DE10218421A1

DE10218421A1 - Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern

Info

Publication number: DE10218421A1
Application number: DE10218421A
Authority: DE
Inventors: Haruyoshi Uchiyama; Yoshiyuki Sakairi
Original assignee: Ando Electric Co Ltd
Current assignee: Ando Electric Co Ltd
Priority date: 2001-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-03-06
Also published as: US20020154291A1; US6700655B2; JP4048729B2; GB0209351D0; GB2378504A; JP2002323407A

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern, welche eine kohärente Lichtquelle, einen Lichtimpulsgenerator, einen Wellenmischer, einen opto-elektrischen Wandler und eine Verarbeitungsanlage umfasst und so ausgestattet ist, dass die Teile ein solches Frequenzverhalten aufweisen, dass dieses dem niederfrequenten Anteil für einen opto-elektrischen Wandler und eine Verarbeitungsanlage entsprechen, wodurch die Kosten für diese Schaltungen verringert werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern, welche einen Lichtimpuls erzeugt, der auf einen Lichtwellenleiter als dem Messobjekt auftrifft und die Eigenschaften des Lichtwellenleiters anhand des zurückkehrenden Lichtes, das vom Lichtwellenleiter emittiert wird, misst.

Beschreibung des Standes der Technik

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches anhand eines Beispiels den Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern darstellt. Das Licht konstanter Frequenz ν0, welches von der Lichtquelle 1 ausgesendet wird, fällt auf einen Auftreffport 4i eines ersten optischen Richtungskopplers 4. Der erste optische Richtungskoppler 4 hat einen Auftreffport 4i und zwei Emissionsports 4t1 und 4t2. Der erste optische Richtungskoppler 4 trennt das auf den Auftreffport 4i auftreffende Licht in zwei Richtungen und emittiert das Licht von den beiden Emissionsports 4t1 und 4t2.
Das Licht, das vom Emissionsport 4t1 des ersten optischen Richtungskopplers 4 emittiert wird, fällt auf den Lichtimpulsgenerator 5. Dieser Lichtimpulsgenerator 5 ist insbesondere ein elektro-optischer Schalter. Der Lichtimpulsgenerator 5 entnimmt den Lichtimpuls aus dem auftreffenden Licht, indem der Schalter ein- und ausgeschaltet wird, und emittiert den abgezapften Lichtimpuls.
Der vom Lichtimpulsgenerator 5 emittierte Lichtimpuls trifft auf einen Lichtverstärker 6. Dieser Lichtverstärker 6 verstärkt den auftreffenden Lichtimpuls auf einen vorbestimmten Pegel und emittiert den verstärkten Lichtimpuls. Der von dem Lichtverstärker 6 emittierte Lichtimpuls trifft auf einen Auftreffport 7i eines optischen Schalters 7. Der optische Schalter 7 hat drei Ports, und zwar einen Auftreffport 7i, einen Emissions/Auftreffport 7ti und einen Emissionsport 7t und emittiert den Lichtimpuls, der vom Emissions/Auftreffport 7ti auf den Auftreffport 7i trifft. Der optische Schalter 7 emittiert auch das zurückkommende Licht, welches vom Emissionsport 7t auf den Emissions/Auftreffport 7ti trifft.
Der Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalter 7 ist über einen optischen Verbinder 8 an das Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 als dem Messobjekt angeschlossen. Daher trifft der vom Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalters 7 emittierte Lichtimpuls über den optischen Verbinder 8 auf das Ende 9a des Lichtwellenleiters 9. Das zurückkommende Licht, welches vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 emittiert wird, trifft erneut auf den Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalters 7 und wird ferner von dem Emissionsport 7t des optischen Schalters 7 emittiert.
Das zurückkommende Licht, das vom Emissionsport 7t des optischen Schalters 7 emittiert wird, trifft auf den Auftreffport 10i1 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10. Der zweite Lichtrichtungskoppler 10 hat zwei Auftreffports 10i1 und 10i2 und zwei Emissionsports 10t1 und 10t2. Auf den Auftreffport 10i2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10 trifft das Licht (nachfolgend mit "Referenzlicht" bezeichnet), welches von dem Emissionsport 4t2 des ersten Lichtrichtungskopplers emittiert wird. Folglich verbindet der zweite Lichtrichtungskoppler 10 die Welle des zurückkommenden Lichtes, die vom Auftreffport 10i1 auftrifft, und die Welle des Bezugslichtes, die von dem Auftreffport 10i2 auftrifft. Der zweite Lichtrichtungskoppler 10 trennt ferner das kombinierte Licht in zwei Richtungen und emittiert die Lichtanteile von den zwei Emissionsports 10t1 und 10t2.
