JP5192742B2

JP5192742B2 - Brillouin scattering measurement system

Info

Publication number: JP5192742B2
Application number: JP2007193323A
Authority: JP
Inventors: 勝仁牟禮; 龍児中野; 悟三浦; 道男今井
Original assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2027-07-25
Also published as: JP2009031040A

Description

本発明は、ブリルアン散乱測定装置に関するものであり、特に、被測定用光ファイバに波長の異なる２つのレーザ光を異なる方向から入射させ、その際に生じるブリルアン散乱を測定するためのブリルアン散乱測定装置に関するものである。 The present invention relates to a Brillouin scattering measurement apparatus, and more particularly, to enter two laser beams having different wavelengths from different directions into an optical fiber to be measured, and to measure the Brillouin scattering generated at that time. It is about.

従来、光ファイバを利用し、該光ファイバが設置された環境の温度や歪みなどの物理量分布を測定することが行われている。このような光ファイバを用いた物理量の測定方法は、光通信路の保守管理、ダム・堤防等の大規模構造物の保守管理、欠陥・故障についての自己診断機能を有する材料・構造物（スマートマテリアル・ストラクチャ）に利用されている。 Conventionally, an optical fiber is used to measure a physical quantity distribution such as temperature and strain of an environment in which the optical fiber is installed. Such physical quantity measurement methods using optical fibers include: maintenance and management of optical communication paths, maintenance and management of large-scale structures such as dams and dikes, and materials and structures that have self-diagnosis functions for defects and failures (smart It is used for material structure.

光ファイバが設置されている環境における空間歪みや温度などの分布を測定する方法としては、光ファイバ中のブリルアン散乱現象を用いるものが知られている。ブリルアン散乱現象とは、光ファイバ中で周波数の異なる２つの光波がすれ違うと、高周波数の光から低周波数の光へと、光ファイバ中の音響波を介して光のパワーが移動する現象を意味する。 As a method for measuring the distribution of spatial strain, temperature, and the like in an environment where an optical fiber is installed, a method using the Brillouin scattering phenomenon in the optical fiber is known. Brillouin scattering is a phenomenon in which when two light waves with different frequencies pass in an optical fiber, the power of the light moves from high-frequency light to low-frequency light via acoustic waves in the optical fiber. To do.

しかも、移動するパワーが最大となる周波数差は、光ファイバ中の屈折率や音響波の速度に依存し、これらは光ファイバ周辺の温度や光ファイバに付加された歪みに依存することから、ブリルアン散乱による移動パワーが最大となる周波数差や移動が発生している場所を特定することにより、光ファイバが敷設された空間における温度や歪み分布を測定することが可能となる。 Moreover, the frequency difference at which the moving power is maximum depends on the refractive index in the optical fiber and the velocity of the acoustic wave, which depends on the temperature around the optical fiber and the strain applied to the optical fiber. By specifying the frequency difference at which the moving power due to scattering is maximized and the location where the movement is occurring, it is possible to measure the temperature and strain distribution in the space where the optical fiber is laid.

特許文献１においては、ブリルアン散乱を用いた測定方法として、所定の変調周波数で周波数変調された第１の連続発振光と前記所定の変調周波数と等しい変調周波数で周波数変調された第２の連続発振光とを用いるものが述べられている。特に、前記第１の連続発振光を被測定光ファイバの一端面から入射させ、前記第２の連続発振光の中心周波数を周波数シフトし、該周波数シフトにより中心周波数のシフトした前記第２の連続発振光を被測定光ファイバの他端面から入射させ、前記第２の連続発振光の中心周波数の周波数シフト量を変化させて、被測定光ファイバの前記一端面または前記他端面から出射された光のパワーを測定することで、被測定光ファイバにおいて、前記第１および第２の連続発振光の周波数変調の位相が同期し相関値が高まる位置におけるブリルアンゲインスペクトルを測定することを特徴としている。
特許第３６６７１３２号公報 In Patent Document 1, as a measurement method using Brillouin scattering, a first continuous wave light frequency-modulated with a predetermined modulation frequency and a second continuous wave frequency-modulated with a modulation frequency equal to the predetermined modulation frequency are used. What uses light is described. In particular, the first continuous wave light is incident from one end face of the optical fiber to be measured, the center frequency of the second continuous wave light is frequency-shifted, and the second frequency is shifted by the frequency shift. Light emitted from the one end face or the other end face of the optical fiber to be measured by making the oscillation light enter from the other end face of the optical fiber to be measured and changing the frequency shift amount of the center frequency of the second continuous wave light The Brillouin gain spectrum is measured at the position where the phase of frequency modulation of the first and second continuous wave lights is synchronized and the correlation value is increased in the measured optical fiber.
Japanese Patent No. 3667132

具体的には、図１に示すように、信号発生回路２で駆動される半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、光分岐器３により２つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器４で駆動される光強度変調器５により、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光Ｌ１として、被測定光ファイバ６の一端から入射される。なお、プローブ光は、光強度変調器５により生成される低周波側の側波帯が用いられる。 Specifically, as shown in FIG. 1, the laser light emitted from the semiconductor laser 1 driven by the signal generation circuit 2 is branched into two by an optical branching unit 3. One of the branched laser beams is shifted in the center frequency of the laser beam by the light intensity modulator 5 driven by the microwave generator 4 in accordance with the frequency of the microwave. The frequency-shifted laser light is incident from one end of the measured optical fiber 6 as probe light L1. The probe light uses a sideband on the low frequency side generated by the light intensity modulator 5.

また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として、被測定光ファイバ６の他端から入射される。なお必要に応じて、レーザ光Ｌ２の被測定光ファイバ６に入射するタイミングを調整するため、光遅延器７が介在されている。 The other branched laser beam is incident from the other end of the measured optical fiber 6 as pump light L2. If necessary, an optical delay device 7 is interposed to adjust the timing at which the laser light L2 enters the optical fiber 6 to be measured.

