 = 0.10 and z 2 = 0.25, and the number of taps of the FIR filter is 32. The solid lines in the figure indicate the actual amplitude characteristics Ar 1 and Ar 2 of the FIR filter, and the broken lines in the figure indicate the ideal weight characteristics r 1 and r 2 shown in FIG. 6B.

重みフィルタ61,62は2つの極小位置zとzの間の位置で振幅が直線的(1次関数的)に変化する重み特性を有することが望ましいが、実際のFIRフィルタの周波数特性では完全な直線の振幅特性が実現できず、若干のうねりが生じる。z〜z間の振幅特性の振幅誤差Δr,Δr(FIRフィルタの振幅特性Ar,Arと直線の理想的な重み特性r,rとの差)は図9(b)のようになる。図6(b)に示した理想的な重み特性r,rは、z,zにて振幅の微分値が不連続になっているため、特にz,z付近で振幅誤差Δr,Δrが大きくなっている。 The weight filters 61 and 62 preferably have a weight characteristic in which the amplitude changes linearly (linear function) at a position between the two minimum positions z 1 and z 2. However, in the frequency characteristic of an actual FIR filter, A perfect linear amplitude characteristic cannot be realized, and some undulation occurs. z 1 to z amplitude error [Delta] r 1 of the amplitude characteristic between the two, (the difference between the ideal weight characteristics of the amplitude characteristics of the FIR filter Ar 1, Ar 2 and the straight line r 1, r 2) [Delta] r 2 FIG. 9 (b )become that way. Ideal weight characteristics r 1, r 2 as shown in FIG. 6 (b), since the differential value of the amplitude at z 1, z 2 are discontinuous, particularly z 1, z 2 near the amplitude error Δr 1 and Δr 2 are increased.

なお、図6(b)の重み特性r,rにおいては、零周波数及び規格化周波数0.5(FIRフィルタの入力データのサンプリング周波数fの1/2の周波数)の折り返し点において振幅一定なので、振幅の微分値の連続性が保たれている。また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍なので規格化周波数0.5の折り返し点における位相の連続性も保たれている。これらのことから、零周波数及び規格化周波数0.5付近における振幅誤差Δr,Δrは小さくなっている。 In the weighting characteristics r 1 and r 2 in FIG. 6B, the amplitude is at the turning point of the zero frequency and the normalized frequency 0.5 (a frequency that is ½ of the sampling frequency f s of the input data of the FIR filter). Since it is constant, the continuity of the differential value of the amplitude is maintained. Further, since the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the continuity of the phase at the turning point of the normalized frequency 0.5 is maintained. From these facts, the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 near the zero frequency and the normalized frequency 0.5 are small.

図6(b)に相当する振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合のFIRフィルタの周波数特性は図10(a)のようになる。このフィルタ遅延時間τでは規格化周波数0.5の折り返し点において位相の連続性が保たれないため、規格化周波数0.5付近でAr,Arと理想的な重み特性r,rとの差が大きくなり、それに伴って図10(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrも大きくなっている。 With respect to the amplitude characteristic corresponding to FIG. 6B, the frequency characteristic of the FIR filter when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period + ½ times is as shown in FIG. In this filter delay time τ, phase continuity is not maintained at the turning point of the normalized frequency 0.5, so that Ar 1 , Ar 2 and ideal weight characteristics r 1 , r 2 near the normalized frequency 0.5. the difference between the increases, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 10 (b) with it, [Delta] r 2 is also increased.

図6(a)に相当する全帯域が直線の振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合のFIRフィルタの周波数特性は図11(a)のようになる。図6(a)の重み特性r,rにおいては、z,zにおける振幅の微分値は連続であるが、零周波数及び規格化周波数0.5の折り返し点において振幅の微分値が非零なので、振幅の微分値の連続性が保たれない。このため、Ar,Arにおいて零周波数及び規格化周波数0.5の付近で振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図11(b)のようにz〜z間にもうねりによる振幅誤差Δr,Δrが見られる。 FIG. 11 (a) shows the frequency characteristics of the FIR filter when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period with respect to the amplitude characteristics in which the entire band corresponding to FIG. 6 (a) is a straight line. In the weighting characteristics r 1 and r 2 of FIG. 6A, the differential values of the amplitudes at z 1 and z 2 are continuous, but the differential values of the amplitudes at the turning points of the zero frequency and the standardized frequency 0.5. Since it is non-zero, the continuity of the differential value of the amplitude cannot be maintained. For this reason, undulations are seen in the amplitude characteristics near zero frequency and normalized frequency 0.5 in Ar 1 and Ar 2 . Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 by undulation even between z 1 to z 2 as shown in FIG. 11 (b), Δr 2 is seen.

図6(a)に相当する全帯域が直線の振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合のFIRフィルタの周波数特性は図12(a)のようになる。このフィルタ遅延時間τでは規格化周波数0.5の折り返し点において位相の連続性が保たれないため、規格化周波数0.5付近でAr,Arと理想的な重み特性r,rとの差が大きくなり、それに伴って図12(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrも大きくなっている。 FIG. 12A shows the frequency characteristics of the FIR filter when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period + 1/2 times with respect to the amplitude characteristics in which the entire band corresponding to FIG. 6A is a straight line. In this filter delay time τ, phase continuity is not maintained at the turning point of the normalized frequency 0.5, so that Ar 1 , Ar 2 and ideal weight characteristics r 1 , r 2 near the normalized frequency 0.5. the difference between the increases, 12 amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as (b) with it, [Delta] r 2 is also increased.

したがって、図6(a),(b)のように直線で構成された振幅特性では、振幅の微分値の不連続がどこかに存在するため、フィルタ遅延時間τをサンプリング周期の整数倍とした場合でもFIRフィルタの振幅特性の振幅誤差Δr,Δrが大きくなるという問題がある。 Therefore, in the amplitude characteristic constituted by a straight line as shown in FIGS. 6A and 6B, there is a discontinuity of the differential value of the amplitude somewhere, so the filter delay time τ is set to an integral multiple of the sampling period. Even in this case, there is a problem that the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 of the amplitude characteristic of the FIR filter become large.

これに対して、本実施形態の重みフィルタ61,62は、タップ数が有限であるFIRフィルタにおいてz〜z間のフィルタ特性の振幅誤差Δr,Δrを低減するために、z〜z間以外の区間の振幅特性を直線(1次関数)から変更したものである。重みフィルタ61,62の周波数特性において、被測定光ファイバ43上の位置zに対する振幅値及び振幅の微分値が不連続になると振幅誤差Δr,Δrが大きくなってしまう。このため、本実施形態では、z及びzを含む全帯域において、重みフィルタ61,62の周波数特性の振幅値及び振幅の微分値が連続になるように、z<z及びz>zの重み特性をそれぞれ設定する。 In contrast, weight filter 61 and 62 of the present embodiment, amplitude error [Delta] r 1 of the filter characteristic between z 1 to z 2 in FIR filter tap number is limited, in order to reduce [Delta] r 2, z 1 the amplitude characteristic of ~z except between two sections is obtained by changing from a straight line (linear function). In the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62, when the amplitude value and the differential value of the amplitude with respect to the position z on the measured optical fiber 43 become discontinuous, the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 become large. For this reason, in this embodiment, z <z 1 and z> z so that the amplitude value of the frequency characteristic and the differential value of the amplitude of the weight filters 61 and 62 are continuous in the entire band including z 1 and z 2. 2 weight characteristics are set.

すなわち、第1及び第2の重みフィルタ61,62の重み特性は、被測定光ファイバ43上の位置zを変数として、2つの極小位置z,zの間のz≦z≦zにおいて定義され、位置zに対して直線的に変化する重み特性Aと、2つの極小位置z,zの外側のz≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなる。 That is, the weight characteristics of the first and second weight filters 61 and 62 are such that z 1 ≦ z ≦ z 2 between the two minimum positions z 1 and z 2 with the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. , Defined in terms of weight characteristic A that changes linearly with respect to position z, and z 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n outside the two minimal positions z 1 and z 2. Weighted characteristic B.