Die beiden kombinierten, von den zwei Emissionsports 10t1 und 10t2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10 emittiert Lichtanteile werden von der Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11 aufgenommen. Diese Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11 wandelt das aufgenommene kombinierte Licht in ein elektrisches Signal (Taktsignal) um und gibt das umgewandelte elektrische Signal (Taktsignal) ab. Das Taktsignal, das von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 abgegeben wird, wird auf den Eingang eines Verstärkers 12 gegeben. Der Verstärker 12 verstärkt das eingegebene Taktsignal auf einen vorbestimmten Pegel und schickt das verstärkte Taktsignal an einen Mischer 13.
Der Mischer 13 mischt das vom Verstärker 12 abgeschickte Taktsignal und ein HF-Signal, welches von einer Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird, und gibt das Mischsignal über seinen Ausgang ab. Ein Steuerkreis 15 steuert die Signalgeneratorschaltung 14 und legt die Frequenz νr des von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugten HF-Signals fest. Die Frequenz νr des HF- Signals wird auf einen Wert eingestellt, der dicht an 10,8 GHz liegt als dem Verschiebungsbetrag durch die Brillouin-Streuung.
Ein Tiefpassfilter 16 nimmt das Mischsignal auf, welches von dem Mischer 13 abgegeben wird, entfernt den hochfrequenten Bestandteil, der im Mischsignal enthalten ist, das in den Tiefpass gelangt, lässt nur den niederfrequenten Bestandteil hindurch und gibt ein Differenzsignal ab, welches der niederfrequente Bestandteil ist. Der Verstärker 17 verstärkt das Differenzsignal, welches von dem Tiefpass 16 abgegeben wird, auf einen vorbestimmten Pegel und gibt das verstärkte Differenzsignal ab. Der Signalverarbeitungsabschnitt 18 nimmt das Differenzsignal auf, welches von dem Verstärker 17 abgegeben wird, nimmt am eingegebenen Differenzsignal verschiedene Signalverarbeitungsvorgänge vor und ermittelt die Eigenschaften der Lichtwellenleiters 9.
Als Nächstes soll die Arbeitsweise der Vorrichtung zum Messen der Eigenschaften von Lichtwellenleitern erläutert werden. Das Licht mit der Frequenz ν0, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird, wird über den Lichtrichtungskoppler 4 auf die Lichtimpuls-Generatorschaltung gesandt. Dann entnimmt die Lichtimpuls- Generatorschaltung 5 den Lichtimpuls mit der Frequenz ν0 dem gesendeten Licht.
Der Lichtimpuls, der von dem LG.5 emittiert wird, trifft auf das Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 über einen optischen Verstärker 6, einen optischen Schalter 7 und einen optischen Verbinder 8. Wenn der auftreffende Lichtimpuls in den Lichtwellenleiter 9 übertragen wird, treten an mehreren Punkten in dem Lichtwellenleiter 9 Brillouin-Streuung, Rayleigh-Streuung und Reflexion auf. Dann kehrt das zurückkommende Licht, welches das durch Brillouin-Streuung gestreute Licht, das durch Rayleigh-Streuung gestreute Licht und reflektiertes Licht enthält, von den einzelnen Punkten zum Ende 9a zurück. Das zurückkommende Licht wird vom Ende 9a emittiert.
Das zurückkommende Licht, das vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 emittiert wird und das Brillouin-Streulicht enthält, trifft wiederum auf den Emissions/Auftreffport. 7ti des optischen Schalters 7 über den optischen Verbinder 8 und wird ferner vom dem Emissionsport 7t emittiert. Das zurückkommende Licht, das vom Emissionsport 7t des optischen Schalters 7 emittiert wird und das Brillouin-Streulicht enthält, trifft auf den Auftreffport 10i1 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10. Außerdem trifft auf den anderen Auftreffport 10i2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10 das Referenzlicht, das vom dem Emissionsport 4t2 des ersten Lichtrichtungskopplers 4 mit der Frequenz ν0 emittiert wird.
Der zweite Lichtrichtungskoppler 10 mischt die Welle des Brillouin-Streulichtes mit der Frequenz ν0 ± νB und die Welle des Bezugslichts mit der Frequenz ν0. Folglich tritt Resonanz auf, weil die Frequenz dieser Lichtbestandteile so dicht beieinander liegen, dass Interferenz verursacht wird. Die Frequenz der Resonanz wird stellt sich als die Differenz zwischen der Frequenz des Brouillon-Streulichtes ν0 ± νB und der Frequenz des Referenzlichts ν0 dar. Daher wird die Resonanzfrequenz νB.
