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公開番号2025058413
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-09
出願番号2023168328
出願日2023-09-28
発明の名称光ファイバ特性解析装置
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人横浜国立大学
代理人個人,個人,個人
主分類G01D 5/353 20060101AFI20250402BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、光ファイバそのものをセンサ化する光ファイバセンシング装置において、簡素な構成で、反射点付近での温度や歪みの測定が可能な光ファイバ型センサの提供を目的とする。
【解決手段】本開示は、ブリルアン光相関領域反射計を用いて被測定光ファイバのブリルアン散乱を解析する光ファイバ特性解析装置において、周期的な信号で周波数変調を施した信号光を前記被測定光ファイバに入射し、前記被測定光ファイバの他端からの反射光を参照光に用いる、光ファイバ特性解析装置である。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
ブリルアン光相関領域反射計を用いて被測定光ファイバのブリルアン散乱を解析する光ファイバ特性解析装置において、
周期的な信号で周波数変調を施した信号光を前記被測定光ファイバの一端に入射し、
前記被測定光ファイバの他端からの反射光を参照光に用いる、
光ファイバ特性解析装置。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記信号光によって前記被測定光ファイバで生じたブリルアン散乱光と前記反射光との相関ピークを検出する、
請求項１に記載の光ファイバ特性解析装置。
【請求項３】
前記相関ピークの間隔が前記被測定光ファイバのファイバ長よりも長くなるような変調周波数で、前記周波数変調を施す、
請求項２に記載の光ファイバ特性解析装置。
【請求項４】
前記被測定光ファイバの前記他端付近の相関ピークを検出する、
請求項２に記載の光ファイバ特性解析装置。
【請求項５】
前記周波数変調が正弦波変調である、
請求項１に記載の光ファイバ特性解析装置。
【請求項６】
連続光を生成する光源と、
前記連続光を周期的な信号で周波数変調する光周波数変調手段と、
前記連続光が周波数変調されることで生成された前記信号光を、前記被測定光ファイバの前記一端に入射し、前記被測定光ファイバの前記一端から出射された後方散乱光を光検波手段に出力する光分岐手段と、
前記光分岐手段から出力された後方散乱光を検出する光検波手段と、
前記光検波手段で検出した後方散乱光を解析する信号解析手段と、
を備える請求項１に記載の光ファイバ特性解析装置。
【請求項７】
ブリルアン光相関領域反射計を用いて被測定光ファイバのブリルアン散乱を解析する光ファイバ特性解析装置が実行する光ファイバ特性解析方法であって、
周期的な信号で周波数変調を施した信号光を前記被測定光ファイバの一端に入射し、
前記被測定光ファイバの他端からの反射光を参照光に用いる、
光ファイバ特性解析方法。
【請求項８】
前記被測定光ファイバの前記一端から出射された、前記被測定光ファイバにおけるブリルアン散乱光と前記反射光との相関ピークを検出する、
請求項７に記載の光ファイバ特性解析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、光ファイバをセンサとして用いる光ファイバセンシング技術に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
長距離かつ軽量で、電磁ノイズの影響を受けにくく防爆性に優れているなどの利点から、光ファイバを温度センサや歪みセンサとして用いる光ファイバ型センサが研究されている。光ファイバ型温度センサでは、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）型センサや、長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）型センサが実現されている（例えば、非特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
しかし、ＦＢＧ型／ＬＰＧ型センサは、被測定光ファイバに波長特性を持つセンサ部を割り入れる必要がある。センサ部を割り入れるためには、ＦＢＧ（周期的な屈折率変化）を描画する必要がある。異なるファイバを融着接続する手法もあるが、ＦＢＧ型／ＬＰＧ型センサともども、光ファイバに何らかの特殊な加工が必要となる。
【０００４】
光ファイバにセンサ部を割り入れない温度センサとして、ブリルアン光相関領域反射計（ＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ－ＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。非特許文献３では、信号光と参照光の相関により、参照光路と等光路となる被測定光ファイバ中の任意の位置の温度情報を取得できる。しかし、非特許文献３では、温度を測定する位置は、参照光路に挿入される遅延線の長さで定められる。このため、温度を測定する位置を変更するためには、参照光路に挿入される遅延線の長さを調整する必要がある。
【０００５】
ブリルアン光相関領域反射計において、被測定光ファイバの遠端での反射光を参照光に用いることで、参照光路をなくした構成が提案されている（例えば、非特許文献４参照。）。しかし、被測定光ファイバに遠端反射がある場合でも、非特許文献４では、信号対雑音比が低く、空間分解能は２０ｃｍ程度が限界であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
Ａ．Ｄ．Ｋｅｒｓｅｙ．ｅｔ．ａｌ．，“ＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇＳｅｎｓｏｒｓ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１５，１４４２（１９９７）．
Ｎ．Ｚｈａｏ，ｅｔ．ａｌ．，“ＨｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｒｏｂｅｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｂａｓｅｄｏｎＭｉｃｈｅｌｓｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ”，Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍｕｎ，３４３，１３１（２０１５）．
大坪他，「低コヒーレンスブリルアン光相関領域反射計の提案」，第６９回応用物理学会春季学術講演会、２２ｐ－Ｄ２１５－４、２０２２．
戸田他，「低コヒーレンス光源を用いた光ファイバ型温度計測プローブの提案」，第８３回応用物理学会秋季学術講演会、２３ｐ－Ｃ３０２－６、２０２２．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本開示は、光ファイバそのものをセンサ化する光ファイバセンシング装置において、簡素な構成で、反射点付近での温度や歪みの測定が可能な光ファイバ型センサの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、ブリルアン光相関領域反射計を用いて被測定光ファイバのブリルアン散乱を解析する光ファイバ特性解析装置において、周期的な信号で周波数変調を施した信号光を前記被測定光ファイバの一端に入射し、前記被測定光ファイバの他端からの反射光を参照光に用いる。
【０００９】
前記光ファイバ特性解析装置は光ファイバ特性解析方法を実行する。具体的には、前記光ファイバ特性解析装置は、前記被測定光ファイバの前記一端から出射された、前記被測定光ファイバにおけるブリルアン散乱光と前記反射光との相関ピークを検出する。
【００１０】
本開示は、参照光路を用いず、必ず被測定ファイバの反射点で干渉させられるような周期的な周波数変調を用いることで、反射が強い箇所付近でのブリルアン散乱の測定精度を高めることができる。また、本開示は、周期的な変調によって生じる間隔ｄ
ｍ
の複数の相関ピークに対して、変調周波数ｆ
ｍ
を設計することで、反射点付近の一点のみのブリルアン散乱を測定できる。このため、本開示は、簡素な構成で、反射点付近での温度やひずみの測定が可能な光ファイバ型センサを提供することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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