<Desc/Clms Page number 1>
Korte aanduiding : Apparaat voor het testen van optische vezel door puls- LichtbundeL en optische heterodyne detectie te gebruiken.
Beschrijving.
De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een optisch vezeL- testapparaat voor het local ; seren van een positie van een mogelijke fout, zoals breuk, in een optische vezel en/of het meten van verliezen die zijn betrokken bij overdracht van een LichtbundeL door de optische vezel door het aLs ingangssignaal toevoeren van een pulslichtbundel aan de optische vezel vanaf één einde daarvan en het detecteren van een retourlichtbundel door gebruik te maken van een optische heterodyne detectie.
Voor een beter begrip van de achtergrond van de onderhavige uit- vinding zaL een beschrijving worden gegeven van een eerder bekend optisch vezeltestapparaat door te verwijzen naar figuur 5 van de bijbehorende tekening.
In figuur 5 geeft een referentiecijfer 1 een coherente lichtbron aan, geeft 2 een optische verdelingsinrichting aan, geeft 3A een optische frequentieverschuiver aan, geeft 4 een tijdpuLsgenerator aan, geeft 7 een gerichte optische koppelinrichting aan, geeft 9A een optische heterodyne detectieschakeLing aan, geeft 9B een filter aan, geeft 9C een versterker aan, geeft 9D een signaaLverwerkingsschakeLing aan, geeft 9E een weergeefeenheid aan en geeft 10 een te testen optische vezel aan.
In bedrijf wordt een LichtbundeL die een frequentie f heeft en uittreedt uit de lichtbron 1 als ingangssignaal toegevoerd aan de optische verdelingsinrichting 2 om te worden gescheiden in een signaallichtbundel 11 en een referentieLichtbundeL 12. Bij wijze van voorbeeLd kan de frequentie f 200 THz zijn.
De signaaLLichtbundeL 11 wordt in de optische frequentieverschuiver 3A ingebracht, die is ontworpen om de frequentie van de ingangsLichtbundeL 11 met een van tevoren bepaalde hoeveelheid te verschui- ven door gebruik te maken van een akoesto-optisch effect. Verder wordt de optische frequentieverschuiver 3A herhaaLdeLijk aan- en uitgeschakeld onder besturing in de tijd van de tijdpulsgenerator 4, waarbij een pulsLichtbundel die een frequentie heeft, die 6f i5 verschoven ten opzichte van die van de Lichtbron 1 vanaf de uitgang van de optische frequentieverschuiver 3A wordt voortgebracht.
De aldus afgeleide LichtbundeL wordt aLs ingangs-
<Desc/Clms Page number 2>
signaaL toegevoerd aan de te testen optische vezeL 10 door middel van de gerichte optische koppelinrichting 7. De hoeveelheid verschuiving in frequentie (d. w. z. f) die teweeg wordt gebracht door de optische frequentieverschuiver 3A wordt bij wijze van voorbeeld aangenomen 100 MHz te zijn.
Retourlicht 13 vanaf de optische vezel 10 dat het resultaat is van de FresneL-refLectie, achterwaartse verstrooiing en andere, wordt in de gerichte optische koppelinrichting 7 ingebracht om daardoor met de referentielichtbundeL 12 te worden gekoppeLd. Het uitgangssignaaL van de gerichte optische koppelinrichting 7 wordt dan als ingangssignaal toegevoerd aan de optische heterodyne fotodetectieschakeling 9A.
ALs het resultaat van koppeLing of synthetisering van de retourLichtbundeL 13 en de referentielicht- bundel 12 door de gerichte optische koppelinrichting 7, bevat de uitgangs- LichtbundeL daarvan frequentiecomponenten die respectievelijk een som en een verschiL in frequentie tussen de retourLichtbundeL 13 en de referentie- LichtbundeL 12 vertegenwoordigen. De optische heterodyne fotodetectieschakeling 9A is ontworpen om de verschiLfrequentiecomponent te detecteren door midcel van optisch heterodyne bedrijf en een overeenkomstig elektrisch signaal af te geven.
Met andere woorden geeft de fctodetectieschakeling 9A het elektrische signaal af dat een frequentie Af heeft, weLk signaaL dan wordt toegevoerd aan de signaaLverwerkingsschakeLing 9D door middel van het filter 98 en de versterker 9C. Het elektrische signaal met de frequentie Af ondergaat signaalverwerking, zoals anaLoog-naar-digitaaLomzetting (A/Domzetting), rekenkundige verwerking voor het detecteren of LocaLiseren van fouten in de optische vezel, bepaLing van overdrachtsverliezen en andere.
Het resultaat van zo een verwerking wordt op de weergeefeenheid 9E weergegeven.
Het optische vezeltestapparaat volgens de stand van de techniek dat hierboven is beschreven Lijdt aan een probleem dat ten gevolge van de FresneL-refLectie die plaats vindt in de buurt van het invals-of ingangs- einde van de te testen optische vezel 10 een amplitude of intensiteit van verscheidene da zo hoog aLs dat van de Lichtcomponent die wordt voortgebracht door de achterwaartse verstrooiing heeft, de versterker 9C verzadigd raakt waardoor het onmogelijk wordt de optische vezel met een voLdoend hoge nauwkeurigheid te testen. Daarnaast wordt geen rekening gehouden met de vrijheid van het insteLLen van de besturing in de tijd voor het extraheren van de verschiLfrequentie Af.