被測定光ファイバ６から出射するプローブ光を、サーキュレータなどの光分岐器８で光検出器側に導出し、光波長フィルタ９によりプローブ光Ｌ１の周波数（上述した低周波側の側波帯に対応した周波数）の光波を分離透過させ、光検出器１０で該光波の光強度を検出するものである。 The probe light emitted from the optical fiber 6 to be measured is led to the photodetector side by an optical branching device 8 such as a circulator, and the frequency of the probe light L1 (corresponding to the above-described low frequency sideband) by the optical wavelength filter 9. The light wave having the frequency of the light wave is separated and transmitted, and the light intensity of the light wave is detected by the photodetector 10.

また、特許文献２においては、次のような光ファイバ特性測定装置が開示されている。レーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されたレーザ光の一部を被測定光ファイバの一端から連続光のプローブ光として入射させる入射手段と、前記光源から出射されたレーザ光の一部の残りをパルス化して前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射させるパルス変調器と、前記被測定光ファイバの他端から出射される光のうち、前記被測定光ファイバに設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器と、前記タイミング調整器を通過した光を検出して、前記被測定光ファイバの特性を測定する検出器とを備えることを特徴とする光ファイバ特性測定装置である。
特許第３６０７９３０号公報 Patent Document 2 discloses the following optical fiber characteristic measuring device. A light source that emits laser light, an incident means that makes a part of the laser light emitted from the light source incident as a probe light of continuous light from one end of the optical fiber to be measured, and a part of the laser light emitted from the light source A pulse modulator that pulses the remainder of the optical fiber to be measured and enters as pump light from the other end of the optical fiber to be measured, and is set to the optical fiber to be measured among light emitted from the other end of the optical fiber to be measured An optical fiber comprising: a timing adjuster that allows only light from the vicinity of a measurement point to pass; and a detector that detects light that has passed through the timing adjuster and measures characteristics of the optical fiber to be measured. It is a characteristic measuring device.
Japanese Patent No. 3607930

具体的には、図２に示すように、信号発生回路２で駆動される半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、光分岐器３により２つに分岐される。分岐された一方のレーザ光は、マイクロ波発生器４で駆動される光強度変調器５により、図１と同様に、マイクロ波の周波数に対応してレーザ光の中心周波数がシフトされる。周波数シフトされたレーザ光はプローブ光Ｌ１として、被測定光ファイバ６の一端から入射される。 Specifically, as shown in FIG. 2, the laser light emitted from the semiconductor laser 1 driven by the signal generation circuit 2 is branched into two by an optical branching unit 3. One of the branched laser beams is shifted in the center frequency of the laser beam by the light intensity modulator 5 driven by the microwave generator 4 corresponding to the frequency of the microwave, as in FIG. The frequency-shifted laser light is incident from one end of the measured optical fiber 6 as probe light L1.

また、分岐された他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として、被測定光ファイバ６の他端から入射される。なお、レーザ光Ｌ２は、パルス変調器１１によりパルス化されている。 The other branched laser beam is incident from the other end of the measured optical fiber 6 as pump light L2. The laser beam L2 is pulsed by the pulse modulator 11.

被測定光ファイバ６から出射するプローブ光は、光分岐器８で光検出器側に導出され、被測定光ファイバ６に設定された測定点近傍からの光のみを通過させるタイミング調整器１２に入射される。タイミング調整器１２を通過した光波は、光波長フィルタ９によりプローブ光Ｌ１の周波数の光波が選択され、該光波長フィルタ９を通過した光波の光強度が、光検出器１０により検出される。 The probe light emitted from the optical fiber to be measured 6 is led out to the optical detector side by the optical branching unit 8 and enters the timing adjuster 12 that allows only light from the vicinity of the measurement point set in the optical fiber to be measured 6 to pass. Is done. The light wave having passed through the timing adjuster 12 is selected by the optical wavelength filter 9 as the light wave having the frequency of the probe light L 1, and the light intensity of the light wave that has passed through the optical wavelength filter 9 is detected by the photodetector 10.

しかしながら、特許文献１の測定方法では、第１及び第２の連続光が周期的に周波数変調されているため、約１０〜５０ｍの周期的ポイントで相関ピークを示す。このため、ブリルアン散乱を測定しても、これらの複数の周期的ポイントを同時に測定することとなる。この問題を解決するためには、測定距離を相関ピークの周期、つまり１０−５０ｍ以下に制限する必要が生じる。 However, in the measurement method of Patent Document 1, since the first and second continuous lights are periodically frequency-modulated, a correlation peak is exhibited at a periodic point of about 10 to 50 m. For this reason, even if Brillouin scattering is measured, these periodic points are measured simultaneously. In order to solve this problem, it is necessary to limit the measurement distance to the period of the correlation peak, that is, 10-50 m or less.

特許文献２の測定方法では、パルス変調器とタイミング調整器とにより、上記の制限を解除することができる。しかし、この方法では、測定サンプルが替わるたびにタイミング調整することが必要となり、測定作業が煩雑化する上、自動調整も困難である。 In the measurement method of Patent Document 2, the above limitation can be removed by a pulse modulator and a timing adjuster. However, in this method, it is necessary to adjust the timing each time the measurement sample is changed, and the measurement work becomes complicated and automatic adjustment is difficult.

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、広範な領域に渡って測定可能でありながら１ｍ以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problems and to measure Brillouin scattering of an optical fiber to be measured with a resolution of 1 m or less while being able to measure over a wide area. An object of the present invention is to provide a Brillouin scattering measurement apparatus that can be easily automated even if an optical fiber is changed.

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設け、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 1, a light source that emits laser light, a modulation unit that periodically changes the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1 , and laser light emitted from the light source A branching unit for branching, a frequency converting unit for converting the frequency of one of the branched laser beams, and a light wave output from the frequency converting unit is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other branched unit By configuring the laser beam to be incident on the other end of the optical fiber to be measured, the position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically. An optical fiber to be measured configured to appear , and the light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement other than the branched part, provided between the branch part and the other end of the optical fiber for measurement Deriving means for deriving into In Brillouin scattering measuring apparatus having a photodetector for detecting derived from the output means lightwave, pulsed with a period of an integer multiple of the period of the modulation means continuous light T1 (T1 = N / f1, N is a natural number) When the pulse conversion means is provided between the light source and the branch portion and the position where the frequency does not change is moved, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed and the change of the predetermined frequency f1 is changed. The period T1 of the pulse conversion means is adjusted corresponding to the above.