Wenn das gemischte Licht, in welchem die Resonanz mit der Frequenz νB auftritt, von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 aufgenommen wird, gibt die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 das Taktsignal ab, welches die Resonanz mit der Frequenz νB hat. Das Taktsignal, welches von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 abgegeben wird und die Frequenz νB hat, wird über den Verstärker 12 auf den Mischer 13 gegeben. Ein HF-Signal, das die Frequenz νr hat und das von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird, wird zusammen mit dem Taktsignal mit der Resonanzfrequenz νB in den Mischer 13 gegeben, und dort werden diese Signale gemischt. Hier wird die Frequenz νr des HF-Signals, welches von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird, im Voraus dicht auf die Frequenz νB eingestellt. Dann zeigen das Taktsignal und das HF-Signal Interferenz. Somit tritt die Resonanz auf. Die Frequenz der Resonanz wird durch die Differenz zwischen der Frequenz vR des Taktsignals und der Frequenz νr des HF-Signals als νB-νr dargestellt. Die Frequenz νr des HF- Signals, welches von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird, wird ganz dicht an die Resonanzfrequenz νB des Taktsignals gelegt.
Wenn das Mischsignal, in welchem die Resonanz mit der Frequenz νB-νr erfolgt, auf den Tiefpass 16 gegeben wird, schneidet der Tiefpass 16 das hochfrequente Signal (Signal mit der Frequenz νB oder νr) ab, das in dem Mischsignal enthalten ist, und gibt das Differenzsignal ab, welches nur die Frequenz νB-νr der Resonanz als niederfrequentes Signal aufweist. Der Signalverarbeitungsabschnitt 18 misst die Frequenz des Differenzsignals. Außerdem berechnet der Signalverarbeitungsabschnitt 18 die Frequenz νB des Taktsignals aus der Frequenz νB-νr des Differenzsignals, welches gemessen wird, und berechnet den Verschiebungsbetrag νB, der auf die Brillouin-Streuung zurückzuführen ist. Außerdem bestimmt der Signalverarbeitungsabschnitt 18 den Störungsbetrag an einem vorbestimmten Punkt in dem Lichtwellenleiter 9 aus dem berechneten Verschiebungsbetrag νB.
Für eine Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 und den Verstärker 12, einen Mischer 13 und einen Signalgeneratorschaltung 14 der oben beschriebenen Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern sind Bestandteile mit einer solchen Frequenzcharakteristik erforderlich, dass sie den hohen Frequenzen um 10,8 GHz des Verschiebungsbetrags νB durch die Brillouin-Streuung entsprechen. Daher liegt das Problem darin, dass die Kosten für derartige Bestandteile steigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des obigen Problems gemacht und bietet eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern, welche die Kosten der oben erwähnten Schaltungen und dergleichen vermindern kann.
Nach dem ersten Aspekt 1 ist die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern, welche umfasst: eine kohärente Lichtquelle, welche ein kohärentes Licht mit einer zweiten Frequenz erzeugt, die nahezu gleich der Frequenz des kohärenten Lichtes mit einer ersten Frequenz und der Frequenz des zurückkommenden Lichtes ist, welches von diesem Lichtwellenleiter emittiert wird, wenn das kohärente Licht mit der ersten Frequenz auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt trifft; einen Lichtimpulsgenerator, welcher das kohärente Licht mit der ersten Frequenz, welches von der kohärenten Lichtquelle geliefert wird, in einen Lichtimpuls umwandelt und den umgewandelten Lichtimpuls emittiert; einen Wellenmischer, welcher die Welle des zurückkehrenden, von dem Lichtwellenleiter emittierten Lichtes und die Welle des kohärenten Lichtes mit der zweiten Frequenz, die von der kohärenten Lichtquelle geliefert wird, wenn der von dem Lichtimpulsgenerator emittierte Lichtimpuls auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt trifft und das gemischte Licht emittiert, mischt; einen opto-elektrischen Wandler, welcher das gemischte, von dem Wellenmischer emittierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt und das so erzeugte elektrische Signal abgibt; eine Verarbeitungsanlage, welche einen Verschiebungsbetrag zur Frequenz des zurückkommenden Lichtes berechnet, das von dem Lichtwellenleiter von der ersten Frequenz des kohärenten Lichts, welches auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt trifft, emittiert wird, und zwar entsprechend dem elektrischen Signal, welches von dem opto-elektrischen Wandler abgegeben wird, und die Eigenschaften des Lichtwellenleiters aus dem berechneten Verschiebungsbetrag ermittelt.