被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅値及び振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅値及び振幅の微分値と連続である。 The amplitude value of the weighting characteristic B and the differential value of the amplitude with respect to the position z on the measured optical fiber 43 are continuous with the amplitude value and the differential value of the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 .

さらに、周波数特性の折り返し成分との振幅の微分不連続を避けるために、重み特性Bの振幅の微分値は、零周波数及び規格化周波数0.5に相当する被測定光ファイバ43上の位置z,zにおいて零である。z=0,z,z,zにおける条件は、下記の式(17)〜式(20)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, in order to avoid differential discontinuity of the amplitude with the aliasing component of the frequency characteristic, the differential value of the amplitude of the weight characteristic B is a position z on the measured optical fiber 43 corresponding to the zero frequency and the normalized frequency 0.5. it is zero at 0, z n. The conditions at z = 0, z 1 , z 2 and z n are expressed by the following formulas (17) to (20).
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

ここで、zは規格化周波数0.5に相当するz値である。式(17)〜式(20)の条件は、0≦z<zとz<z≦zにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式(21)及び式(22)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする三角関数を用いて、0≦z<zとz<z≦zにおける重み特性Bとしての重みr(z)及びr(z)を実現することができる。なお、r(z)及びr(z)はz≦z≦zにおいては1次関数で実現される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Here, z n is a z value corresponding to a normalized frequency of 0.5. The conditions of the equations (17) to (20) are realized using a nonlinear function because 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n cannot be satisfied by the linear amplitude characteristic. For example, using the trigonometric function with the position z on the measured optical fiber 43 as a variable, as in the following formulas (21) and (22), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n The weights r 1 (z) and r 2 (z) as the weight characteristic B can be realized. Incidentally, r 1 (z) and r 2 (z) is the z 1zz 2 is realized by a linear function.
Figure 2018185278
Figure 2018185278

また、下記の式(23)及び式(24)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする2次関数を用いて、0≦z<zとz<z≦zにおける重みr(z)及びr(z)を実現することもできる。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, as shown in the following formulas (23) and (24), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z using a quadratic function having the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. It is also possible to realize the weights r 1 (z) and r 2 (z) at n .
Figure 2018185278
Figure 2018185278

フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図13(a)、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図14(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図13(a)及び図14(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図13(b)及び図14(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrも大幅に減少している。 When the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using trigonometric functions are shown in FIG. 13A and the weight filter of the present embodiment using a quadratic function. The frequency characteristics of 61 and 62 are as shown in FIG. 14A, and the undulation is reduced as compared with the amplitude characteristics of FIGS. In the scales of FIG. 13A and FIG. 14A, Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 are almost overlapped and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 13 (b) and FIG. 14 (b), Δr 2 is also greatly reduced.

これは、前述のように規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)の折り返し点において位相の連続性が保たれることに加えて、z〜z間は直線の振幅特性を保ちつつ、z〜z間以外の区間に三角関数又は2次関数を用いることにより、零周波数及び規格化周波数0.5での折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続を排除したためである。 This is because, as described above, the phase continuity is maintained at the turning point of the normalized frequency 0.5 (1/2 of the sampling frequency f s ), and the linear amplitude is between z 1 and z 2. By using a trigonometric function or a quadratic function in an interval other than between z 1 and z 2 while maintaining the characteristics, the discontinuity of the differential value of the amplitude including the turning point at the zero frequency and the normalized frequency 0.5 can be reduced. This is because it was excluded.

一方、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍でない場合、例えばサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図15(a)、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図16(a)のようになり、規格化周波数0.5の付近において理想的な重み特性r,rとの差が大きくなっている。それに伴って、図15(b)及び図16(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrも大きくなっている。 On the other hand, when the filter delay time τ is not an integral multiple of the sampling period, for example, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 using the trigonometric function are shown in FIG. a) The frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using a quadratic function are as shown in FIG. 16A, and ideal weight characteristics r 1 and r in the vicinity of the normalized frequency 0.5. The difference from 2 is large. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 15 (b) and FIG. 16 (b), Δr 2 also becomes large.

これは、前述のように、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2の場合には、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)での周波数特性の折り返し点において位相が不連続になるためである。 This is because, as described above, when the filter delay time τ is an integer times + ½ of the sampling period, the turning point of the frequency characteristic in the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s) This is because the phase becomes discontinuous.

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合に有用である。   Therefore, this embodiment is useful when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period.

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、補助干渉信号と測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ第1及び第2の線形化手段51,52と、第1及び第2の線形化手段51,52からの2つの出力信号に対して重み特性を付加する第1及び第2の重みフィルタ61,62と、を備えることにより、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ43の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   As described above, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment has the first and second linear shapes each having a delay time for giving two different relative time differences between the auxiliary interference signal and the measurement interference signal. And first and second weight filters 61 and 62 for adding weight characteristics to the two output signals from the first and second linearization means 51 and 52, respectively. By correcting the nonlinearity of the wavelength sweep, the measurement accuracy of the strain or temperature distribution can be improved over a wide range of the optical fiber 43 to be measured.

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数及び規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において零である。これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性r,rからの振幅誤差Δr,Δrの小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源1の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。 Further, in the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment, the differential value of the amplitude of the weighting characteristic B with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured is the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And zero at a zero frequency and a normalized frequency of 0.5 (1/2 of the sampling frequency f s ). Thereby, the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present embodiment realizes a weight filter having small amplitude errors Δr 1 and Δr 2 from desired weight characteristics r 1 and r 2 with an FIR digital filter having a small number of taps. Therefore, the nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source 1 can be reduced with a small amount of calculation.

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置においては、第1及び第2の重みフィルタ61,62が、サンプリング周波数fの逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタである。これにより、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)での周波数特性の折り返し点において、第1及び第2の重みフィルタ61,62の周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性r,rを有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。 Further, in the optical frequency domain reflectometry apparatus according to this embodiment, first and second weighting filters 61 and 62, a FIR filter with integer multiples of the filter delay time of the reciprocal of the sampling frequency f s. Thus, in the turning point of the frequency characteristic in the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s), the continuity of the phase of the frequency characteristics of the first and second weighting filters 61 and 62 have maintained Therefore, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment can accurately realize a weighting filter having desired weighting characteristics r 1 and r 2 using an FIR filter.

(第2の実施形態)
続いて、本発明の第2の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the description of the same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted as appropriate.

本実施形態においては、第1の実施形態のように規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において重みフィルタ61,62の周波数特性の振幅の微分値を零にするのではなく、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において重みフィルタ61,62の周波数特性の振幅を零にする。 In the present embodiment, to zero the amplitude of the differential value of the frequency characteristics of the weighting filters 61 and 62 in the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s) as in the first embodiment without to zero the amplitude of the frequency characteristic of the weighting filter 61 at normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s).

本実施形態においても、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅値及び振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅値及び振幅の微分値と連続である。また、z及びzを含む全帯域において、重みフィルタ61,62の重み特性の振幅値が連続である。 Also in the present embodiment, the amplitude value of the weighting characteristic B and the differential value of the amplitude with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured are the amplitude value and the differential value of the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And continuous. In addition, the amplitude values of the weight characteristics of the weight filters 61 and 62 are continuous in the entire band including z 1 and z 2 .