請求項２に係る発明では、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。 In the invention according to claim 2, a light source that emits laser light, a modulation unit that periodically changes the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1, a branching unit that branches the laser light emitted from the light source, Frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams, and a light wave output from the frequency conversion means is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other laser light that has been branched is By being configured to be incident on the other end of the optical fiber, a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears. A measuring optical fiber, a derivation means that is provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement outside the branch portion; Light derived from the deriving means Detecting the at Brillouin scattering measuring apparatus and an optical detector, a pulse conversion means for pulsing with a period of an integer multiple of the period of the modulation means continuous light T1 (T1 = N / f1, N is a natural number), the provided both between and between the branch section and conductor output means and one end of the branch portion and該被measuring optical fiber, have a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both have the frequency When moving a position that does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1. .

請求項３に係る発明では、レーザ光を出射する２つの光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することを特徴とする。 In the invention according to claim 3, the two light sources that emit the laser light, the modulation means that periodically changes the wavelength of the laser light at the predetermined frequency f1, and the frequency of the laser light emitted from one of the light sources are Frequency converting means for converting, and a light wave output from the frequency converting means is incident on one end of the optical fiber for measurement, and laser light emitted from the other of the light sources is converted to the other end of the optical fiber for measurement An optical fiber to be measured configured such that a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears . A deriving unit that is provided between the other light source and the other end of the optical fiber to be measured and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber to be measured to other than the other light source; Detect the derived light wave In Brillouin scattering measuring apparatus and a detector, the period T1 of the integral multiple of the period of modulation means continuous light (T1 = N / f1, N is a natural number) pulse conversion means for pulsing at the one light source the provided both between and between said other light source and the conductor detecting means and one end of該被measuring optical fiber, it has a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both the frequency does not fluctuate When the position is moved, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1 .

請求項４に係る発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、ＳＳＢ光変調器を用いることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the Brillouin scattering measurement device according to any one of the first to third aspects, the frequency conversion means uses an SSB optical modulator.

請求項５に係る発明では、請求項１乃至４のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the Brillouin scattering measurement apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the Brillouin scattering measurement apparatus measures strain of a structure in which the optical fiber for measurement is arranged. It is characterized by being a distortion measuring apparatus.

請求項１に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該光源と該分岐部との間に設け、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整することにより、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。しかも、従来のようなタイミング調整器を用いる必要も無いため、被測定用光ファイバが替わっても、パルス変調器とタイミング調整器との間の調整が不要となり、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, a light source that emits laser light, a modulation unit that periodically changes the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1, a branching unit that branches the laser light emitted from the light source, Frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams, and a light wave output from the frequency conversion means is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other laser light that has been branched is By being configured to be incident on the other end of the optical fiber, a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears. A measuring optical fiber, a derivation means that is provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement outside the branch portion; Derived from the deriving means In Brillouin scattering measuring apparatus and an optical detector for detecting a wave, the pulse conversion means for pulsing with a period of an integer multiple of the period of the modulation means continuous light T1 (T1 = N / f1, N is a natural number), Provided between the light source and the branching portion, when moving the position where the frequency does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and in response to the change of the predetermined frequency f1, By adjusting the period T1 of the pulse conversion means, it becomes possible to perform periodic intensity modulation in synchronization with the probe light and the pump light, and the position of the measurement target can be measured while being able to measure over a wide area. It is possible to change with a resolution of 1 m or less. Moreover, since there is no need to use a conventional timing adjuster, adjustment between the pulse modulator and the timing adjuster is not required even if the optical fiber to be measured is changed, and can be easily automated. A Brillouin scattering measurement apparatus can be provided.

請求項２に係る発明により、レーザ光を出射する光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源から出射されたレーザ光を分岐する分岐部と、分岐した一方のレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記分岐した他方のレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該分岐部と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該分岐部以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該分岐部と該被測定用光ファイバの一端との間及び該分岐部と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、広範な領域に渡って測定可能でありながら測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項１に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。 According to the invention of claim 2, a light source that emits laser light, a modulation means that periodically changes the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1, a branching unit that branches the laser light emitted from the light source, Frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams, and a light wave output from the frequency conversion means is incident on one end of the optical fiber to be measured, and the other laser light that has been branched is By being configured to be incident on the other end of the optical fiber, a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears. A measuring optical fiber, a derivation means that is provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement outside the branch portion; Derived from the deriving means In Brillouin scattering measuring apparatus and an optical detector for detecting a wave, the pulse conversion means for pulsing with a period of an integer multiple of the period of the modulation means continuous light T1 (T1 = N / f1, N is a natural number), provided both between and between the branch section and conductor detecting means and one end of the branch section and該被measuring optical fiber, have a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both the frequency When moving the position where does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1. It is possible to perform periodic intensity modulation in synchronization with the pump light and to change the measurement target position with a resolution of 1 m or less while being able to measure over a wide area. Further, similarly to the invention according to claim 1, it is possible to provide a Brillouin scattering measuring apparatus that can be easily automated.