Nach dem zweiten Aspekt ist die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach dem ersten Aspekt, bei welcher die kohärente Lichtquelle einen Treiber, welcher mehr als zwei Arten von Treiberströmen abgeben kann, und eine Lichtquelle aufweist, die die Frequenz des kohärenten Lichtes, das entsprechend dem vom Treiber abgegeben Treiberstrom emittiert wird, verändern kann.
Die Erfindung nach dem dritten Aspekt ist eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach dem zweiten Aspekt, bei welcher die Lichtquelle eine Laserdiode mit verteilter Rückkopplung ist.
Die Erfindung nach dem vierten Aspekt ist eine Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach dem zweiten Aspekt, bei welcher das zurückkommende Licht, das von dem Lichtwellenleiter emittiert wird, Brouillon- Streulicht ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die Bestandteile ein solches Frequenzverhalten, dass es der Niederfrequenzkomponente für einen optoelektrischen Wandler (in der vorliegenden Ausführungsform die Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11) und einem Verarbeitungsabschnitt (in der vorliegenden Ausführungsform die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11, der Verstärker 12, der Mischer 13, der Signalgenerator 14) entspricht, und daher können die Kosten für den opto-elektrischen Wandler und den Verarbeitungsabschnitt verringert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2A bis 2D sind Diagramme, welche die Wellenformen an verschiedenen Punkten in einer Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen der Frequenz des Lichtimpulses, welcher vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 auftrifft, und der Frequenz des Brillouin-Streulichts, welches in dem zurückkommenden, vom Ende 9a nach einer vorbestimmten Zeitvorgabe t1 emittierten Lichts enthalten ist, aufzeigt.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen der Frequenz ν0 des Bezugslichts und der Frequenz ν1 ± νB des Brouillon-Streulichts aufzeigt.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer herkömmlichen Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches den Aufbau einer Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Lichtquelle 1 ist insbesondere eine DFB-LD (Laserdiode mit verteilter Rückkopplung) und emittiert ein kohärentes Licht mit schmaler Linienbreite, beispielsweise 1,55 µm Bandbreite der Wellenlänge λ0, d. h. die Frequenz ν0 ist eine Bandbreite von 193,55 THz. Die Wellenlänge (oder die Frequenz) des von der Lichtquelle 1 emittierten Lichtes verändert sich leicht in Abhängigkeit von dem Treiberstrom, der auf die Lichtquelle 1 gegeben wird.
Die Treiberschaltung 2 kann zwei Arten von Treiberströmen an die Lichtquelle 1 liefern. Das heißt, die Treiberschaltung 2 kann den Treiberstrom i0 an die Lichtquelle 1 liefern und kann auch den Treiberstrom i1 an die Lichtquelle 1 liefern. Diese Werte für den Treiberstrom sind beispielsweise i0 = 70 mA und i1 = 80 mA. Die Steuerschaltung 3 steuert die Treiberschaltung 2 und legt den Treiberstrom fest, der von der Treiberschaltung 2 an die Lichtquelle 1 geliefert wird. Das heißt, durch die Steuereinheit 3 kann der Treiberstrom i0 der Lichtquelle 1 durch die Treiberschaltung 2 zugeführt werden, und der Treiberstrom i1 kann auch von der Treiberschaltung 2 der Lichtquelle 1 zugeführt werden.
Indem man so verfährt, wird es für die Lichtquelle 1 möglich, Licht mit zwei Wellenlängen, nämlich λ0 und λ1 auszusenden, auf die auch unter ν0 und ν1 Bezug genommen werden kann. Das heißt, wenn der Treiberstrom i0 zugeführt wird, emittiert die Lichtquelle 1 das Licht, das die Wellenlänge ν0 hat, und wenn der Treiberstrom i1 zugeführt wird, sendet die Lichtquelle 1 das Licht mit der Wellenlänge ν1 aus. Die Treiberströme i0 und i1 sind so festgelegt, dass die Differenz ν1-ν0 der Frequenz der zwei von der Lichtquelle 1 emittierten Lichtfrequenzen dicht an den Verschiebungsbetrag νB der Frequenz infolge der weiter vorn erwähnten Brillouin-Streuung zu liegen kommt. Als Beispiel 1 ist die Frequenz νB 10,8 GHz, die Treiberströme i0 und i1 sind so festgelegt, dass die Differenz ν1-ν0 12,0 GHz wird.