<Desc/Clms Page number 3>
Het is daarom een doel van de onderhavige uitvinding om te voorzien in een optisch vezeltestapparaat van het hiervoor genoemde type dat in hoofdzaak ongevoelig voor de problemen van het optische vezeltestapparaat volgens de stand van de techniek is, en dat een hoge nauwkeurigheid alsmede verbeterde betrouwbaarheid bij het testen van optische vezels kan verzekeren.
Met het oog op de bovenstaande en andere doelen die zullen blijken naarmate de beschrijving voortschrijdt, wordt het door de onderhavige uitvinding geleerd dat een optische frequentieverschuiver wordt verschaft voor de referentieLichtbundeL voor het verschuiven van de frequentie daarvan met een van tevoren bepaalde hoeveelheid met een arbitrair te selecteren besturing in de tijd, zodat de frequentie van het door middel van de optisch heterodyne bewerking van de retourlichtbundel vanaf de optische vezel en de referentieLichtbundeL afgeleide elektrische signaal frequentiecomponenten heeft, die Liggen in respectievelijk een blokkeringsband en een doorlaatband van het filter.
Op deze manier kan het nuttige signaal worden afgenomen met een arbitrair te selecteren besturing in de tijd, terwijl wordt voorkomen dat de met de uitgang van het filter verbonden versterker verzadigd raakt.
Aldus is er, in overeenstemming met de onderhavige uitvinding in haar breedste zin, voorzien in een apparaat voor het testen van een optische vezel door een pulslichtbundel te gebruiken, welk apparaat een Lichtbron omvat voor het afgeven van een coherente lichtbundel, een optische inrichting voor het scheiden van de coherente lichtbundel in een signaaLLichtbundeL en een referentieLichtbundeL, een inrichting voor het puLseren van de signaaLLichtbundeL om daardoor een puLsLichtbundeL op te wekken, een optische frequentieverschuiver voor het met een van tevoren bepaalde hoeveelheid verschuiven van een frequentie van de referentieLichtbundeL, een tijdgenerator voor het sturen van de tijdstippen waarop de frequentie van de referentielichtbundel door de optische frequentieverschuiver wordt verschoven,
een gerichte optische koppeLinrichting voor het aLs ingangssignaaL toevoeren van de puLsLichtbundeL aan een te testen optische vezeL en het ontvangen van een retourlichtbundel vanaf de vezel om daardoor de retourLichtbundeL met de door de frequentieverschuiver afgegeven referentieLichtbundeL te combineren,
een met de gerichte optische koppelinrichting gekoppelde optische heterodyne inrichting voor het detecteren
<Desc/Clms Page number 4>
van verschil in frequentie tussen de retourLichtbundeL en de door de optische frequentieverschuiver afgegeven referenneLichtbundeL om daardoor een elektrisch verschilsignaal voort te brengen en een werkzaam met de optische heterodyne inrichting verbcncen signaalverwerkingsinrichting voor het verwerken van het elektrische verschilsignaal om daardoor de te testen optische vezel met betrekking tot de prestaties daarvan te evalueren.
In een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de pulseringsinrichting zijn gevormd door een optische schakelaar van een elektro-optisch effect type die in responsie op door een pulsgenerator opgewekte pulsen wordt aan- en uitgeschakeld. Alternatief kan de pulseringsinrichting zijn gevormd door een aanvullende optische frequentieverschuiver die in responsie op door een pulsgenerator opgewekte pulsen wordt aan- en uitgeschakeld. De verwerkingsfaciliteit kan zijn voorzien van een filter die een doorlaatband heeft om daardoor alleen een bruikbare frequentiecomponent van het door de optische heterodyne detector afgegeven elektrische signaal door te Laten.
Met de hierboven beschreven inrichting wordt de optische fre- quentieverschuiver omgeschakeld tussen de toestand waarin de frequentie van de referentieLichtbundeL met een van tevoren bepaalde hoeveelheid wordt verschoven en de toestand waarin de eerstgenoemde in het geheel geen verschuiving ondergaat, terwijl het door optische heterodyne detect-ie van de referentieLichtbundeL en de retourLichtbundeL vanaf de optische vezel verkregen elektrisch verschiLsignaaL aLs ingangssignaal wordt toegevoerd aan het filter dat een blokkeringsband en een doorlaatband heeft, waarbij het elektrische signaaL kan worden ge xtraheerd om beschikbaar te zijn voor verdere verwerkingen met een arbitrair te selecteren besturing in de tijd.
Door het geschikt aanpassen van de besturing in de tijd voor het omschake- len van de frequentie van de referentieLichtbundeL aan het tijdstip waarop de FresneL-refLectie optreedt, is het mogelijk te voorkomen dat een versterker verzadigd raakt. ALdus kan de test van de optische vezel met hoge nauwkeurigheid en verbeterde betrouwbaarheid worden uitgevoerd.