請求項３に係る発明により、レーザ光を出射する２つの光源と、該レーザ光の波長を所定周波数ｆ１で周期的に変化させる変調手段と、該光源の一方から出射されたレーザ光の周波数を変換する周波数変換手段と、該周波数変換手段から出力された光波を、被測定用光ファイバの一端に入射し、前記光源の他方から出射されたレーザ光を、該被測定用光ファイバの他端に入射するよう構成することで、該一端に入射したレーザ光と該他端に入射したレーザ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れるように構成された被測定用光ファイバと、該他方の光源と該被測定用光ファイバの他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射する光波を該他方の光源以外に導出する導出手段と、該導出手段から導出された光波を検出する光検出器とを有するブリルアン散乱測定装置において、連続光を該変調手段の周期の整数倍の周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数）でパルス化するパルス変換手段を、該一方の光源と該被測定用光ファイバの一端との間及び該他方の光源と該導出手段との間の双方に設け、双方のパルス変換手段を同期させるための同期制御手段を有し、該周波数が変動しない位置を移動させる際には、該変調手段の該所定周波数ｆ１を変化させると共に、該所定周波数ｆ１の変化に対応して、該パルス変換手段の該周期Ｔ１を調整するため、プローブ光とポンプ光とを同期して周期的な強度変調を行うことが可能となり、測定対象位置を１ｍ以下の分解能で変化させることが可能となる。また、請求項１又は２に係る発明と同様に、容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することができる。 According to the invention of claim 3, the two light sources that emit laser light, the modulation means that periodically changes the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1, and the frequency of the laser light emitted from one of the light sources are Frequency converting means for converting, and a light wave output from the frequency converting means is incident on one end of the optical fiber for measurement, and laser light emitted from the other of the light sources is converted to the other end of the optical fiber for measurement An optical fiber to be measured configured such that a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears . A deriving unit that is provided between the other light source and the other end of the optical fiber to be measured and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber to be measured to other than the other light source; Detect the derived light wave In Brillouin scattering measuring apparatus and an optical detector, a pulse conversion means for pulsing with a period of an integer multiple of the period of the modulation means continuous light T1 (T1 = N / f1, N is a natural number), said one of the source and provided both between and between said other light source and the conductor detecting means and one end of該被measuring optical fiber, it has a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both the frequency fluctuation When the position to be moved is moved, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1, Periodic intensity modulation can be performed in synchronization with light, and the measurement target position can be changed with a resolution of 1 m or less. Further, similarly to the invention according to claim 1 or 2, it is possible to provide a Brillouin scattering measuring apparatus that can be easily automated.

請求項４に係る発明により、請求項１乃至３のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該周波数変換手段は、ＳＳＢ光変調器を用いるため、プローブ光又はポンプ光のいずれか一方の周波数を容易にシフトすることが可能となる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the Brillouin scattering measurement device according to any one of the first to third aspects, the frequency conversion means uses an SSB optical modulator, and therefore either the frequency of the probe light or the pump light. Can be easily shifted.

請求項５に係る発明により、請求項１乃至４のいずれかに記載のブリルアン散乱測定装置において、該ブリルアン散乱測定装置は、該被測定用光ファイバが配置された構造物の歪を測定するための歪測定装置であるため、構造物の歪をより高精度に測定することが可能となる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the Brillouin scattering measurement apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the Brillouin scattering measurement apparatus measures strain of a structure in which the optical fiber for measurement is arranged. Therefore, the strain of the structure can be measured with higher accuracy.

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図３は、本発明のブリルアン散乱測定装置の第１の実施例を示す図である。
レーザ光を出射する光源として、半導体レーザ２０を用いる。半導体レーザ２０には、レーザ光の波長を周期的に変化させる変調手段である信号発生器２１から、所定周波数ｆ１の信号が入力され、半導体レーザ２０からは所定周波数ｆ１で周波数変調されたレーザ光が出射される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using preferred examples.
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the Brillouin scattering measuring apparatus of the present invention.
A semiconductor laser 20 is used as a light source that emits laser light. A signal having a predetermined frequency f1 is input to the semiconductor laser 20 from a signal generator 21, which is a modulation means for periodically changing the wavelength of the laser light, and the laser light frequency-modulated at the predetermined frequency f1 from the semiconductor laser 20. Is emitted.

より具体的には、図６に示すように、半導体レーザ２０を直流駆動した場合の波長をλ_０とすると、所定周波数ｆ１で駆動された場合には、半導体レーザ２０から出射するレーザ光ｂは、波長がλ_０±Δλ_１の範囲で変動し、変動周期が１／ｆ１となる。 More specifically, as shown in FIG. 6, when the wavelength when the semiconductor laser 20 is driven by a direct current is λ ₀ , the laser beam b emitted from the semiconductor laser 20 when driven at a predetermined frequency f1 is The wavelength fluctuates in the range of λ ₀ ± Δλ ₁ and the fluctuation period becomes 1 / f1.

レーザ光はパルス変換手段であるパルス変換器２２により、所定周期Ｔ１（通常、周期Ｔ１は、Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数となる。つまり、変調手段による変調周期の整数倍の周期となる。）のパルス光に変換される。パルス状に変換されたレーザ光は、分岐部を構成する光分岐器２３により２つのレーザ光に分岐される。 The laser light is converted into a predetermined cycle T1 (usually, T1 = N / f1, N is a natural number by the pulse converter 22 which is a pulse conversion unit. That is, the laser beam has a cycle which is an integral multiple of the modulation cycle by the modulation unit. )). The laser beam converted into a pulse shape is branched into two laser beams by an optical branching device 23 constituting a branching unit.

分岐した一方のレーザ光は、周波数を変換する周波数変換手段２４により、特定周波数ｆ２による変調を受け、レーザ光の中心周波数が所定量シフトする。具体的には、図６に示すようにレーザ光ｂがレーザ光ｃとなるように中心波長が所定の波長シフト量（±Δλ_２，ただし、Δλ_２＝Ｃ／ｆ２，Ｃは伝搬媒体中の光速。）だけシフトする。 One of the branched laser lights is modulated by the specific frequency f2 by the frequency converting means 24 for converting the frequency, and the center frequency of the laser light is shifted by a predetermined amount. Specifically, as shown in FIG. 6, the center wavelength has a predetermined wavelength shift amount (± Δλ ₂ , where Δλ ₂ = C / f2, C so that the laser beam b becomes the laser beam c. Shift by the speed of light.)