Das Licht, das von der Lichtquelle 1 emittiert wird, trifft auf den Auftreffport 4i des ersten Lichtrichtungskopplers 4. Der Lichtrichtungskoppler 4 hat einen Auftreffport 4i und zwei Emissionsports 4t1 und 4t2 und trennt das auf den Auftreffport 4i auftreffende Licht in zwei Richtungen und emittiert das Licht von den zwei Emissionsports 4t1 und 4t2. Das von dem Emissionsport 4t1 des ersten Lichtrichtungskopplers 4 emittierte Licht trifft auf die Lichtimpuls- Generatorschaltung 5. Die Lichtimpuls-Generatorschaltung 5 ist insbesondere ein elektro-optischer Schalter, zieht durch sein Ein- und Ausschalten den Lichtimpuls aus dem auftreffenden Licht und emittiert die abgezapften Lichtimpulse.
Der Lichtimpuls, der von der Lichtimpuls-Generatorschaltung 5 emittiert wird, trifft auf den Lichtverstärker 6. Der Lichtverstärker 6 ist insbesondere ein elektrooptischer Verstärker, welcher eine Er-dortierte (erbiumdotierte) Faser benutzt, verstärkt den auftreffenden Lichtimpuls auf einen vorbestimmten Pegel und emittiert den verstärkten Lichtimpuls.
Der von dem Lichtverstärker 6 verstärkte Lichtimpuls trifft auf den Auftreffport 7i des optischen Schalters 7. Der optische Schalter 7 ist insbesondere ein Lichtzirkulator und hat drei Ports, nämlich einen Auftreffport 7i, einen Emissions/Auftreffport 7ti und einen Emissionsport 7t. Der optische Schalter 7 emittiert den auftreffenden Lichtimpuls zum Auftreffport 7i vom Emissions/Auftreffport 7ti und emittiert auch das zurückkommende Licht, welches auf den Emissions/Auftreffport 7ti von dem Emissionsport 7t trifft. Der Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalter 7 ist an das Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 als dem Messobjekt angeschlossen.
Folglich trifft der Lichtimpuls, der von dem Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalters 7 emittiert wird, über den optischen Verbinder 8 auf das Ende 9a des Lichtwellenleiters. Das zurückkommende Licht, welches vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 emittiert wird, trifft wieder in den Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalters 7 und wieder über den optischen Verbinder 8 und wird ferner von dem Emissionsport 7t des optischen Schalters emittiert.
Das zurückkommende Licht, das von dem Emissionsport 7t des optischen Schalters 7 emittiert wird, trifft auf den Auftreffport 10i1 des zweiten Lichtrichtungskopplers. Der zweite Lichtrichtungskoppler 10 hat zwei Auftreffports 10i1 und 10i2 sowie zwei Emissionsports 10t1 und 10t2. Das Licht (nachfolgend mit Referenzlicht bezeichnet), welches von dem Emissionsport 4t2 des ersten Lichtrichtungskopplers 4 emittiert wird, trifft auf den Auftreffport 10i2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10. Dann mischt der zweite Lichtrichtungskoppler 10 die Welle des zurückkommenden Lichts, welches vom Auftreffport 10i1 auftrifft, und die Welle des Referenzlichts, welches von dem Auftreffport 10i2 auftrifft, trennt die gemischten Lichtanteile in zwei Richtungen und emittiert die Lichtanteile von den zwei Emissionsports 10t1 und 10t2.
Beide gemischte Lichtanteile, die von den zwei Emissionsports 10t1 und 10t2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10 emittiert werden, werden von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 (aufnehmende Brücken-Fotodiode) aufgenommen. Die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 wandelt das aufgenommene Licht in ein elektrisches Signal (Taktsignal) um und gibt das so erzeugte elektrische Signal (Taktsignal) ab. Die Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11 entfernt auch Rauschen während des Vorgangs der Aufnahme mit Kompensation. Das Taktsignal, welches von der Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11 abgegeben wird, wird auf den Verstärker 12 gegeben. Der Verstärker 12 verstärkt das eingegebene Taktsignal auf einen vorbestimmten Pegel und schickt das verstärkte Taktsignal an den Mischer 13.
Der Mischer 13 mischt das Taktsignal, welches ihm vom Verstärker 12 geschickt wird, und das HF-Signal (Hochfrequenzsignal), das von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird, und gibt das Mischsignal ab. Der Steuerkreis 15 steuert die Signalgeneratorschaltung 14 und legt die Frequenz fr des HF-Signals fest, welches von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugt wird. Die Frequenz fr des HF-Signals wird in Abhängigkeit davon festgelegt, welche Frequenz des Lichts in dem zurückkommenden Licht gemessen werden soll. Im Fall der Erfassung des Brillouin-Streulichts, wird die Frequenz fr des HF-Signals auf 1,2 GHz eingestellt, und sie wird auf 100 kHz eingestellt, wenn es sich um die Erfassung von Licht der Rayleigh-Streuung handelt.