また、重み特性Bの振幅の微分値は、零周波数に相当する被測定光ファイバ43上の位置zにおいて零である。また、既に述べたように、重み特性Bの振幅は、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)に相当する被測定光ファイバ43上の位置zにおいて零である。z=0,z,z,zにおける条件は、下記の式(25)〜式(28)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, the differential value of the amplitude of the weight characteristic B is zero at the position z 0 on the measured optical fiber 43 corresponding to the zero frequency. Moreover, as already mentioned, the amplitude of the weight characteristic B is zero at the position z n on the measured optical fiber 43 corresponding to the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s). The conditions at z = 0, z 1 , z 2 and z n are expressed by the following formulas (25) to (28).
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

式(25)〜式(28)の条件は、0≦z<zとz<z≦zにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式(29)及び式(30)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする三角関数を用いて、z<z≦zを2つの領域z<z≦zc2とzc2<z≦zに分割した重み特性Bを用いて重みr(z)及びr(z)を実現することができる。ここで、zc2はzからzまでのいずれかの値であり、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc2によって2つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
The conditions of the equations (25) to (28) are realized using a nonlinear function because 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n cannot be satisfied by a linear amplitude characteristic. For example, as shown in the following formulas (29) and (30), z 2 <z ≦ z n is expressed as two regions z 2 <z using a trigonometric function with the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. The weights r 1 (z) and r 2 (z) can be realized by using the weight characteristic B divided into ≦ z c2 and z c2 <z ≦ z n . Here, z c2 is any value from z 2 to z n , and z 2 <z ≦ z n on the measured optical fiber 43 is divided into two regions by z c2 .
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(29)及び式(30)においてzc2の前後で連続する2つの三角関数の周期が等しく設定されると、zc2の値は下記の式(31)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図17(a)のようになり、振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図17(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大きくなっている。

Figure 2018185278
For example, if the periods of two trigonometric functions that are continuous before and after z c2 in Equation (29) and Equation (30) are set equal, the value of z c2 is as shown in Equation (31) below. In the present embodiment, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using a trigonometric function are as shown in FIG. Is seen. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is larger as shown in FIG. 17 (b).
Figure 2018185278

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図19(a)のようになり、図17の振幅特性と比較して振幅特性のうねりが減少している。図19(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図19(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。 When the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the trigonometric function are as shown in FIG. Compared with the amplitude characteristic, the waviness of the amplitude characteristic is reduced. In the scale of FIG. 19 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 19 (b).

また、下記の式(32)及び式(33)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする2次関数を用いて、0≦z<zとz<z≦zにおける重みr(z)及びr(z)を実現することもできる。ここで、zc2及びzc3はzからzまでのいずれかの値である。重みr(z)については、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc2によって2つの領域に分割され、重みr(z)については、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc3によって2つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, as in the following equations (32) and (33), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z using a quadratic function having the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. It is also possible to realize the weights r 1 (z) and r 2 (z) at n . Here, z c2 and z c3 are any values from z 2 to z n . For the weight r 1 (z), z 2 <z ≦ z n on the measured optical fiber 43 is divided into two regions by z c2 , and for the weight r 2 (z), on the measured optical fiber 43 z 2 <z ≦ z n is divided into two regions by z c3 .
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(32)及び式(33)においてzc2の前後及びzc3の前後でそれぞれ連続する2つの2次関数の2階微分値が等しく設定されると、zc2及びzc3の値は下記の式(34)及び式(35)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図18(a)のようになり、振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図18(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrも大きくなっている。 For example, when the second-order differential values of two quadratic functions that are continuous before and after z c2 and before and after z c3 in equation (32) and equation (33) are set equal, the values of z c2 and z c3 are The following equations (34) and (35) are obtained. In the present embodiment, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using a quadratic function are as shown in FIG. A swell is seen. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 18 (b), Δr 2 also becomes large.

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図20(a)のようになり、図18の振幅特性と比較してうねりが減少している。図20(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図20(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period + ½ times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the quadratic function are as shown in FIG. Compared with the amplitude characteristic of 18, the swell is reduced. In the scale of FIG. 20A, Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 are almost overlapped and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 20 (b).
Figure 2018185278
Figure 2018185278

本実施形態では規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において、重みフィルタ61,62の周波数特性の振幅を零にしている。前述のようにフィルタ遅延時間τをサンプリング周期の整数倍+1/2倍にすると、規格化周波数0.5の折り返し点の前後で逆位相、すなわち符号が反転した値となり、規格化周波数0.5において振幅の微分値が連続となる。これにより、折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続が排除され、振幅誤差Δr,Δrが減少する。 In a normalized frequency 0.5 in the present embodiment (half the sampling frequency f s), and the zero amplitude of the frequency characteristic of the weighting filter 61. As described above, when the filter delay time τ is set to (integral multiple of sampling period +1/2) times, the anti-phase, that is, the sign is inverted before and after the turning point of the normalized frequency 0.5, and the normalized frequency 0.5 The differential value of the amplitude becomes continuous at. Thereby, discontinuity of the differential value of the amplitude including the turning point is eliminated, and the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 are reduced.

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合に有用である。   Therefore, this embodiment is useful when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2.

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第1の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ43の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   As described above, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment corrects the nonlinearity of the wavelength sweep and corrects the distortion or temperature over a wide range of the optical fiber 43 to be measured, as in the first embodiment. Distribution measurement accuracy can be improved.

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数において零である。また、重み特性Bの振幅は、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において零である。これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性r,rからの振幅誤差Δr,Δrの小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源1の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。 Further, in the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment, the differential value of the amplitude of the weighting characteristic B with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured is the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And is zero at the zero frequency. The amplitude weighting characteristic B is zero at a normalized frequency of 0.5 (half the sampling frequency f s). Thereby, the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present embodiment realizes a weight filter having small amplitude errors Δr 1 and Δr 2 from desired weight characteristics r 1 and r 2 with an FIR digital filter having a small number of taps. Therefore, the nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source 1 can be reduced with a small amount of calculation.

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置においては、第1及び第2の重みフィルタ61,62が、サンプリング周波数fの逆数の整数倍+1/2倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタである。これにより、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)での周波数特性の折り返し点において、第1及び第2の重みフィルタ61,62の周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性r,rを有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。 Further, in the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present embodiment, the first and second weight filters 61 and 62 have FIR filters having a filter delay time that is an integral multiple of the reciprocal of the sampling frequency f s +1/2. It is. Thus, in the turning point of the frequency characteristic in the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s), the continuity of the phase of the frequency characteristics of the first and second weighting filters 61 and 62 have maintained Therefore, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment can accurately realize a weighting filter having desired weighting characteristics r 1 and r 2 using an FIR filter.

(第3の実施形態)
続いて、本発明の第3の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第1及び第2の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Third embodiment)
Subsequently, an optical frequency domain reflection measurement apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that description of the configuration and operation similar to those of the first and second embodiments will be omitted as appropriate.

本実施形態は、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍+1/2倍でない任意の場合においても振幅誤差Δr,Δrを低減するために、第1の実施形態と第2の実施形態を組み合わせたものである。 In the present embodiment, in order to reduce the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 even when the filter delay time τ is not an integral multiple of the sampling period or an integral multiple + ½ times, the first embodiment and the second embodiment It is a combination of the embodiments.

本実施形態においても、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅値及び振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅値及び振幅の微分値と連続である。 Also in the present embodiment, the amplitude value of the weighting characteristic B and the differential value of the amplitude with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured are the amplitude value and the differential value of the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And continuous.

また、重み特性Bの振幅の微分値は、零周波数及び規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)に相当する被測定光ファイバ43上の位置zにおいて零である。また、z及びzを含む全帯域において、重みフィルタ61,62の重み特性の振幅値及び振幅の微分値が連続である。 Further, the differential value of the amplitude of the weight characteristic B is zero at the position z n on the measured optical fiber 43 corresponding to the zero frequency and the normalized frequency 0.5 (1/2 of the sampling frequency f s ). In addition, in all bands including z 1 and z 2 , the amplitude value of the weight characteristic and the differential value of the amplitude of the weight filters 61 and 62 are continuous.