周波数変換手段２４としては、ＳＳＢ光変調器を使用することができ、マイクロ波発生器により周波数ｆ２のマイクロ波をＳＳＢ光変調器に入力し、中心波長がλ_０±Δλ_２の側波帯を有する光波を発生させる。周波数変換手段を通過した光波をプローブ光として用いる場合には、λ_０＋Δλ_２の低周波側の側波帯が利用される。また、ポンプ光として用いる場合にはλ_０−Δλ_２の高周波側の側波帯が用いられる。以下では、周波数変換手段から出たレーザ光は低周波側の側波帯を用いる例を中心に説明するが、仮に高周波側の側波帯を用いる場合には、図３における光分岐器２３と光分岐器２６との間、図４における光分岐器３２と光分岐器３８との間、図５における半導体レーザ４６と光分岐器４９との間に、周波数変換手段は配置される。 As the frequency conversion means 24, an SSB optical modulator can be used. A microwave having a frequency f2 is input to the SSB optical modulator by a microwave generator, and a sideband having a center wavelength of λ ₀ ± Δλ ₂ is obtained. The light wave which has is generated. When the light wave that has passed through the frequency converting means is used as the probe light, the sideband on the low frequency side of λ ₀ + Δλ ₂ is used. Further, when used as pump light, a sideband on the high frequency side of λ ₀ −Δλ ₂ is used. In the following, the laser light emitted from the frequency converting means will be described mainly using an example of using the sideband on the low frequency side. However, if the sideband on the high frequency side is used, the optical splitter 23 in FIG. Frequency conversion means is disposed between the optical branching device 26, between the optical branching device 32 and the optical branching device 38 in FIG. 4, and between the semiconductor laser 46 and the optical branching device 49 in FIG.

周波数変換手段２４から出力された光波は、プローブ光Ｌ１として、被測定用光ファイバ２５の一端に入射する。また、前記分岐した他方のレーザ光は、ポンプ光Ｌ２として該被測定用光ファイバ２５の他端に入射するよう構成される。 The light wave output from the frequency converting means 24 enters one end of the optical fiber 25 to be measured as the probe light L1. The other branched laser beam is configured to enter the other end of the optical fiber 25 to be measured as pump light L2.

プローブ光とポンプ光とが交差することにより、被測定用光ファイバが配置されている環境における空間歪みや温度などの情報を含んだブリルアン散乱が発生し、ポンプ光の光エネルギーがプローブ光へとパワー移動する。 When the probe light and the pump light intersect, Brillouin scattering including information such as spatial distortion and temperature in the environment where the optical fiber to be measured is arranged occurs, and the optical energy of the pump light is changed to the probe light. Move power.

本発明においては、パルス変換器２２を用いてプローブ光もポンプ光も共にパルス化しているため、広範な領域を有する被測定用光ファイバの内部であっても、１ｍ以下の分解能で、ブリルアン散乱を発生している場所を特定することが可能となる。 In the present invention, since both the probe light and the pump light are pulsed by using the pulse converter 22, even within the optical fiber for measurement having a wide area, the Brillouin scattering with a resolution of 1 m or less. It is possible to specify the location where the problem occurs.

具体的には、パルス化しない前のプローブ光Ｌ１とポンプ光Ｌ２を被測定用光ファイバ（長さＬの領域）に入射させた際に、図７（ａ）に示すように、プローブ光とポンプ光との周波数差が変動しない位置が周期的に現れ、このいわば定在波の節に相当する部分でブリルアン散乱現象が発生する。図７（ａ）で縦軸は、ポンプ光とプローブ光の周波数差の変動振幅である。０は、分岐部３から分岐した２つの光波が互いに等しい光路長で再度合流する点（以下、中間点という）であり、中間点では常に定在波の節が発生している。そして、図７（ａ）に記載の数字１，２，・・・ｎ，ｎ＋１，・・・は、中間点から数えて何番目の節であるかを示したものである。ｎは自然数である。被測定用光ファイバは、範囲Ｌで示した領域であり、図７（ａ）では、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の４つの節（ｎ〜ｎ＋３）の位置でブリルアン散乱が測定されることとなる。 Specifically, when the probe light L1 and the pump light L2 before being pulsed are incident on the optical fiber for measurement (region of length L), as shown in FIG. A position where the frequency difference from the pump light does not fluctuate periodically appears. In other words, a Brillouin scattering phenomenon occurs in a portion corresponding to a node of a standing wave. In FIG. 7A, the vertical axis represents the fluctuation amplitude of the frequency difference between the pump light and the probe light. 0 is a point where the two light waves branched from the branching section 3 join again with the same optical path length (hereinafter referred to as an intermediate point), and a standing wave node is always generated at the intermediate point. The numbers 1, 2,... N, n + 1,... Shown in FIG. 7A indicate the number of nodes counted from the intermediate point. n is a natural number. The optical fiber for measurement is a region indicated by a range L. In FIG. 7A, the Brillouin is located at the positions of four nodes (n to n + 3) of the standing wave generated in the optical fiber for measurement. Scattering will be measured.

半導体レーザの中心波長λ_０＝１５５０ｎｍとし、半導体レーザの駆動周波数ｆ１＝３ＭＨｚとする場合に、Δλ１は約０．０４ｎｍ程度である。次に、周波数変換器に変調周波数１０．５ＧＨｚを印加した場合の波長シフト量Δλ２は約０．０８ｎｍである。プローブ光もポンプ光も共に３ＭＨｚで周期的に変動しているため、定在波の節の間隔は、約３０ｍ（被測定用光ファイバなどの中心屈折率ｎ＝１．４５７と仮定した場合）となる。 When the center wavelength λ ₀ of the semiconductor laser is 1550 nm and the driving frequency f 1 of the semiconductor laser is 3 MHz, Δλ 1 is about 0.04 nm. Next, the wavelength shift amount Δλ2 when a modulation frequency of 10.5 GHz is applied to the frequency converter is about 0.08 nm. Since both the probe light and the pump light fluctuate periodically at 3 MHz, the distance between the nodes of the standing wave is about 30 m (assuming that the center refractive index of the optical fiber to be measured is n = 1.457) It becomes.