Der Tiefpass 16 nimmt das Mischsignal auf, welches der Mischer 13 abgibt, entfernt die hochfrequenten Anteile und gibt das Differenzsignal als einen niederfrequenten Bestandteil ab. Der Verstärker 17 verstärkt das Differenzsignal, welches von dem Tiefpass 16 abgegeben wird, auf einen vorbestimmten Pegel und gibt das verstärkte Differenzsignal ab. Der Signalverarbeitungsabschnitt. 18 nimmt das Differenzsignal auf, welches vom Verstärker 17 abgegeben wird, führt verschiedene Signalverarbeitungsprozesse am eingegebenen Differenzsignal durch und ermittelt die Eigenschaften des Lichtwellenleiters 9. Genauer gesagt, der Signalverarbeitungsabschnitt 18 misst zuerst die Frequenz des Differenzsignals, berechnet als Nächstes die Frequenz des Taktsignals aus der Frequenz des Differenzsignals und berechnet dazu den Verschiebungsbetrag als die Differenz zwischen der Frequenz der Lichtimpulses, der auf den Lichtwellenleiter 9 trifft, und der Frequenz des zurückkommenden Lichts. Dann werden die Eigenschaften des Lichtwellenleiter 9 aus dem berechneten Verschiebungsbetrag bestimmt. Bei dieser Erläuterung der Fig. 1 kann der optische Schalter 7 durch einen Optokoppler ersetzt werden. Auch kann die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 durch eine Fotodiode vom unkompensierten Typ ersetzt werden. In diesem Fall kann die optische Empfindlichkeit der Fotodiode abnehmen.
Als Nächstes soll die Arbeitsweise der vorliegenden Ausführungsform erläutert werden. Die Fig. 2A bis 2D sind Diagramme von Wellenformen von verschiedenen Bereichen der Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern in der vorliegenden Ausführungsform. In diesem Diagramm ist die horizontale Achse die Zeitachse. Fig. 2A ist das Diagramm der Wellenform des Treiberstromes, den die Treiberschaltung 2 an die Lichtquelle 1 liefert. In der Wellenform des Treiberstromes wiederholen sich abwechselnd die Gleichstromperiode, in welcher der Stromwert i0 ist, und die Impulsstromperiode, in welcher der Stromwert i1 ist, wobei die Periode, in der der Stromwert den Wert i1 hat, 20 µs bis 2 ms beträgt. Die Periode des Gleichstroms wird je nach der Länge des Lichtwellenleiters 9 als dem Messobjekt festgelegt. Beispielsweise, wenn die Länge des Lichtwellenleiters 10 km beträgt, dann ist die Periode 200 µs. Wenn die Länge des Lichtwellenleiters 9 jedoch 1 km beträgt, dann ist die Periode 20 µs.
Wenn die Treiberschaltung 2 mit dem Treiberstrom die Lichtquelle 1 versorgt, wie das in Fig. 2A dargestellt ist, emittiert die Lichtquelle 1 Licht, das die in Fig. 2B dargestellte Frequenz hat. Das heißt, die Lichtquelle 1 emittiert abwechselnd Licht, das die Frequenz ν0 hat, und Licht, das die Frequenz ν1 hat, wie das der Wellenform des Treiberstromes entspricht.
Das von der Lichtquelle 1 emittierte Licht wird an die Lichtimpuls- Generatorschaltung 5 über den Lichtrichtungskoppler 4 geschickt. Dann emittiert die Lichtimpuls-Generatorschaltung 5 den Lichtimpuls, der die Wellenform hat, wie sie in Fig. 2C dargestellt ist. Das heißt, die Lichtimpuls-Generatorschaltung. 5 entnimmt den Lichtimpuls, der die Frequenz ν1 hat, dem geschickten Licht. Dabei reicht die Periode der Emission des Lichtimpulses von einigen ns bis zu einigen µs.
Der Lichtimpuls, der von der Lichtimpuls-Generatorschaltung. 5 emittiert wird, trifft auf das Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 über den Lichtverstärker 6, den optischen Schalter 7 und den optischen Verbinder 8. Wenn der auftreffende Lichtimpuls in den Lichtwellenleiter 9 übertragen wird, erfolgen Brillouin-Streuung, Rayleigh- Streuung und Reflexion an verschiedenen Punkten im Lichtwellenleiter 9, und das zurückkommende Licht, welches Brillouin-Streulicht, Rayleigh-Streulicht und reflektiertes Licht enthält, gelangt von den verschiedenen Punkten zum Ende 9a. Das zurückkommende Licht wird vom Ende 9a emittiert.