さらに、本実施形態においては、重み特性Bの振幅は、規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)に相当する被測定光ファイバ43上の位置zにおいて零である。z=0,z,z,zにおける条件は、下記の式(36)〜式(39)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, in the present embodiment, the amplitude of the weight characteristic B is zero at the position z n on the measured optical fiber 43 corresponding to the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s). The conditions at z = 0, z 1 , z 2 and z n are expressed by the following formulas (36) to (39).
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

式(36)〜式(39)の条件は、0≦z<zとz<z≦zにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式(40)及び式(41)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする三角関数を用いて、z<z≦zを2つの領域z<z≦zc2とzc2<z≦zに分割した重み特性Bを用いて重みr(z)及びr(z)を実現することができる。ここで、zc2はzからzまでのいずれかの値であり、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc2によって2つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
The conditions of Expressions (36) to (39) are realized by using a nonlinear function because 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n cannot be satisfied by a linear amplitude characteristic. For example, as shown in the following formulas (40) and (41), z 2 <z ≦ z n is set to two regions z 2 <z using a trigonometric function with the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. The weights r 1 (z) and r 2 (z) can be realized by using the weight characteristic B divided into ≦ z c2 and z c2 <z ≦ z n . Here, z c2 is any value from z 2 to z n , and z 2 <z ≦ z n on the measured optical fiber 43 is divided into two regions by z c2 .
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(40)及び式(41)においてzc2の前後で連続する2つの三角関数の周期が等しく設定されると、zc2の値は下記の式(42)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図21(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図21(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図21(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。 For example, if the periods of two trigonometric functions that are continuous before and after z c2 are set equal in Expression (40) and Expression (41), the value of z c2 is as shown in Expression (42) below. In the present embodiment, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the trigonometric function are as shown in FIG. Compared with 12 amplitude characteristics, the swell is reduced. On the scale of FIG. 21 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 21 (b).

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図23(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図23(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図23(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍+1/2倍ではない場合についても、同様に振幅特性のうねりが減少し、z〜z間の振幅誤差Δr,Δrが減少する。

Figure 2018185278
Further, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the trigonometric function are as shown in FIG. ~ Waviness is reduced as compared with the amplitude characteristic of FIG. In the scale of FIG. 23 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 23 (b). Case filter delay time τ is not an integral multiple or integral multiple +1/2 times the sampling period is similarly reduces the waviness of the amplitude characteristic, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is reduced .
Figure 2018185278

また、下記の式(43)及び式(44)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする2次関数を用いて、0≦z<zとz<z≦zにおける重みr(z)及びr(z)を実現することもできる。ここで、zc2及びzc3はzからzまでのいずれかの値である。重みr(z)については、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc2と(zc2+z)/2によって3つの領域に分割され、重みr(z)については、被測定光ファイバ43上のz<z≦zがzc3と(zc3+z)/2によって3つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, as shown in the following formulas (43) and (44), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z using a quadratic function having the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. It is also possible to realize the weights r 1 (z) and r 2 (z) at n . Here, z c2 and z c3 are any values from z 2 to z n . For the weight r 1 (z), z 2 <z ≦ z n on the measured optical fiber 43 is divided into three regions by z c2 and (z c2 + z n ) / 2, and the weight r 2 (z) , Z 2 <z ≦ z n on the measured optical fiber 43 is divided into three regions by z c3 and (z c3 + z n ) / 2.
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(43)及び式(44)においてzc2の前後及びzc3の前後でそれぞれ連続する2つの2次関数の2階微分値が等しく設定されると、zc2及びzc3の値は下記の式(45)及び式(46)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図22(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図22(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図22(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。 For example, when the second-order differential values of two quadratic functions that are continuous before and after z c2 and before and after z c3 in Equation (43) and Equation (44) are set equal, the values of z c2 and z c3 are The following equations (45) and (46) are obtained. In the present embodiment, when the filter delay time τ is an integer multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using a quadratic function are as shown in FIG. Compared with the amplitude characteristic of FIG. 12, the waviness is reduced. In the scale of FIG. 22A, Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 are almost overlapped and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 22 (b).

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図24(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図24(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図24(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが大幅に減少している。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the quadratic function are as shown in FIG. Compared with the amplitude characteristics shown in FIGS. 9 to 12, the waviness is reduced. On the scale of FIG. 24A, Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 are almost overlapped and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is significantly reduced as shown in FIG. 24 (b).
Figure 2018185278
Figure 2018185278

本実施形態では規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において、重みフィルタ61,62の周波数特性の振幅値及び振幅の微分値を零にしている。このため、規格化周波数0.5の前後の位相にかかわらず、すなわちフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍+1/2倍に限られない任意の場合においても、規格化周波数0.5の折り返し点において振幅の微分値が連続となる。これにより、折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続が排除され、振幅誤差Δr,Δrが減少する。 In this embodiment the normalized frequency 0.5 (half the sampling frequency f s), have zero amplitude value and the differential value of the amplitude of the frequency characteristic of the weighting filter 61. Therefore, regardless of the phase before and after the normalized frequency 0.5, that is, in an arbitrary case where the filter delay time τ is not limited to an integral multiple of the sampling period or an integral multiple +1/2 times, the normalized frequency 0. At the turning point of 5, the differential value of the amplitude is continuous. Thereby, discontinuity of the differential value of the amplitude including the turning point is eliminated, and the amplitude errors Δr 1 and Δr 2 are reduced.

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τが任意の場合にも有用で、汎用性の高い形態である。   Therefore, this embodiment is useful even when the filter delay time τ is arbitrary, and is a highly versatile form.

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第1及び第2の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ43の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   As described above, the optical frequency domain reflectometry apparatus according to the present embodiment corrects the nonlinearity of the wavelength sweep and extends over a wide range of the optical fiber 43 to be measured, as in the first and second embodiments. The measurement accuracy of strain or temperature distribution can be improved.

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数及び規格化周波数0.5(サンプリング周波数fの1/2)において零である。さらに、重み特性Bの振幅は、規格化周波数0.5において零である。 Further, in the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment, the differential value of the amplitude of the weighting characteristic B with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured is the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And zero at a zero frequency and a normalized frequency of 0.5 (1/2 of the sampling frequency f s ). Further, the amplitude of the weight characteristic B is zero at the normalized frequency of 0.5.

これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性r,rからの振幅誤差Δr,Δrの小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源1の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。さらに、規格化周波数0.5の前後のFIRフィルタの周波数特性の位相にかかわらず、規格化周波数0.5での周波数特性の折り返し点において、振幅値及び振幅の微分値が連続となるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性r,rを有する重みフィルタをFIRフィルタで精度良く実現することができる。 Thereby, the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present embodiment realizes a weight filter having small amplitude errors Δr 1 and Δr 2 from desired weight characteristics r 1 and r 2 with an FIR digital filter having a small number of taps. Therefore, the nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source 1 can be reduced with a small amount of calculation. Furthermore, the amplitude value and the differential value of the amplitude are continuous at the turning point of the frequency characteristic at the normalized frequency 0.5 regardless of the phase of the frequency characteristic of the FIR filter before and after the normalized frequency 0.5. The optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment can accurately realize a weighting filter having desired weighting characteristics r 1 and r 2 using an FIR filter.

(第4の実施形態)
続いて、本発明の第4の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第1〜第3の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。
(Fourth embodiment)
Subsequently, an optical frequency domain reflection measurement apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the structure and operation | movement similar to 1st-3rd embodiment, description is abbreviate | omitted suitably.