De bovengenoemde en andere doelen, kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zuLLen beter worden begrecen uit de volgende beschrijving van de voorkeur hebbende uitvoeringsvormen daarvan, wanneer deze wordt samengenomen in combinatie met de begeLeidende teken' ! ng Maann :
<Desc/Clms Page number 5>
figuur 1 een functioneel blokschema is, dat een algemene inrichting van het optische vezeltestapparaat in overeenstemming met een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding Laat zien ;
figuur 2 een aanzicht is voor het grafisch iLLustreren van de verzwakkings- of dempingskarakteristiek van een fiLterschakeLing die is ontworpen om daardoorheen een signaaLcomponent door te Laten, die een frequentie van belang heeft, terwijl een component die een andere frequentie heeft, wordt geblokkeerd ; figuur 3 een blokschema is, dat een tweede uitvoeringsvorm van het optische vezeltestapparaat in overeenstemming met de uitvinding Laat zien ;
figuur 4 een aanzicht is voor het grafisch iLLustreren van de verzwakkingskarakteristiek van een fiLterschakeLing die wordt gebruikt in het in figuur 3 getoonde optische vezeltestapparaat ; en figuur 5 een functioneel blokschema is, dat een optisch vezeltestapparaat volgens de stand van de techniek Laat zien.
Nu zaL de onderhavige uitvinding gedetaiLLeerd in combinatie met de voorkeur hebbende of voorbeeLduitvoeringsvormen daarvan worden toegeLicht onder verwijzing naar de tekening.
Figuur 1 is een blokschema dat in het algemeen een schakelingsinrichting van een optisch vezeltestapparaat in overeenstemming met een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding Laat zien.
Verwijzend naar figuur 1 dient het eerst te worden opgemerkt dat het daarin getoonde testapparaat aLLeen van het hiervoor in combinatie met figuur 5 beschreven apparaat verschilt doordat er aanvuLLend is voorzien in een optische frequentieverschuiver 5 en een tijdgenerator 6 in de baan van de referentieLichtbundeL 12 en een optische schakelaar 3 is aangebracht in de pLaats van de in figuur 5 getoonde optische frequentieverschuiver 3.
Dienovereenkomstig zijn in figuur 1 dezelfde of gelijkwaardige delen aLs die, welke in figuur 5 zijn getoond, door dezeLfde verwijzingssymboLen aangegeven en zal herhaalde beschrijving in de volgende beschrijving daarvan achterwege worden geLaten.
Verwijzend naar figuur 1 wordt een signaaLLichtbundeL 11 in de optische schakeLing 3 ingebracht, die is uitgevoerd door gebruik te maken van een elektro-optisch effect. Aangezien de optische schakelaar 3 in responsie op de uitgangspulsen van de pulsgenerator 4 wordt aan-en uitgescha-
<Desc/Clms Page number 6>
keld, wordt de signaallichtbundel 11 in een puLsLichtbundeL omgezet, die een frequentie f heeft, en als ingangssignaal toegevoerd aan de te testen optische vezel 10 door middel van de gerichte optische koopelinrichting 7.
De vanaf de optische vezel 10 ten gevolge van de FresneL-refLec- tie, de achterwaartse verstrooiing of dergelijk verschijnsel teruggekoppelde retourlichtbundel 13 wordt in de gerichte optische koopelinrichting 7 ingebracht in de richting die tegengesteld is aan die van de signaaLLichtbundel 11, waarbij de retourLichtbundeL 13 wordt gecombineerd of gemengd met de referentieLichtbundeL 12. Het uitgangssignaal van de gerichte optische koppelinrichting 7 wordt omgezet in een overeenkomstig elektrisch signaal door middel van optische heterodyne detectie die door de fotodetectieschakeling 9A wordt bewerksteLLigd.
Anderzijds wordt de referentielichtbundel 12 in de optische frequentieverschuiver 5 geleid, die onder door de tijdgenerator 6 opgewekte besturing in de tijd wordt aan- en uitgeschakeld. Wanneer de optische frequentieverschuiver 5 in de aan-toestand is, heeft de door de optische frequentieverschuiver 5 afgegeven referentielichtbundel 12 een frequentie die wordt gegeven door (f + Af). Wanneer anderzijds de optische frequentieverschuiver 5 in de uit-toestand is, heeft de referentieLichtbundeL 12, die dcor de optische frequentieverschuiver 5 in de gerichte optische koppelaar 7 wordt ingebracht een frequentie die is gegeven door i. De referentie- lichtbundeL 12, die de frequentie heeft, die wordt gevarieerd zoals hierboven is genoemd,
wordt gesynthetiseerd met of gesuperponeerd op de retour- LichtbundeL 13 door middel van de gerichte optische koppelinrichting 7, waarvan het uitgangslichtsignaal dan als ingangssignaal aan de optische heterodyne fotodetectieschakeling 9A wordt toegevoerd.
Door middel van de door de rotodetectieschakeling 9A bewerk- stellige optische heterodyne detectie heeft het door de laatstgenoemde afgegeven elektrische signaal een frequentie die verandert in overeenstemming met het verschil in frequentie tussen de retourlichtbundel 13 en de referentieLichtbundeL 12. Specifieker heeft, wanneer de optische frequentieverschuiver 5 in de aan-toestand is, het door de fotodetectieschakeling 9A afgegeven elektrische signaal een frecuentie die wcrdt gegeven door Af, terwijL in de uit-toestand van de optische frequentieverschuiver 5 de frequentie van het bovengenoemde elektrisch signaal een waarde 0 (nul) aanneemt.