Fig. 2D ist ein Diagramm, welches die Wellenform des zurückkommenden Lichts, das vom Ende 9a emittiert wird, darstellt. Die Brillouin-Streuung oder dergleichen erfolgen an verschiedenen Punkten im Lichtwellenleiter 9. Das zurückkommende Licht von Punkten, die nahe am Ende 9a liegen, wird von 9a zeitig emittiert, weil es nicht lange Zeit braucht für seine Übertragung bis zum Ende 9a. Dagegen wird das zurückkommende Licht, das von den entfernter liegenden Punkten zum Ende 9a gelangt, von 9a spät emittiert, weil es lange Zeit für seine Übertragung zum Ende 9a benötigt. Zusätzlich trifft dies auch auf die Zeit für die Übertragung des Lichtimpulses zu, der von dem Ende 9a des Lichtwellenleiters auf die verschiedenen Punkten in dem Lichtwellenleiter 9 trifft. Das heißt, die Zeit zwischen dem Eintreten des Lichtimpulses in das Ende 9a und der Rückkehr des zurückkommenden Lichtes entspricht dem Abstand zwischen dem Ende 9a und den Punkten, wo die Brillouin-Streuung und dergleichen auftreten. Demzufolge, wenn das zurückkommende Licht, welches von dem Ende 9a emittiert wird, zu einer vorbestimmten Zeit nachgewiesen wird, können die Eigenschaften des Lichtwellenleiters 9 an einem Punkt, der eine solche Entfernung hat, die dieser bestimmten Zeit t1 entspricht, ermittelt werden. Noch genauer, wenn die Frequenz des im zurückkommenden Licht enthaltenen Brouillon-Streulichts ermittelt wird, kann der Betrag der Störung an einem vorbestimmten Punkt in dem Lichtwellenleiter 9 ermittelt werden.
Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Frequenz des Lichtimpulses, der vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 auftrifft, und der Frequenz des Brouillon- Streulichts, das im zurückkommenden Licht enthalten ist, welches vom Ende 9a zu einem vorbestimmten Zeitpunkt t1 emittiert wird. In dieser Zeichnung ist die horizontale Achse die Frequenz des Lichts, während die vertikale Achse die Intensität des Lichts wiedergibt. Die Frequenz des Brouillon-Streulichts verschiebt sich von der Frequenz ν1 des auftreffenden Lichtimpulses in Richtung höherer Frequenz und in Richtung niederer Frequenz. Der Verschiebungsbetrag νB ändert sich je nach dem Ausmaß der Störung an vorbestimmten Punkten im Lichtwellenleiter 9. Wenn der Verschiebungsbetrag νB ermittelt wird, kann daher der Betrag der Störung an vorbestimmten Punkten im Lichtwellenleiter 9 ermittelt werden.
Das zurückkommende Licht, das vom Ende 9a des Lichtwellenleiters 9 emittiert wird und das Brillouin-Streulicht enthält, trifft wieder auf den Emissions/Auftreffport 7ti des optischen Schalters 7 über den optischen Verbinder 8 und wird außerdem vom Emissionsport 7t emittiert. Das zurückkommende Licht, das vom Emissionsport 7t des optischen Schalters 7 emittiert wird und das Brouillon- Streulicht enthält, trifft auf den Auftreffport 10i1 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10. Andererseits trifft das Referenzlicht, das vom dem Emissionsport 4t des ersten Lichtrichtungskopplers 4 emittiert wird, auf den anderen Auftreffport 10i2 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10.
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Frequenz des Referenzlichts und der Frequenz ν1 ± νB des Brillouin-Streulichts zeigt. In diesem Diagramm gibt die horizontale Achse die Frequenz des Lichts an, und die vertikale Achse gibt die Intensität des Lichts wieder. Während der Periode, in der das zurückkommende Licht, welches das Brillouin-Streulicht enthält, auf den Auftreffport 10i1 des zweiten Lichtrichtungskopplers 10 trifft, ist die Frequenz des Referenzlichts gleich ν0. Dementsprechend mischt der zweite Lichtrichtungskoppler 10 die Welle des Brillouin-Streulichts, das die Frequenz ν1 ± νB hat, und die Welle des Referenzlichts mit der Frequenz ν0. Dann interferieren diese Lichtanteile, weil die Frequenz dieser Lichtanteile dicht beieinander liegen. Damit tritt Resonanz auf. Die Resonanzfrequenz ist eine Differenz zwischen der Frequenz ν1 ± νB des Brillouin-Streulichtes und der Frequenz des Referenzlichts ν0, somit ν1 ± νB - ν0.