本実施形態では、z=z=0に近い低周波領域において、重みr(z)及びr(z)を図6(b)に近い特性にするために、第1又は第2又は第3の実施形態の構成に加えて、零周波数における振幅値を1及び0にする。 In the present embodiment, in order to make the weights r 1 (z) and r 2 (z) close to those in FIG. 6B in the low frequency region close to z = z 0 = 0, the first or second or In addition to the configuration of the third embodiment, the amplitude value at zero frequency is set to 1 and 0.

本実施形態においても、被測定光ファイバ43上の位置zに対する重み特性Bの振幅値及び振幅の微分値は、2つの極小位置z,zにおいて重み特性Aの振幅値及び振幅の微分値と連続である。また、z及びzを含む全帯域において、重みフィルタ61,62の重み特性の振幅値及び振幅の微分値が連続である。 Also in the present embodiment, the amplitude value of the weighting characteristic B and the differential value of the amplitude with respect to the position z on the optical fiber 43 to be measured are the amplitude value and the differential value of the amplitude of the weighting characteristic A at the two minimum positions z 1 and z 2 . And continuous. In addition, in all bands including z 1 and z 2 , the amplitude value of the weight characteristic and the differential value of the amplitude of the weight filters 61 and 62 are continuous.

また、測定干渉信号の零周波数に相当する被測定光ファイバ43上の位置zにおいて、第1の重みフィルタ61の重み特性Bの振幅が1であり、第2の重みフィルタ62の重み特性Bの振幅が零である。 The amplitude of the weight characteristic B of the first weight filter 61 is 1 and the weight characteristic B of the second weight filter 62 at the position z 0 on the measured optical fiber 43 corresponding to the zero frequency of the measurement interference signal. Has an amplitude of zero.

例えば、0≦z<zにおいて第1又は第2又は第3の実施形態と異なるフィルタ特性(零周波数において振幅値が1及び0)を有し、z≦z≦zにおいて第1又は第2又は第3の実施形態と同じフィルタ特性を有する。ここではz≦z≦zにおいて第3の実施形態と同じフィルタ特性の場合を示すが、z≦z≦zにおいて第1又は第2の実施形態と同じフィルタ特性にしてもよい。z=0,z,z,zにおける条件は、下記の式(47)〜式(50)で表される。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
For example, 0 ≦ z <(amplitude value at the zero frequency of 1 and 0) the first or second or third embodiment with different filter characteristics in z 1 has a first or in z 1 ≦ z ≦ z n It has the same filter characteristics as the second or third embodiment. It is shown here for the same filter characteristic as the third embodiment in z 1 ≦ z ≦ z n, but may be the same filter characteristic as the first or second embodiment in z 1 ≦ z ≦ z n. The conditions at z = 0, z 1 , z 2 and z n are expressed by the following formulas (47) to (50).
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

式(47)〜式(50)の条件は、0≦z<zとz<z≦zにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式(51)及び式(52)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする三角関数を用いて、0≦z<z及びz<z≦zを4つの領域0≦z<zc1とzc1≦z<zとz<z≦zc2とzc2<z≦zに分割した重み特性Bを用いて重みr(z)及びr(z)を実現することができる。ここで、zc1は0からzまでのいずれかの値、zc2はzからzまでのいずれかの値である。つまり、被測定光ファイバ43上の0≦z<zがzc1によって2つの領域に分割されるとともに、z<z≦zがzc2によって2つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
The conditions of the equations (47) to (50) are realized by using a non-linear function because 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n cannot be satisfied by the linear amplitude characteristic. For example, as shown in the following formulas (51) and (52), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z n are set using a trigonometric function with the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. Weights r 1 (z) and r using weight characteristics B divided into four regions 0 ≦ z <z c1 and z c1 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z c2 and z c2 <z ≦ z n 2 (z) can be realized. Here, z c1 is any value from 0 to z 1 and z c2 is any value from z 2 to z n . That is, 0 ≦ z <z 1 on the measured optical fiber 43 is divided into two regions by z c1 , and z 2 <z ≦ z n is divided into two regions by z c2 .
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(51)及び式(52)においてzc1の前後及びzc2の前後で連続する2つの三角関数の周期が等しく設定されると、zc1及びzc2の値は下記の式(53)及び式(54)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図25(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図25(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図25(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが減少している。 For example, in the expressions (51) and (52), if the periods of two trigonometric functions continuous before and after z c1 and before and after z c2 are set equal, the values of z c1 and z c2 are expressed by the following expression (53 ) And formula (54). In this embodiment, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of this embodiment using the trigonometric function are as shown in FIG. Compared with 12 amplitude characteristics, the swell is reduced. On the scale of FIG. 25 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 25 (b), Δr 2 is reduced.

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図27(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図27(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図27(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが減少している。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
In addition, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the trigonometric function are as shown in FIG. ~ Waviness is reduced as compared with the amplitude characteristic of FIG. In the scale of FIG. 27A, Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 are almost overlapped and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 ~z 2, Δr 2 is reduced as shown in FIG. 27 (b).
Figure 2018185278
Figure 2018185278

また、下記の式(55)及び式(56)のように、被測定光ファイバ43上の位置zを変数とする2次関数を用いて、0≦z<zとz<z≦zにおける重みr(z)及びr(z)を実現することもできる。ここで、zc1は0からzまでのいずれかの値、zc2及びzc3はzからzまでのいずれかの値である。 Further, as in the following formulas (55) and (56), 0 ≦ z <z 1 and z 2 <z ≦ z using a quadratic function having the position z on the measured optical fiber 43 as a variable. It is also possible to realize the weights r 1 (z) and r 2 (z) at n . Here, z c1 is any value from 0 to z 1 , and z c2 and z c3 are any values from z 2 to z n .

重みr(z)については、被測定光ファイバ43上の0≦z<zがzc1/2とzc1によって3つの領域に分割されるとともに、z<z≦zがzc2と(zc2+z)/2によって3つの領域に分割されている。 Regarding the weight r 1 (z), 0 ≦ z <z 1 on the optical fiber 43 to be measured is divided into three regions by z c1 / 2 and z c1 , and z 2 <z ≦ z n is z c2 And (z c2 + z n ) / 2.

また、重みr(z)については、被測定光ファイバ43上の0≦z<zがzc1/2とzc1によって3つの領域に分割されるとともに、z<z≦zがzc3と(zc3+z)/2によって3つの領域に分割されている。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
For the weight r 2 (z), 0 ≦ z <z 1 on the measured optical fiber 43 is divided into three regions by z c1 / 2 and z c1 , and z 2 <z ≦ z n is It is divided into three regions by z c3 and (z c3 + z n ) / 2.
Figure 2018185278
Figure 2018185278

例えば、式(55)及び式(56)においてzc1の前後及びzc2の前後及びzc3の前後でそれぞれ連続する2つの2次関数の2階微分値が等しく設定されると、zc1〜zc3の値は下記の式(57)〜式(59)のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図26(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較してうねりが減少している。図26(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って図26(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが減少している。 For example, if the second-order differential values of two quadratic functions that are continuous before and after z c1 , before and after z c2 , and before and after z c3 in equation (55) and equation (56) are set equal, z c1 to The value of z c3 is as shown in the following formulas (57) to (59). In the present embodiment, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using a quadratic function are as shown in FIG. Compared with the amplitude characteristic of FIG. 12, the waviness is reduced. On the scale of FIG. 26 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 26 (b), Δr 2 is reduced accordingly.