Het door de fotodetectieschakeLir. g 9A afgegeven
<Desc/Clms Page number 7>
eLektrische signaal wordt dan als ingangssignaal aan het filter 98 toegevoerd.
De verzwakkingkarakteristiek van dit filter 9B zaL hieronder onder verwijzing naar figuur 2 worden toegelicht. Deze figuur iLLustreert grafisch de verswakkings-of dempingskarakteristiek van het filter 9B dat zo is uitgevoerd dat de frequentie Af ligt in de doorlaatband van het fiLter 98, waarbij de frequentie 0 ligt in de blokkeringsband. Dienten- gevoLge wordt, wanneer de optische frequentieverschuiver 5 in de uittoestand is, het door de fotodetectieschakeling 9A afgegeven elektrische signaal door het filter 98 geblokkeerd, terwijl het aan de eerstgenoemde wordt toegestaan door het filter 98 te lopen in de aan-toestand van de optische frequentieverschuiver 5.
Het zaL aldus worden ingezien dat door het veranderen van de besturing in de tijd voor het aanschakelen van de optische frequentieverschuiver 5 door het dienoverkomstig sturen van de tijdgenerator 6 het aan de uitgang van de fotodetectieschakeling 9A beschikbare elektrische signaal kan worden uitgenomen of ge xtraheerd met een gewenste sturing in de tijd, hetgeen op zijn buurt betekent dat door het sturen van de tijdgenerator 6, zodanig dat de optische frequentieverschuiver 5 wordt uitgeschakeLd tijdens een tijdsperiode gedurende welke FresneL-refLectie van hoge intensiteit pLaats vindt in de buurt van het ingangseinde van de optische vezeL 10,
het mogelijk is te voorkomen dat de versterker 9C verzadigd raakt, waarbij de test van de optische vezel 10 met een hoge nauwkeurigheid en verbeterde betrouwbaarheid kan worden verwezenlijkt.
Nu zal een tweede uitvoeringsvorm van het optische vezeltestapparaat in overeenstemming met de uitvinding onder verwijzing naar figuur 3 en 4 worden beschreven.
De in figuur 3 getoonde uitvoeringsvorm verschilt van de eerste uitvoeringsvorm doordat de optische schakelaar 3 die in figuur 1 is getoond, is vervangen door een optische frequentieverschuiver 3A en dat aavullend een optische schakelaar 8 is verbonden op de in figuur 3 getoonde manier. Verder dient het te worden opgemerkt dat de optische frequentieverschuiver 5 die in figuur 1 is getoond, in figuur 3 met 38 is aangegeven.
De andere componenten zijn dezeLfde of gelijkwaardig aan die, welke in figuur 1 zijn getoond en zijn aangegeven door dezelfde verwijzingssymbolen.
HerhaaLde beschrijving van deze componenten zaL onnodig zijn.
<Desc/Clms Page number 8>
Het dient eerst te worden gezegd dat elk van de optische frequentieverschuivers 3A en zo die in de tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding worden gebruikt, is uitgevoerd om te werken op basis van een akoesto-optisch effect en vergezeLd gaat van polarisatie.
Verder dient het in combinatie met de optische frequentieverschuiver 38 te worden uiteengezet dat, omdat deze akoesto-optische frequentieverschuiver 33 twee verschiLLende poorten heeft, waarop uitgangssignalen daarvan in respectievelijk de aan-toestand en de uit-toestand optreden, de optische schakelaar 8, die synchroon met de optische frequentieverschuiver 38 wordt bedreven, zo is verbonden met de uitgangspoorten van de verschuiver 38 dat de uitgangslichtbundel van de verschuiver 38 kan worden afgeleid van een enkele uitgangspoort waarin is voorzien door de uitgangsklem van de optische schakelaar 8.
Nu wordt, onder verwijzing naar figuur 3, de signaaLLichtbundeL 11 in de optische frequentieverschuiver 3A geleid, die de frequentie van de
EMI8.1
ingangslichtbundeL 11 met een hoeveelheid Af. wordt de referentieLichtbundeL 12 in de tweede optische frequentieverschuiver ingebracht, die de ingangstrequentie verschuift met een hoeveelheid Af.. De B frequentieverschuiving Af. die teweeg is gebracht door de eerste optische frequentieverschuiver 3A kan zijn geselecteerd om 120 MHz te zijn, waarbij
EMI8.2
de frequentieverschuiving B van de tweede optische frequentieverschuiver D 38 80 MHz is, waarbij wordt aangenomen dat de frequentie f van de coherente lichtbron 1 200 THz is.
Aangezien de eerste optische frequentieverschuiver 3A wordt aangestuurd door pulsen die door de pulsgenerator 4 worden cpgewekt, wordt de signaaLLichtbundeL 11 omgezet in een pulslichtbundel die een frequentie
EMI8.3
(f + = 2CO THz + 120 MHz) heeft, welke bundeL dan aLs
AfAwordt toegevcerd aan de optische vezel 10 door middel van de gerichte optische koppelinrichting 7.