次に、駆動周波数ｆ１を例えば１割程度（０．３ＭＨｚ，３ＭＨｚから２．７ＭＨｚに）変化させた場合には、各節の間隔は約１割程度（３ｍ）、逆に延びることとなる。この様子を示したものが図７（ｂ）であり、この駆動周波数ｆ１の調整により、第１番目の節はＸ１移動している。第ｎ番目の節に着目すると、Ｘｎ（＝Ｘ１×ｎ）移動している。つまり、Ｘ１＝３ｍで、ｎ＝１６の場合は、Ｘｎ＝４８ｍとなり、ｆ１を３ＭＨｚ〜２．７ＭＨｚの間で連続的に変化させるだけで、第ｎ番目の節は約５０ｍの範囲を連続的に移動することが可能である。 Next, when the driving frequency f1 is changed, for example, by about 10% (from 0.3 MHz, 3 MHz to 2.7 MHz), the interval between the nodes is about 10% (3 m), which extends conversely. FIG. 7B shows this state, and the first node is moved by X1 by adjusting the driving frequency f1. When attention is paid to the n-th node, Xn (= X1 × n) moves. In other words, when X1 = 3 m and n = 16, Xn = 48 m, and f1 is continuously changed between 3 MHz and 2.7 MHz, and the n-th node has a continuous range of about 50 m. It is possible to move on.

このため、駆動周波数ｆ１の変化量を小さくするだけで容易に１ｍ以下の分解能を実現することが可能となる。また、分解能を高くする他の方法としては、駆動周波数ｆ１を高くするに従い、定在波の節の間隔は狭く設定することができるため、分解能を高くすることも可能となる。例えば、駆動周波数ｆ１を１０倍に上げると節の間隔は１０分の１（約３ｍ）となる。 For this reason, it is possible to easily realize a resolution of 1 m or less simply by reducing the amount of change in the drive frequency f1. As another method for increasing the resolution, the interval between the nodes of the standing wave can be set narrower as the drive frequency f1 is increased, so that the resolution can be increased. For example, when the driving frequency f1 is increased 10 times, the node interval becomes 1/10 (about 3 m).

ところで、図７（ａ）のように、被測定用光ファイバの内部には複数の節が存在しているため、単に光ファイバから出射するプローブ光を観察しても、被測定用光ファイバの複数箇所におけるブリルアン散乱の合計を測定することとなる。このため、どの箇所の現象であるか特定することが出来ない。これを避けるため、特許文献２においては、パルス変調器によるポンプ光のパルス化と光検出器に入射するプローブ光の入射タイミングを調整することにより、ブリルアン散乱現象が発生している位置の特定を行っている。 Incidentally, as shown in FIG. 7A, since there are a plurality of nodes inside the optical fiber to be measured, even if the probe light emitted from the optical fiber is simply observed, The sum of Brillouin scattering at multiple locations will be measured. For this reason, it is impossible to specify which part the phenomenon is. In order to avoid this, in Patent Document 2, the position where the Brillouin scattering phenomenon occurs is identified by adjusting the pulse timing of the pump light by the pulse modulator and the incident timing of the probe light incident on the photodetector. Is going.

しかしながら、特許文献２の方法では、被測定用光ファイバが変化するたびに、パルス変調器やタイミング調整器を調整する必要があり、調整作業が煩雑であり、測定の自動化を困難なものとしていた。
本発明では、上述のパルス変換器２２を用いてこの問題を解消している。つまり、プローブ光とポンプ光とを共に、所定周期Ｔ１（Ｔ１＝Ｎ／ｆ１，Ｎは自然数となる。）でパルス化すると、図７（ｃ）又は図７（ｄ）のように、所定位置の現象のみを抽出することが可能となる。具体的には、駆動周波数ｆ１を分周した所定周期Ｔ１では、例えば、Ｎ＝２の場合には図７（ｃ）のように２の倍数番目の節を選択し、Ｎ＝４では図７（ｄ）のように４の倍数番目の節を選択することとなる。 However, in the method of Patent Document 2, it is necessary to adjust the pulse modulator and the timing adjuster every time the optical fiber to be measured changes, making the adjustment work complicated and making measurement automation difficult. .
In the present invention, this problem is solved by using the pulse converter 22 described above. That is, when both the probe light and the pump light are pulsed at a predetermined cycle T1 (T1 = N / f1, N is a natural number), as shown in FIG. 7C or FIG. Only this phenomenon can be extracted. Specifically, in a predetermined cycle T1 obtained by dividing the drive frequency f1, for example, when N = 2, a node that is a multiple of 2 is selected as shown in FIG. 7C, and when N = 4, FIG. As shown in (d), a node that is a multiple of 4 is selected.

このように、選択する節の数を調節することで、図７（ｄ）のように被測定用光ファイバの中に測定される節を一つとすることができ、このように着目している節を上述のように駆動周波数ｆ１を変化させて移動させることで、被測定用光ファイバの中を広範囲に渡りかつ高い分解能でブリルアン散乱を測定することが可能となる。 Thus, by adjusting the number of nodes to be selected, one node can be measured in the optical fiber to be measured as shown in FIG. By moving the node while changing the driving frequency f1 as described above, it is possible to measure the Brillouin scattering in the optical fiber to be measured over a wide range with high resolution.

被測定用光ファイバ２５から出射するプローブ光Ｌ１を測定するため、光分岐器２３と該被測定用光ファイバ２５の他端との間に設けられ、被測定用光ファイバの他端から出射するプローブ光Ｌ１を該光分岐器２３以外に導出する導出手段２６を設ける。導出手段は、サーキュレータなどの光分岐器２６を用いることが可能である。 In order to measure the probe light L1 emitted from the optical fiber for measurement 25, it is provided between the optical splitter 23 and the other end of the optical fiber for measurement 25, and is emitted from the other end of the optical fiber for measurement. Deriving means 26 for deriving the probe light L1 other than the optical splitter 23 is provided. As the derivation means, an optical branching device 26 such as a circulator can be used.