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍+1/2倍の場合について、2次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ61,62の周波数特性は図28(a)のようになり、図9〜図12の振幅特性と比較して振幅特性のうねりが減少している。図28(a)のスケールではAr,Arとr,rはほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図28(b)のようにz〜z間の振幅誤差Δr,Δrが減少している。

Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Further, when the filter delay time τ is an integral multiple of the sampling period +1/2 times, the frequency characteristics of the weight filters 61 and 62 of the present embodiment using the quadratic function are as shown in FIG. 9 to 12 undulation of the amplitude characteristic is reduced as compared with the amplitude characteristic of FIG. On the scale of FIG. 28 (a), Ar 1 , Ar 2 and r 1 , r 2 almost overlap and cannot be distinguished. Along with this, the amplitude error [Delta] r 1 between z 1 to z 2 as shown in FIG. 28 (b), Δr 2 is reduced.
Figure 2018185278
Figure 2018185278
Figure 2018185278

本実施形態では、z=zにおける振幅の微分値が連続でz=0における振幅を1及び0にしているため、重みr(z)及びr(z)は、z=z付近では図6(a)に近い特性(重み付き加算による非線形誤差の低減効果)を有し、z=0付近では図6(b)に近い特性(雑音の増大や必要なダイナミックレンジの増大を抑える効果)を有する。フィルタ遅延時間τの影響については、重みr(z)及びr(z)は、z≦z≦zにおいて第1又は第2又は第3のいずれかの実施形態と同じフィルタ特性を有するため、それに対応した第1又は第2又は第3の実施形態と同様の特性となる。 In this embodiment, since the differential value of the amplitude at z = z 1 is continuous and the amplitude at z = 0 is 1 and 0, the weights r 1 (z) and r 2 (z) are in the vicinity of z = z 1. 6 has characteristics close to FIG. 6A (an effect of reducing non-linear errors by weighted addition), and has characteristics close to FIG. 6B near z = 0 (suppresses increase in noise and necessary dynamic range). Effect). Regarding the influence of the filter delay time τ, the weights r 1 (z) and r 2 (z) have the same filter characteristics as those of the first, second, or third embodiment in z 1 ≦ z ≦ z n . Therefore, the same characteristics as those of the first, second, or third embodiment corresponding thereto are obtained.

また、図29に示すようにzc1,zc2,zc3の値を変えることにより、重みr(z)及びr(z)を、図25(a)及び図26(a)の特性と、重みの下限値を零にした特性との中間にすることも可能である。ここで、図29(a)は三角関数を用いた場合、図29(b)は2次関数を用いた場合である。同様に、第2の実施形態又は第3の実施形態においてzc2,zc3の値を変えることにより、重みr(z)及びr(z)を、図17(a)、図18(a)、図21(a)、図22(a)の特性と、重みの下限値を零にした特性との中間にすることも可能である。 Further, by changing the values of z c1 , z c2 , and z c3 as shown in FIG. 29, the weights r 1 (z) and r 2 (z) are changed to the characteristics shown in FIGS. 25 (a) and 26 (a). And a characteristic in which the lower limit value of the weight is zero. Here, FIG. 29A shows a case where a trigonometric function is used, and FIG. 29B shows a case where a quadratic function is used. Similarly, by changing the values of z c2 and z c3 in the second or third embodiment, the weights r 1 (z) and r 2 (z) are changed to those shown in FIGS. a), the characteristics shown in FIGS. 21 (a) and 22 (a), and the characteristics in which the lower limit value of the weight is set to zero may be used.

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第1〜第3の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ43の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。   As described above, the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the present embodiment corrects the nonlinearity of the wavelength sweep and extends over a wide range of the optical fiber 43 to be measured, as in the first to third embodiments. The measurement accuracy of strain or temperature distribution can be improved.

また、第1〜第3の実施形態のいずれかにおける第1及び第2の重みフィルタ61,62の構成に加えて、零周波数において、第1の重みフィルタ61の重み特性Bの振幅が1であり、かつ、第2の重みフィルタ62の重み特性Bの振幅が零である。   In addition to the configuration of the first and second weight filters 61 and 62 in any of the first to third embodiments, the amplitude of the weight characteristic B of the first weight filter 61 is 1 at zero frequency. Yes, and the amplitude of the weight characteristic B of the second weight filter 62 is zero.

これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないFIRディジタルフィルタで、所望の重み特性r,rからの振幅誤差Δr,Δrの小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源1の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。さらに、本実施形態の光周波数領域反射測定装置は、極小位置z付近で、波長掃引の非線形性を低減するとともに、零周波数付近で、重みフィルタの処理による雑音の増大や演算に必要なダイナミックレンジの増大を抑えることができる。 Thereby, the optical frequency domain reflection measuring apparatus according to the present embodiment realizes a weight filter having small amplitude errors Δr 1 and Δr 2 from desired weight characteristics r 1 and r 2 with an FIR digital filter having a small number of taps. Therefore, the nonlinear influence of the wavelength sweep of the sweep light source 1 can be reduced with a small amount of calculation. Furthermore, the optical frequency domain reflectometry apparatus of the present embodiment reduces the nonlinearity of wavelength sweep near the minimum position z 1 , and increases the dynamic noise necessary for weight increase filter processing and computation near the zero frequency. Increase in range can be suppressed.

(光周波数領域反射測定方法)
以下、第1〜第4の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置を用いる光周波数領域反射測定方法について、図30のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。
(Optical frequency domain reflection measurement method)
Hereinafter, an example of the processing of the optical frequency domain reflection measurement method using the optical frequency domain reflection measurement apparatus according to the first to fourth embodiments will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、掃引光源1は、波長掃引された光を出力光として出力する(ステップS1)。   First, the sweep light source 1 outputs the wavelength-swept light as output light (step S1).

次に、補助干渉計3は、掃引光源1からの出力光の一部を遅延ファイバ32に入力し、遅延ファイバ32から出力される光と、掃引光源1からの出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する(ステップS2)。   Next, the auxiliary interferometer 3 inputs a part of the output light from the sweep light source 1 to the delay fiber 32, and outputs the light output from the delay fiber 32 and another part of the output light from the sweep light source 1. Are output as an auxiliary interference signal (step S2).

次に、測定干渉計4は、掃引光源1からの出力光の一部を被測定光ファイバ43に入力し、被測定光ファイバ43で反射された反射光と、掃引光源1からの出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する(ステップS3)。   Next, the measurement interferometer 4 inputs a part of the output light from the swept light source 1 to the measured optical fiber 43, and reflects the reflected light reflected by the measured optical fiber 43 and the output light from the swept light source 1. Another part is made to interfere and it outputs as a measurement interference signal (step S3).

次に、第1及び第2の線形化手段51,52は、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源1の波長掃引の非線形性を補正したビート信号を出力信号としてそれぞれ出力する(第1の線形化ステップS41、第2の線形化ステップS42)。   Next, the first and second linearization means 51 and 52 output, as output signals, beat signals obtained by correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source 1 with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal. (First linearization step S41, second linearization step S42).

次に、第1及び第2の重みフィルタ61,62は、第1及び第2の線形化手段51,52からの2つの出力信号(すなわち、非線形性を補正された測定干渉信号のビート信号)に対して第1及び第2の重み特性を付加する(第1の重み特性を付加するステップS51、第2の重み特性を付加するステップS52)。   Next, the first and second weight filters 61 and 62 output the two output signals from the first and second linearization means 51 and 52 (that is, the beat signal of the measurement interference signal whose nonlinearity is corrected). First weight characteristic and second weight characteristic are added to (step S51 for adding the first weight characteristic, step S52 for adding the second weight characteristic).

次に、加算・フーリエ変換手段7は、第1及び第2の重みフィルタ61,62により重み特性が付加された2つの出力信号を加算した信号をフーリエ変換して周波数領域の信号として出力する(ステップS6)。   Next, the addition / Fourier transform means 7 performs Fourier transform on the signal obtained by adding the two output signals to which the weight characteristics are added by the first and second weight filters 61 and 62, and outputs the result as a signal in the frequency domain ( Step S6).