Anderzijds heeft de door de optische schakelaar 8 afgegeven
EMI8.4
referentieLichtbundeL 12 een frequentie (f + f,, = 2CO THz + 80 MHz), B wanneer de tweede optische frequentieverschuiver 3B in de aan-toestand is, terwijl de bundel 12 een frequentie f (= 200 THz) heeft, wanneer de ver- schuiver 33 in de uit-toestand is. Het spreekt vanzelf dat de optische schakelaar 8 synchroon met het aan/uit-bedrijf van de optische frequentieverschuiver 3a wordt bedreven met de besturing in de tijd van de tijd-
<Desc/Clms Page number 9>
generator 6.
ALdus heeft het door de fotodetectieschakeling 9A door middel van de optische heterodyne detectie daarvan afgegeven elektrische signaal een frequentie van 40 MHz die wordt gegeven door (6TA - 6TB = 120 MHz-80 MHz), wanneer de tweede optische frequentieverschuiver 3B uit is. Daarentegen is, wanneer de hierboven genoemde verschuiver 38 in de aan-toestand
EMI9.1
is, de uitgangsfrequentie van de fotodetectieschakeling 9A (=120 Het door de fotodetectieschakeling 9A afgegeven elektrische signaal wordt dan aLs het ingangssignaal daarvan aan het filter 96 aangelegd.
Figuur 4 is een aanzicht dat grafisch de verzwakkingskarakteristiek van het filter 98 Laat zien, dat zo is ontworpen dat de frequentie
EMI9.2
Af, ligt de doorlaatband, waarbij de frequentie in de A A o inblokkeringsband. Zoals gemakkelijk zal worden begrepen, wordt wanneer de tweede optische frequentieverschuiver 38 in de aan-toestand is, het door de fotodetectieschakeling 9A afgegeven signaal geblokkeerd door het filter 9B, terwijl het kan Lopen door het filter 99, wanneer de optische frequentieverschuiver 3B in de uit-toestand is.
Op deze manier kan door het veranderen of modificeren van de besturing in de tijd, waarmee de referentieLichtbundeL 12 in frequentie wordt verschoven door de tweede optische frequentieverschuiver 3B, het door de fotodetectieschakeling 9A afgegeven elektrische signaal worden ge xtra- heerd met een besturing in de tijd die tamelijk arbitrair kan worden ge- selecteerd. ALdus is het, door het geschikt aanpassen van de besturing in de tijd van de frequentieverschuiving van de optische frequentieverschuiver 3B aan het tijdstip waarop de FresneL-refLect-ie plaatsvindt, mogelijk te voorkomen dat de versterker 9C verzadigd raakt.
Zoals nu zal worden ingezien op basis van de voorafgaande beschrijving kan dankzij de inrichting die door de uitvinding wordt geleerd en zodanig is dat de optische frequentieverschuiver (5, 38) wordt omgeschakeld tussen de toestand waarin de frequentie van de referentielichtbundel met een van tevoren bepaalde hoeveelheid wordt verschoven en de toestand waarin de eerstgenoemde in het geheel geen verschuiving ondergaat, terwijl het elektrische signaal dat door middel van ootische heterodyne detectie uit de referentielichtbundel en de retourlichtbundel vanaf de optische vezel wordt afgeleid, wordt toegevoerd aan het filter dat een blokkeringsband en een doorlaatband heeft,
het elektrische signaal worden ge xtraheerd
<Desc/Clms Page number 10>
om beschikbaar te zijn voor verdere daarcpvolgende verwerkingen met een arbitrair te selecteren besturing in de tijd. Daarnaast is het, door het geschikt aanpassen van de besturing in de tijd voor het omschakelen van de frequentie van de referentielichtbundel aan het tijdstip waarop de Fresnel- reflectie optreedt, mogelijk te voorkomen dat de versterker C9C) verzadigd raakt. Dientengevolge kan de test van de optische vezel met hoge nauwkeurigheid en verbeterde betrouwbaarheid worden uitgevoerd.
Vele kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding blijken uit de gedetaiLLeerde beschrijving en aldus is het de bedoeling dat de aangehechte conclusies al dergelijke kenmerken en voordelen van het systeem die liggen binnen de ware geest en strekking van de uitvinding worden omvatten. Verder wordt het, aangezien talrijke modificaties en veranderingen zieh makkelijk aan vaklui op dit gebied van de techniek zullen voordoen, niet gewenst om de uitvinding te beperken tot de exacte opbouw en werking die is geillustreerd en beschreven. Dienovereenkomstig kan het worden beschouwd dat aLLe geschikte modificaties en equivaLenten vaLLen onder de strekking van de uitvinding.
<Desc / Clms Page number 1>
Short designation: Optical fiber testing device using pulse light beam and optical heterodyne detection.
Description.
The present invention relates to an optical fiber tester for the local; serene a position of a possible error, such as breakage, in an optical fiber and / or measuring losses involved in transmission of a Light beam through the optical fiber by applying the aLs input signal a pulse light beam to the optical fiber from one end thereof and detecting a return light beam using an optical heterodyne detection.