光分岐器２６により導出されたプローブ光Ｌ１は、光検出器２７に入力され、プローブ光の光強度が測定される。なお、プローブ光に係る波長光を正確に測定するため、必要に応じて、光検出器２７の前段に波長フィルタを配置することも可能である。 The probe light L1 derived by the optical splitter 26 is input to the photodetector 27, and the light intensity of the probe light is measured. In addition, in order to measure the wavelength light which concerns on probe light correctly, it is also possible to arrange | position a wavelength filter in the front | former stage of the photodetector 27 as needed.

なお、本発明に係る第１の実施例においては、光分岐器２３、周波数変換器、被測定用光ファイバ、及び光分岐器２６が形成する光波が伝播するループ内で、光分岐器２３で分岐した２つの光波が再度ループ内で出会う場所（中間点）は、被測定用ファイバ２５内に位置しないよう該ループ形成に使用される光ファイバなどの導波路長を調整する必要がある。これは、分岐した光波同士が再度出会う場所は、パルス周期を変化させても変化しないため、被測定用光ファイバ内にそのような場所があると、常にその場所の光ファイバの状態を含む測定結果が観測されるためである。 In the first embodiment according to the present invention, the optical branching device 23, the frequency converter, the optical fiber to be measured, and the optical branching device 26, in the loop in which the light wave formed by the optical branching device 26 propagates, It is necessary to adjust the waveguide length of an optical fiber or the like used for forming the loop so that the two branched light waves meet again (intermediate point) in the loop so as not to be located in the fiber 25 to be measured. This is because the place where the branched light waves meet again does not change even if the pulse period is changed, so if there is such a place in the optical fiber for measurement, the measurement always includes the state of the optical fiber at that place. This is because the result is observed.

本発明では、パルス変換器２２の周期Ｔ１と信号発生器２１を調整するだけで、被測定用ファイバ内の測定対象位置をより特定できるようになり、広範囲に対してブリルアン散乱現象を測定することが可能となるため、自動化したブリルアン散乱測定装置を提供することが可能である。 In the present invention, the position to be measured in the fiber to be measured can be specified more simply by adjusting the period T1 of the pulse converter 22 and the signal generator 21, and the Brillouin scattering phenomenon is measured over a wide range. Therefore, it is possible to provide an automated Brillouin scattering measurement apparatus.

図４は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第２の実施例を示す図である。
第１の実施例と異なる点は、光分岐器２３の前段に配置されていたパルス変換器が、光分岐器３２の後段に配置されていることと、該光分岐器３２により分岐された各光波をパルス化するためパルス変換器を複数使用すると共に、双方のパルス変換器を同期制御していることである。 FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the Brillouin scattering measuring apparatus according to the present invention.
The difference from the first embodiment is that the pulse converter arranged in the previous stage of the optical branching device 23 is arranged in the subsequent stage of the optical branching device 32 and that each of the branching by the optical branching device 32 is performed. A plurality of pulse converters are used for pulsing light waves, and both pulse converters are controlled synchronously.

パルス変換器３３及び３６は、同じ周波数のパルスを発生するように、また、パルスを発生するタイミングを調整するための同期制御手段３７が配置されている。
同じ周波数のパルスを発生させることにより、第１の実施例の場合と同様に、該パルスの周期を変化させることで、被測定用光ファイバ内に発生している定在波の特定の節を選択でき、しかも駆動周波数ｆ１を調整することで、広範な領域を測定可能とすると共に、測定分解能を容易に調整することが可能となる。 The pulse converters 33 and 36 are provided with a synchronization control means 37 for generating pulses of the same frequency and adjusting the timing of generating the pulses.
By generating a pulse of the same frequency, as in the case of the first embodiment, by changing the period of the pulse, a specific node of the standing wave generated in the optical fiber for measurement can be changed. In addition, by adjusting the drive frequency f1, it is possible to measure a wide range and easily adjust the measurement resolution.

また、図３では変調周波数ｆ１を大きく可変させて隣の節を測定する必要があるが、パルス変換器３３と３６のパルスの発生タイミングを調整することで、図７（ｅ）のように、たとえば、あたかも中間点の０が数字１の位置にずれたように調整することができ、これにより隣接する場所にある節を選択することも可能となる。なお、図７では、パルス変換器の所定周期Ｔ１を２／ｆ１とした場合の様子を示している。 Further, in FIG. 3, it is necessary to measure the adjacent node by changing the modulation frequency f1 greatly, but by adjusting the pulse generation timing of the pulse converters 33 and 36, as shown in FIG. For example, the adjustment can be performed as if the midpoint 0 is shifted to the position of the numeral 1, which makes it possible to select a node at an adjacent location. FIG. 7 shows a state where the predetermined period T1 of the pulse converter is 2 / f1.

図５は、本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第３の実施例を示す図である。
第２の実施例と異なる点は、レーザ光源を半導体レーザ４０及び４６の２つで構成したことである。 FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the Brillouin scattering measuring apparatus according to the present invention.
The difference from the second embodiment is that the laser light source is composed of two semiconductor lasers 40 and 46.

なお、半導体レーザ４０，４６は、同一の所定周波数で駆動する際には、図５に示すように周波数変換器４３を用いて、プローブ光Ｌ１又はポンプ光Ｌ２の周波数をシフトすることが必要となるが、異なる周波数で駆動する場合には、周波数変換器４３が不要となる。
また、同一の所定周波数で半導体レーザを駆動する際には、信号発生器４１及び４５をいずれか一方のみで共用することも可能である。 When the semiconductor lasers 40 and 46 are driven at the same predetermined frequency, it is necessary to shift the frequency of the probe light L1 or the pump light L2 using the frequency converter 43 as shown in FIG. However, when driving at a different frequency, the frequency converter 43 becomes unnecessary.
Further, when the semiconductor lasers are driven at the same predetermined frequency, the signal generators 41 and 45 can be shared by only one of them.

本発明のブリルアン散乱測定装置は、上述した被測定用光ファイバを、構造物などの内部に埋設された光ファイバとすることにより、構造物の内部歪を測定するための歪測定装置として用いることが可能となる。また、ブリルアン散乱は光ファイバの温度変化にも影響されるため、構造物内部の温度分布測定装置としても使用することが可能である。 The Brillouin scattering measuring apparatus of the present invention is used as a strain measuring apparatus for measuring the internal strain of a structure by using the above-described optical fiber to be measured as an optical fiber embedded in the structure or the like. Is possible. Further, since Brillouin scattering is also affected by the temperature change of the optical fiber, it can be used as a temperature distribution measuring device inside the structure.