1 掃引光源
2 光分岐部
3 補助干渉計
4 測定干渉計
7 加算・フーリエ変換手段
11a,11b 受光器
12a,12b A/D変換器
17 瞬時位相算出部
18 タイミング算出部
21 第1の遅延付加部
22 第2の遅延付加部
23 第1のリサンプリング部
24 第2のリサンプリング部
27 加算部
32 遅延ファイバ
43 被測定光ファイバ
51 第1の線形化手段
52 第2の線形化手段
60 フーリエ変換部
61 第1の重みフィルタ
62 第2の重みフィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sweep light source 2 Optical branch part 3 Auxiliary interferometer 4 Measurement interferometer 7 Addition / Fourier transform means 11a, 11b Light receiver 12a, 12b A / D converter 17 Instantaneous phase calculation part 18 Timing calculation part 21 1st delay addition part 22 second delay adding unit 23 first resampling unit 24 second resampling unit 27 adding unit 32 delay fiber 43 optical fiber to be measured 51 first linearizing unit 52 second linearizing unit 60 Fourier transform unit 61 first weight filter 62 second weight filter

Claims (11)

波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源(1)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ(32)に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計(3)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ(43)に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計(4)と、
前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化手段(51,52)であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化手段(51,52)と、
前記第1及び第2の線形化手段からの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加する第1及び第2の重みフィルタ(61,62)と、
前記第1及び第2の重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段(7)と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、
前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、
≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、
前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、かつ、前記zにおいて零であることを特徴とする光周波数領域反射測定装置。
A swept light source (1) for outputting wavelength-swept light as output light;
A part of the output light from the sweep light source is input to the delay fiber (32), and the light output from the delay fiber interferes with another part of the output light from the sweep light source to assist. An auxiliary interferometer (3) for outputting as an interference signal;
A part of the output light from the swept light source is input to a measured optical fiber (43), reflected light reflected by the measured optical fiber, another part of the output light from the swept light source, and A measurement interferometer (4) that outputs a measurement interference signal by interfering with
First and second linearization means (51, 52) for outputting, as output signals, signals obtained by correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal. The first and second linearization means (51, 52) each having a delay time for providing two different relative time differences between the auxiliary interference signal and the measurement interference signal;
First and second weight filters (61, 62) for respectively adding first and second weight characteristics to the two output signals from the first and second linearization means;
An optical frequency domain reflection measuring device comprising: addition / Fourier transform means (7) for adding the two output signals to which the first and second weight characteristics are added and outputting a Fourier transformed frequency domain signal Because
The position on the measured optical fiber corresponding to the zero frequency of the output signal is z 0 ,
Corresponding to each of the delay times of the first and second linearization means, the positions on the optical fiber to be measured at which the error of the two output signals due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source is minimized, respectively. and z 1 and z 2,
Z n is a position on the optical fiber to be measured corresponding to a half of the sampling frequency of the output signal,
The first and second weight characteristics are:
A weighting characteristic A defined as z 1 ≦ z ≦ z 2 with the position z on the measured optical fiber as a variable, and linearly changing with respect to z;
and z 0 ≦ z <z 1 , and weight characteristic B defined in z 2 <z ≦ z n , and
The differential value of the amplitude of the weight characteristic B with respect to z is continuous with the differential value of the amplitude of the weight characteristic A with respect to z at the z 1 and z 2 , and is zero at the z 0 , and The optical frequency domain reflection measuring apparatus, wherein z n is zero.
前記第1及び第2の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタであることを特徴とする請求項1に記載の光周波数領域反射測定装置。   2. The optical frequency domain reflectometry apparatus according to claim 1, wherein the first and second weight filters are FIR filters having a filter delay time that is an integral multiple of the reciprocal of the sampling frequency. 前記重み特性Bの振幅は、前記zにおいて零であることを特徴とする請求項1に記載の光周波数領域反射測定装置。 The amplitude of the weight characteristics B are optical frequency domain reflectometry according to claim 1, characterized in that the zero in the z n. 波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源(1)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ(32)に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計(3)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ(43)に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計(4)と、
前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化手段(51,52)であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化手段(51,52)と、
前記第1及び第2の線形化手段からの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加する第1及び第2の重みフィルタ(61,62)と、
前記第1及び第2の重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段(7)と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、
前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、
≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、
前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、
前記重み特性Bの振幅は、前記zにおいて零であることを特徴とする光周波数領域反射測定装置。
A swept light source (1) for outputting wavelength-swept light as output light;
A part of the output light from the sweep light source is input to the delay fiber (32), and the light output from the delay fiber interferes with another part of the output light from the sweep light source to assist. An auxiliary interferometer (3) for outputting as an interference signal;
A part of the output light from the swept light source is input to a measured optical fiber (43), reflected light reflected by the measured optical fiber, another part of the output light from the swept light source, and A measurement interferometer (4) that outputs a measurement interference signal by interfering with
First and second linearization means (51, 52) for outputting, as output signals, signals obtained by correcting the nonlinearity of the wavelength sweep of the swept light source with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal. The first and second linearization means (51, 52) each having a delay time for providing two different relative time differences between the auxiliary interference signal and the measurement interference signal;
First and second weight filters (61, 62) for respectively adding first and second weight characteristics to the two output signals from the first and second linearization means;
An optical frequency domain reflection measuring device comprising: addition / Fourier transform means (7) for adding the two output signals to which the first and second weight characteristics are added and outputting a Fourier transformed frequency domain signal Because
The position on the measured optical fiber corresponding to the zero frequency of the output signal is z 0 ,
Corresponding to each of the delay times of the first and second linearization means, the positions on the optical fiber to be measured at which the error of the two output signals due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source is minimized, respectively. and z 1 and z 2,
Z n is a position on the optical fiber to be measured corresponding to a half of the sampling frequency of the output signal,
The first and second weight characteristics are:
A weighting characteristic A defined as z 1 ≦ z ≦ z 2 with the position z on the measured optical fiber as a variable, and linearly changing with respect to z;
and z 0 ≦ z <z 1 , and weight characteristic B defined in z 2 <z ≦ z n , and
The differential value of the amplitude of the weight characteristic B with respect to z is continuous with the differential value of the amplitude of the weight characteristic A with respect to z at the z 1 and z 2 and zero at the z 0 ,
The optical frequency domain reflection measurement apparatus characterized in that the amplitude of the weighting characteristic B is zero at z n .
前記第1及び第2の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍+1/2倍のフィルタ遅延時間を持つFIRフィルタであることを特徴とする請求項4に記載の光周波数領域反射測定装置。   5. The optical frequency domain reflectometry apparatus according to claim 4, wherein the first and second weighting filters are FIR filters having a filter delay time that is an integral multiple of the reciprocal of the sampling frequency +1/2. . 前記zにおいて、前記第1の重みフィルタの前記重み特性Bの振幅が1であり、かつ、前記第2の重みフィルタの前記重み特性Bの振幅が零であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。 2. The amplitude of the weight characteristic B of the first weight filter is 1 and the amplitude of the weight characteristic B of the second weight filter is zero at the z 0 . The optical frequency domain reflection measuring apparatus according to claim 5. 前記重み特性Bの振幅が、前記zを変数とする三角関数で表されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。   The optical frequency domain reflection measurement apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the amplitude of the weight characteristic B is expressed by a trigonometric function having z as a variable. 前記重み特性Bにおいては、z≦z<z、又は、z<z≦zの少なくとも一方が2つの領域に分割されており、
前記重み特性Bの振幅は、前記2つの領域において前記zを変数とする三角関数でそれぞれ表され、かつ、前記2つの領域の三角関数の周期が等しく設定されたことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。
In the weight characteristic B, at least one of z 0 ≦ z <z 1 or z 2 <z ≦ z n is divided into two regions,
4. The amplitude of the weight characteristic B is expressed by a trigonometric function having the variable z in the two regions, and the period of the trigonometric function in the two regions is set to be equal. The optical frequency domain reflection measuring apparatus according to claim 6.
前記重み特性Bの振幅が、前記zを変数とする2次関数で表されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。   The optical frequency domain reflectometry apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the amplitude of the weight characteristic B is expressed by a quadratic function having the variable z. 前記重み特性Bにおいては、z≦z<z、又は、z<z≦zの少なくとも一方が2つ又は3つの領域に分割されており、
前記重み特性Bの振幅は、前記2つ又は3つの領域において前記zを変数とする2次関数でそれぞれ表され、かつ、前記2つ又は3つの領域の2次関数の2階微分値が等しく設定されたことを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。
In the weight characteristic B, at least one of z 0 ≦ z <z 1 or z 2 <z ≦ z n is divided into two or three regions,
The amplitude of the weight characteristic B is expressed by a quadratic function having the variable z in the two or three regions, respectively, and the second-order differential values of the quadratic functions of the two or three regions are equal. The optical frequency domain reflectometry apparatus according to any one of claims 3 to 6, characterized in that it is set.
掃引光源(1)から波長掃引された光を出力光として出力するステップ(S1)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ(32)に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力するステップ(S2)と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ(43)に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力するステップ(S3)と、
前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第1及び第2の線形化ステップ(S41,S42)であって、前記第1及び第2の線形化ステップは、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に2つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第1及び第2の線形化ステップ(S41,S42)と、
前記第1及び第2の線形化ステップからの2つの前記出力信号に対してそれぞれ第1及び第2の重み特性を付加するステップ(S51,S52)と、
前記第1及び第2の重み特性を付加するステップにより重み特性が付加された2つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力するステップ(S6)と、を含む光周波数領域反射測定方法であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による2つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれz及びzとし、
前記出力信号のサンプリング周波数の1/2の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をzとし、
前記第1及び第2の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置zを変数として、z≦z≦zにおいて定義され、前記zに対して直線的に変化する重み特性Aと、
≦z<z、及び、z<z≦zにおいて定義された重み特性Bと、からなり、
前記重み特性Bの振幅の前記zに対する微分値は、前記z及びzにおいて前記重み特性Aの振幅の前記zに対する微分値と連続であり、かつ、前記zにおいて零であり、かつ、前記zにおいて零であることを特徴とする光周波数領域反射測定方法。
A step (S1) of outputting the wavelength-swept light from the sweep light source (1) as output light;
A part of the output light from the sweep light source is input to the delay fiber (32), and the light output from the delay fiber interferes with another part of the output light from the sweep light source to assist. Outputting as an interference signal (S2);
A part of the output light from the swept light source is input to a measured optical fiber (43), reflected light reflected by the measured optical fiber, another part of the output light from the swept light source, and And outputting as a measurement interference signal (S3),
First and second linearization steps (S41, S42) for outputting, as output signals, signals obtained by correcting the nonlinearity of wavelength sweep of the swept light source with respect to the measurement interference signal using the auxiliary interference signal. The first and second linearization steps have a delay time for providing two different relative time differences between the auxiliary interference signal and the measurement interference signal, respectively. (S41, S42),
Adding first and second weight characteristics to the two output signals from the first and second linearization steps, respectively (S51, S52);
Adding the two output signals to which weight characteristics are added in the step of adding the first and second weight characteristics, and outputting a Fourier-transformed frequency domain signal (S6). A reflection measurement method,
The position on the measured optical fiber corresponding to the zero frequency of the output signal is z 0 ,
Corresponding to each of the delay times of the first and second linearization means, the positions on the optical fiber to be measured at which the error of the two output signals due to the nonlinearity of the wavelength sweep of the sweep light source is minimized, respectively. and z 1 and z 2,
Z n is a position on the optical fiber to be measured corresponding to a half of the sampling frequency of the output signal,
The first and second weight characteristics are:
A weighting characteristic A defined as z 1 ≦ z ≦ z 2 with the position z on the measured optical fiber as a variable, and linearly changing with respect to z;
and z 0 ≦ z <z 1 , and weight characteristic B defined in z 2 <z ≦ z n , and
The differential value of the amplitude of the weight characteristic B with respect to z is continuous with the differential value of the amplitude of the weight characteristic A with respect to z at the z 1 and z 2 , and is zero at the z 0 , and The optical frequency domain reflection measurement method, wherein z n is zero.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114608719A (en) * 2022-03-29 2022-06-10 电子科技大学 Laser temperature measuring device for high-temperature object
WO2023214463A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 日本電信電話株式会社 Optical fiber sensing device and optical fiber sensing method
JP7554291B2 (en) 2020-06-03 2024-09-19 フルークコーポレイション Temperature measurement system and method utilizing transmission of an optical signal through an optical interferometer - Patents.com