For a better understanding of the background of the present invention, a previously known optical fiber tester will be described by referring to Figure 5 of the accompanying drawing.
In Figure 5, a reference numeral 1 denotes a coherent light source, 2 denotes an optical distribution device, 3A denotes an optical frequency shifter, 4 denotes a timing pulse generator, 7 denotes a directional optical coupling device, 9A denotes an optical heterodyne detection circuit, 9B denotes a filter, 9C indicates an amplifier, 9D indicates a signal processing circuit, 9E indicates a display unit, and 10 indicates an optical fiber to be tested.
In operation, a Light beam having a frequency f and emerging from the light source 1 is input as an input signal to the optical distribution device 2 to be separated into a signal light beam 11 and a reference Light beam 12. By way of example, the frequency f may be 200 THz.
The signal light beam 11 is inserted into the optical frequency shifter 3A, which is designed to shift the frequency of the input light beam 11 by a predetermined amount using an acousto-optical effect. Furthermore, the optical frequency shifter 3A is repeatedly turned on and off under time control of the time pulse generator 4, shifting a pulse Light beam having a frequency 6f i5 relative to that of the Light Source 1 from the output of the optical frequency shifter 3A. spawned.
The Light beam thus derived becomes as input
<Desc / Clms Page number 2>
signal fed to the optical fiber 10 to be tested by means of the directional optical coupler 7. The amount of frequency shift (d. z. f) effected by the optical frequency shifter 3A is assumed, for example, to be 100 MHz.
Return light 13 from the optical fiber 10 resulting from the FresneL reflection, backscatter and others is inserted into the directional optical coupling device 7 to thereby be coupled to the reference light beam 12. The output signal of the directional optical coupling device 7 is then applied as an input signal to the optical heterodyne photo detecting circuit 9A.
If the result of coupling or synthesizing the return light beam 13 and the reference light beam 12 by the directional optical coupling device 7, its output light beam contains frequency components which are respectively a sum and a difference in frequency between the return light beam 13 and the reference light beam 12 represent. The optical heterodyne photodetection circuit 9A is designed to detect the differential frequency component by mid-cell of heterodyne optical operation and output a corresponding electrical signal.
In other words, the detecting circuit 9A outputs the electrical signal having a frequency Af, which signal is then supplied to the signal processing circuit 9D through the filter 98 and the amplifier 9C. The Af electrical signal undergoes signal processing such as analog-to-digital conversion (A / Dom conversion), arithmetic processing for detecting or locating errors in the optical fiber, determination of transmission losses and others.
The result of such processing is displayed on the display unit 9E.
The prior art optical fiber tester described above suffers from a problem that due to the FresneL reflection occurring near the incidence or input end of the optical fiber 10 under test, an amplitude or intensity of several da as high as that of the Light component generated by the backscatter, the amplifier 9C becomes saturated, making it impossible to test the optical fiber with sufficiently high accuracy. In addition, the freedom of setting the controller in time for extracting the differential frequency Af is not taken into account.
<Desc / Clms Page number 3>
It is therefore an object of the present invention to provide an optical fiber tester of the aforementioned type which is substantially insensitive to the problems of the prior art optical fiber tester and which provides high accuracy as well as improved reliability in the optical fiber testing.
In view of the above and other objects which will become apparent as the description proceeds, it is taught by the present invention that an optical frequency shifter is provided for the reference Light beam for shifting its frequency by a predetermined amount by an arbitrary amount. select temporal control such that the frequency of the electrical signal derived by the optical heterodyne operation of the return light beam from the optical fiber and the reference light beam has frequency components, which lie in a blocking band and a passband of the filter, respectively.
In this way, the useful signal can be taken with an arbitrarily selectable control over time, while avoiding saturation of the amplifier connected to the output of the filter.
Thus, in accordance with the present invention in its broadest sense, an apparatus for testing an optical fiber by using a pulse light beam is provided, which apparatus comprises a Light Source for delivering a coherent light beam, an optical device for separating the coherent light beam into a signal light beam and a reference light beam, a device for pulsing the signal light beam to thereby generate a light beam, an optical frequency shifter for shifting a frequency of the reference light beam for a predetermined amount of time, a time generator controlling the times when the frequency of the reference light beam is shifted by the optical frequency shifter,
a directional optical coupler for supplying the pulse beam as an input signal to an optical fiber to be tested and receiving a return light beam from the fiber thereby combining the return light beam with the reference light beam emitted by the frequency shifter,
an optical heterodyne detection device coupled to the directional optical coupling device
<Desc / Clms Page number 4>
of difference in frequency between the return light beam and the reference light beam output from the optical frequency shifter to thereby generate an electric difference signal and a signal processing apparatus operative with the optical heterodyne device for processing the electric difference signal to thereby test the optical fiber with respect to evaluate its performance.
In a preferred embodiment of the invention, the pulsation device may be an electro-optical effect type optical switch that is turned on and off in response to pulses generated by a pulse generator. Alternatively, the pulsator may be an additional optical frequency shifter that is turned on and off in response to pulses generated by a pulse generator. The processing facility may include a filter having a passband to thereby pass only a useful frequency component of the electrical signal delivered by the optical heterodyne detector.