本発明によれば、広範な領域に渡り、かつ１ｍ以下の分解能で被測定用光ファイバのブリルアン散乱を測定でき、しかも、被測定用光ファイバが替わっても容易に自動化することが可能なブリルアン散乱測定装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to measure Brillouin scattering of an optical fiber to be measured over a wide range and with a resolution of 1 m or less, and it is possible to easily automate even if the optical fiber to be measured is changed. It is possible to provide a scattering measurement device.

従来のブリルアン散乱測定装置の概略図である。It is the schematic of the conventional Brillouin scattering measuring apparatus. 従来の他のブリルアン散乱測定装置の概略図である。It is the schematic of the other conventional Brillouin scattering measuring apparatus. 本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第１の実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 1st Example of the Brillouin scattering measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第２の実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 2nd Example of the Brillouin scattering measuring apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るブリルアン散乱測定装置の第３の実施例を示す概略図である。It is the schematic which shows the 3rd Example of the Brillouin scattering measuring apparatus which concerns on this invention. プローブ光及びポンプ光の波長変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the wavelength fluctuation of probe light and pump light. 本発明に係るブリルアン散乱測定装置の測定原理を示す図である。It is a figure which shows the measurement principle of the Brillouin scattering measuring apparatus which concerns on this invention.

１，２０，３０，４０，４６半導体レーザ
２，２１，３１，４１，４５信号発生器
３，２３，３２光分岐器
４マイクロ波発生器
５光強度変調器
６，２５，３５，４４被測定用光ファイバ
７光遅延器
８，２６，３８，４９光分岐器（導出手段）
９光波長フィルタ
１０，２７，３９，５０光検出器
１１パルス変調器
１２タイミング調整器
２２，３３，３６，４２，４７パルス変換器
２４，３４，４３周波数変換器
３７，４８同期制御手段 1, 20, 30, 40, 46 Semiconductor laser 2, 21, 31, 41, 45 Signal generator 3, 23, 32 Optical splitter 4 Microwave generator 5 Optical intensity modulator 6, 25, 35, 44 Optical fiber 7 Optical delay device 8, 26, 38, 49 Optical branching device (derivation means)
9 Optical wavelength filter 10, 27, 39, 50 Photo detector 11 Pulse modulator 12 Timing adjuster 22, 33, 36, 42, 47 Pulse converter 24, 34, 43 Frequency converter 37, 48 Synchronization control means

Claims

A light source that emits laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1 ,
A branching section for branching the laser beam emitted from the light source;
A frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams;
The lightwave outputted from said frequency converting means, by entering one end of the optical fiber to be measured, the other laser light the branch, configured to enter the other end of該被measuring optical fiber, the An optical fiber under measurement configured such that a position where the frequency difference between the laser light incident on one end and the laser light incident on the other end does not fluctuate periodically appears ;
A derivation means provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and for deriving a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement to other than the branch portion;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
A pulse conversion means for pulsing continuous light at a period T1 (T1 = N / f1, N is a natural number) which is an integral multiple of the period of the modulation means, is provided between the light source and the branch section ;
When moving the position where the frequency does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1. Brillouin scattering measurement device.

A light source that emits laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1 ,
A branching section for branching the laser beam emitted from the light source;
A frequency conversion means for converting the frequency of one of the branched laser beams;
The lightwave outputted from said frequency converting means, by entering one end of the optical fiber to be measured, the other laser light the branch, configured to enter the other end of該被measuring optical fiber, the An optical fiber under measurement configured such that a position where the frequency difference between the laser light incident on one end and the laser light incident on the other end does not fluctuate periodically appears ;
A derivation means provided between the branch portion and the other end of the optical fiber for measurement, and for deriving a light wave emitted from the other end of the optical fiber for measurement to other than the branch portion;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
Pulse converting means for pulsing continuous light at a period T1 (T1 = N / f1, N is a natural number) that is an integral multiple of the period of the modulating means, between the branching section and one end of the optical fiber to be measured; Provided both between the branch and the derivation means,
Have a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both,
When moving the position where the frequency does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1. Brillouin scattering measurement device.

Two light sources that emit laser light;
Modulation means for periodically changing the wavelength of the laser light at a predetermined frequency f1 ,
Frequency conversion means for converting the frequency of laser light emitted from one of the light sources;
The lightwave outputted from said frequency converting means, be configured to enter one end of the optical fiber to be measured, a laser beam emitted from the other of the light source, incident on the other end of該被measuring optical fiber And an optical fiber to be measured configured such that a position where the frequency difference between the laser beam incident on the one end and the laser beam incident on the other end does not fluctuate periodically appears ,
A derivation means that is provided between the other light source and the other end of the optical fiber to be measured, and derives a light wave emitted from the other end of the optical fiber to be measured, other than the other light source;
In a Brillouin scattering measurement apparatus having a photodetector for detecting a light wave derived from the deriving means,
Pulse converting means for pulsing continuous light at a period T1 (T1 = N / f1, N is a natural number) that is an integral multiple of the period of the modulating means, between the one light source and one end of the optical fiber to be measured And between the other light source and the derivation means,
Have a synchronization control means for synchronizing the pulse converter means both,
When moving the position where the frequency does not vary, the predetermined frequency f1 of the modulation means is changed, and the period T1 of the pulse conversion means is adjusted in response to the change of the predetermined frequency f1. Brillouin scattering measurement device.

4. The Brillouin scattering measurement apparatus according to claim 1, wherein the frequency conversion unit uses an SSB optical modulator. 5.

5. The Brillouin scattering measurement device according to claim 1, wherein the Brillouin scattering measurement device is a strain measurement device for measuring strain of a structure in which the optical fiber for measurement is arranged. Brillouin scattering measurement device.