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040196467A1 (en) * 2003-04-02 2004-10-07 Luna Technologies, Inc. Apparatus and method for correcting errors generated by a laser with non-ideal tuning characteristics
US20080024785A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Luna Innovations Incorporated High resolution interferometric optical frequency domain reflectometry (ofdr) beyond the laser coherence length
CN101611301A (en) * 2007-02-28 2009-12-23 日本电信电话株式会社 Optical refractometry measuring method and device
US20100145648A1 (en) * 2008-08-08 2010-06-10 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate System and method for correcting sampling errors associated with radiation source tuning rate fluctuations in swept-wavelength interferometry
US20140176937A1 (en) * 2011-08-18 2014-06-26 Tiegen Liu Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry
JP2015190917A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measuring method, optical frequency domain reflection measuring device, and apparatus for measuring position or shape using the same
JP2015190910A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measuring method, optical frequency domain reflection measuring device, and apparatus for measuring position or shape using the same
JP2017181115A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measurement device and optical frequency domain reflection measurement method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040196467A1 (en) * 2003-04-02 2004-10-07 Luna Technologies, Inc. Apparatus and method for correcting errors generated by a laser with non-ideal tuning characteristics
US20080024785A1 (en) * 2006-07-26 2008-01-31 Luna Innovations Incorporated High resolution interferometric optical frequency domain reflectometry (ofdr) beyond the laser coherence length
CN101611301A (en) * 2007-02-28 2009-12-23 日本电信电话株式会社 Optical refractometry measuring method and device
US20100145648A1 (en) * 2008-08-08 2010-06-10 The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate System and method for correcting sampling errors associated with radiation source tuning rate fluctuations in swept-wavelength interferometry
US20140176937A1 (en) * 2011-08-18 2014-06-26 Tiegen Liu Distributed disturbance sensing device and the related demodulation method based on polarization sensitive optical frequency domain reflectometry
JP2015190917A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measuring method, optical frequency domain reflection measuring device, and apparatus for measuring position or shape using the same
JP2015190910A (en) * 2014-03-28 2015-11-02 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measuring method, optical frequency domain reflection measuring device, and apparatus for measuring position or shape using the same
JP2017181115A (en) * 2016-03-28 2017-10-05 アンリツ株式会社 Optical frequency domain reflection measurement device and optical frequency domain reflection measurement method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7554291B2 (en) 2020-06-03 2024-09-19 フルークコーポレイション Temperature measurement system and method utilizing transmission of an optical signal through an optical interferometer - Patents.com
CN114608719A (en) * 2022-03-29 2022-06-10 电子科技大学 Laser temperature measuring device for high-temperature object
CN114608719B (en) * 2022-03-29 2023-04-07 电子科技大学 Laser temperature measuring device for high-temperature object
WO2023214463A1 (en) * 2022-05-06 2023-11-09 日本電信電話株式会社 Optical fiber sensing device and optical fiber sensing method

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