With the apparatus described above, the optical frequency shifter is switched between the state in which the frequency of the reference light beam is shifted by a predetermined amount and the state in which the former is not shifted at all, while detecting it by optical heterodyne From the reference light beam and the return light beam electrically obtained signal from the optical fiber as the input signal is fed to the filter having a blocking band and a passband, whereby the electric signal can be extracted to be available for further processing with an arbitrarily selectable control in the time.
By suitably adapting the control over time to switch the frequency of the reference light beam to the time when the FresneL reflection occurs, it is possible to prevent an amplifier from becoming saturated. Thus, the optical fiber test can be performed with high accuracy and improved reliability.
The above and other objects, features and advantages of the present invention will be better understood from the following description of preferred embodiments thereof when taken together in conjunction with the accompanying drawings. ng Maann:
<Desc / Clms Page number 5>
Figure 1 is a functional block diagram showing a general arrangement of the optical fiber tester in accordance with a first embodiment of the present invention;
Figure 2 is a view for graphically illustrating the attenuation or attenuation characteristic of a filter circuit designed to pass through a signal component having a frequency of interest while blocking a component having a different frequency; Figure 3 is a block diagram showing a second embodiment of the fiber optic testing device in accordance with the invention;
Figure 4 is a view for graphically illustrating the attenuation characteristic of a filter circuit used in the optical fiber tester shown in Figure 3; and Figure 5 is a functional block diagram showing a prior art optical fiber tester.
Now, the present invention will be described in detail in conjunction with preferred or exemplary embodiments thereof with reference to the drawing.
Figure 1 is a block diagram generally showing a circuit arrangement of an optical fiber tester in accordance with a first embodiment of the invention.
Referring to Figure 1, it should first be noted that the test device shown therein differs only from the device described above in conjunction with Figure 5 in that there is additionally provided an optical frequency shifter 5 and a time generator 6 in the path of the reference light beam 12 and a optical switch 3 is arranged in the location of the optical frequency shifter 3 shown in figure 5.
Accordingly, in Figure 1, the same or equivalent parts as those shown in Figure 5 are indicated by these same reference symbols, and repeated description will be omitted in the following description thereof.
Referring to Figure 1, a signal light beam 11 is inserted into the optical circuit 3, which is performed using an electro-optical effect. Since the optical switch 3 is turned on and off in response to the output pulses of the pulse generator 4
<Desc / Clms Page number 6>
The signal light beam 11 is converted into a pulse light beam having a frequency f and supplied as input signal to the optical fiber 10 to be tested by means of the directional optical buying device 7.
The feedback light beam 13 fed back from the optical fiber 10 as a result of the FresneL reflection, the backscattering or the like is inserted into the directional optical buying device 7 in the direction opposite to that of the signal light beam 11, the return light beam 13 is combined or mixed with the reference light beam 12. The output signal of the directional optical coupling device 7 is converted into a corresponding electrical signal by means of optical heterodyne detection which is effected by the photodetection circuit 9A.
On the other hand, the reference light beam 12 is guided into the optical frequency shifter 5, which is switched on and off in time under control generated by the time generator 6. When the optical frequency shifter 5 is in the on state, the reference light beam 12 output from the optical frequency shifter 5 has a frequency given by (f + Af). On the other hand, when the optical frequency shifter 5 is in the off state, the reference light beam 12 introduced by the optical frequency shifter 5 into the directional optical coupler 7 has a frequency given by i. The reference light beam 12 having the frequency which is varied as mentioned above,
is synthesized with or superimposed on the return light beam 13 by means of the directional optical coupling device 7, the output light signal of which is then applied as an input signal to the optical heterodyne photodetection circuit 9A.
By means of the optical heterodyne detection effected by the rotodetection circuit 9A, the electrical signal output by the latter has a frequency that changes in accordance with the difference in frequency between the return light beam 13 and the reference Light beam 12. More specifically, when the optical frequency shifter 5 in the on state, the electrical signal output from the photo detecting circuit 9A is a frequency which is given by Af, while in the off state of the optical frequency shifter 5, the frequency of the above electrical signal assumes a value of 0 (zero).
It by the photo detecting switch Lir. g 9A issued
<Desc / Clms Page number 7>
The electrical signal is then applied as input signal to the filter 98.
The attenuation characteristic of this filter 9B will be explained below with reference to Figure 2. This figure illustrates graphically the attenuation or attenuation characteristic of the filter 9B configured so that the frequency Af is in the passband of the filter 98, the frequency 0 being in the blocking band. Accordingly, when the optical frequency shifter 5 is in the off state, the electrical signal output from the photo detecting circuit 9A is blocked by the filter 98, while the former is allowed to pass through the filter 98 in the on state of the optical frequency shifter 5.
It will thus be appreciated that by changing the control in time to turn on the optical frequency shifter 5 by controlling the time generator 6 accordingly, the electrical signal available at the output of the photo detecting circuit 9A can be extracted or extracted with a desired temporal control, which means in close proximity that by controlling the time generator 6 such that the optical frequency shifter 5 is turned off during a period of time during which high intensity FresneL reflection takes place near the input end of the optical fiber 10,
it is possible to prevent the amplifier 9C from becoming saturated, whereby the test of the optical fiber 10 can be accomplished with high accuracy and improved reliability.
Now, a second embodiment of the optical fiber tester in accordance with the invention will be described with reference to Figures 3 and 4.
The embodiment shown in Figure 3 differs from the first embodiment in that the optical switch 3 shown in Figure 1 is replaced by an optical frequency shifter 3A and additionally an optical switch 8 is connected in the manner shown in Figure 3. Furthermore, it should be noted that the optical frequency shifter 5 shown in Figure 1 is indicated by 38 in Figure 3.
The other components are the same or equivalent to those shown in Figure 1 and are indicated by the same reference symbols.
Repeated description of these components will be unnecessary.
<Desc / Clms Page number 8>
It should first be said that each of the optical frequency shifters 3A and so used in the second embodiment of the invention is configured to operate on an acousto-optical effect and is polarized.
Furthermore, in conjunction with the optical frequency shifter 38, it should be explained that because this acousto-optical frequency shifter 33 has two different ports on which output signals thereof occur in the on-state and the off-state, respectively, the optical switch 8, which is synchronous is operated with the optical frequency shifter 38, so connected to the output ports of the shifter 38 that the output light beam of the shifter 38 can be derived from a single output port provided by the output terminal of the optical switch 8.
Now, referring to Figure 3, the signal light beam 11 is fed into the optical frequency shifter 3A, which reduces the frequency of the
EMI8.1
input light beam 11 with an amount of Af. the reference light beam 12 is inserted into the second optical frequency shifter, which shifts the input frequency by an amount of Af .. The B frequency shift Af. triggered by the first optical frequency shifter 3A may be selected to be 120 MHz, where
EMI8.2
the frequency shift B of the second optical frequency shifter D 38 is 80 MHz, assuming that the frequency f of the coherent light source is 1 200 THz.
Since the first optical frequency shifter 3A is driven by pulses generated by the pulse generator 4, the signal light beam 11 is converted into a pulse light beam containing a frequency
EMI8.3
(f + = 2CO THz + 120 MHz), which bundle then aLs
AfA is supplied to the optical fiber 10 by means of the directional optical coupling device 7.
On the other hand, the output generated by the optical switch 8
EMI8.4
reference light beam 12 a frequency (f + f ,, = 2CO THz + 80 MHz), B when the second optical frequency shifter 3B is in the on state, while the beam 12 has a frequency f (= 200 THz), when the slider 33 is in the off state. It goes without saying that the optical switch 8 is operated synchronously with the on / off operation of the optical frequency shifter 3a with the time control of the time.
<Desc / Clms Page number 9>
generator 6.
Thus, the electrical signal output from the photodetection circuit 9A by its optical heterodyne detection has a frequency of 40 MHz which is given by (6TA-6TB = 120 MHz-80 MHz) when the second optical frequency shifter 3B is off. In contrast, when the aforementioned shifter 38 is in the on state
EMI9.1
is, the output frequency of the photo detecting circuit 9A (= 120). The electrical signal output from the photo detecting circuit 9A is then applied as the input signal thereof to the filter 96.
Figure 4 is a view graphically showing the attenuation characteristic of the filter 98, which is designed so that the frequency
EMI9.2
Off, the pass band lies, with the frequency in the A A o blocking band. As will be readily understood, when the second optical frequency shifter 38 is on, the signal output from the photo detecting circuit 9A is blocked by the filter 9B, while it can run through the filter 99, when the optical frequency shifter 3B is in the off condition.
In this way, by changing or modifying the control in time, with which the reference light beam 12 is shifted in frequency by the second optical frequency shifter 3B, the electrical signal output from the photo detecting circuit 9A can be extracted with a time control which can be selected fairly arbitrarily. Thus, by appropriately adjusting the frequency shift control of the optical frequency shifter 3B to the time when the FresneL reflection occurs, it is possible to prevent the amplifier 9C from becoming saturated.
As will now be appreciated from the foregoing description, the apparatus taught by the invention allows the optical frequency shifter (5, 38) to switch between the state in which the frequency of the reference light beam is at a predetermined amount shifted and the state in which the former is not shifted at all, while the electrical signal derived from the optical fiber by the ootic heterodyne detection from the reference light beam and the return light beam is supplied to the filter comprising a blocking band and a pass band has,
the electrical signal are extracted
<Desc / Clms Page number 10>
to be available for further subsequent processing with an arbitrarily selectable temporal control. In addition, by appropriately adjusting the control in time for switching the frequency of the reference light beam to the time when the Fresnel reflection occurs, it is possible to prevent the amplifier C9C) from becoming saturated. As a result, the optical fiber test can be performed with high accuracy and improved reliability.
Many features and advantages of the present invention are apparent from the detailed description, and thus it is intended that the appended claims include all such features and advantages of the system that are within the true spirit and scope of the invention. Furthermore, since numerous modifications and changes will readily occur to those skilled in the art, it is not desirable to limit the invention to the exact structure and operation illustrated and described. Accordingly, it can be considered that all suitable modifications and equivalents fall within the scope of the invention.