Wenn das Mischlicht, in welchem die Resonanz mit der Frequenz ν1 ± νB - ν0 auftritt, von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 aufgenommen wird, gibt die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 die Resonanzfrequenz ab, die niedriger ist, da das Taktsignal eine Resonanzfrequenz ν1 + νB - ν0 hat. Die Resonanz, deren Frequenz höher liegt wie beispielsweise eine Resonanz mit der Frequenz ν1 + νB - ν0 wird durch das Frequenzverhalten der Kompensations- Aufnehmerfotodiode PD11 abgeschnitten.
Hier wird die Frequenz ν1 - νB - ν0 der Resonanz des Taktsignals niedrig, weil die Differenz der Frequenz ν1 - ν0 im Voraus auf einen Wert dicht am Wert des Verschiebungsbetrags νB, der auf die Brillouin-Streuung zurückzuführen ist, eingestellt worden ist. Wenn beispielsweise νB 10,8 GHz und ν1 - ν0 12,0 GHz betragen, wird die Resonanzfrequenz ν1 - νB - ν0 = 12,0 GHz - 10,8 GHz = 1,2 GHz. Daher sind für eine Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11, die lediglich imstande sein soll, das Taktsignal abzugeben, und für einen Verstärker 12, auf den das Taktsignal gegeben wird, und einen Mischer solche Teile ausreichend, die ein solches Frequenzverhalten haben, dass es einer solchen Frequenzhöhe entspricht. Folglich können die Kosten für die Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11, den Verstärker 12 und den Mischer 13 verrindert werden.
Das Taktsignal, das von der Kompensations-Aufnehmerfotodiode PD11 emittiert wird und die Resonanz mit der Frequenz ν1 - νB - ν0 hat, wird auf den Mischer 13 über den Verstärker 12 gegeben. Das von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugte HF-Signal mit der Frequenz fr wird auf den Mischer 13 mit dem Taktsignal mit der Resonanzfrequenz ν1 - νB - ν0 gegeben, und diese Signale werden gemischt. Hierbei wird die Frequenz fr des von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugten HF-Signals im Voraus auf einen Wert dicht an der Frequenz ν1 - νB - ν0 eingestellt. Die Resonanzfrequenz wird die Differenz zwischen der Frequenz ν1 - νB - ν0 und der Frequenz fr des HF- Signals, also ν1 - νB - ν0 - fr.
Die Frequenz fr des von der Signalgeneratorschaltung 14 erzeugten HF-Signals wird auf einen Wert dicht an der Resonanzfrequenz ν1 - νB - ν0 des Taktsignals eingestellt. Weil die Frequenz ν1 - νB - ν0 niedrig wird, kann die Frequenz fr des HF-Signals auch niedrig sein. Daher ist eine Signalgeneratorschaltung 14 durchaus akzeptabel, solange die Teile Frequenzcharakteristiken haben, die derart niedrigen Frequenzen entsprechen. Daher können die Kosten für die Signalgeneratorschaltung 14 verringert werden.
Wenn das Mischsignal, in welchem die Resonanz mit der Frequenz ν1 - νB - ν0 - fr auftritt, auf den Tiefpass 16 gegeben wird, schneidet der Tiefpass 16 das hochfrequente Signal, das in dem Mischsignal enthalten ist (Signal mit der Frequenz ν1 - νB - ν0 oder fr), ab und gibt das Differenzsignal aus, welches nur die Resonanzfrequenz ν1 - νB - ν0 - fr als niederfrequentes Signal aufweist. Mit anderen Worten, die Hochfrequenz ν1 - νB - ν0 des Taktsignals nimmt ab und wird um einen Frequenzbetrag fr kleiner, so dass es ein niederfrequentes Signal ist.
Der Signalverarbeitungsabschnitt 18 misst die Frequenz des Differenzsignals. Wie weiter oben erwähnt wurde, nahm die Frequenz des Differenzsignals ab. Dadurch wird die Messung einfach. Die Frequenz des Taktsignals ν1 - νB - ν0 wird aus der Frequenz ν1 - νB - ν0 -fr des gemessenen Differenzsignals berechnet, darüber hinaus wird der Verschiebungsbetrag νB, der auf die Brillouin-Streuung zurückzuführen ist, berechnet. Dann wird der Betrag der Störung an vorbestimmten Stellen im Lichtwellenleiter 9 aus dem berechneten Verschiebungsbetrag νB ermittelt.
Auch wenn die obige Ausführungsform ein Beispiel für die Ermittlung des Brouillon-Streulichts im zurückkommenden Licht ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auf die Ermittlung des Rayleigh-Streulichts angewendet werden. Weil bei der Rayleigh-Streuung keine Verschiebung der Frequenz vorliegt (νB = 0), ist beispielsweise, wenn ν1 - ν0 gleich 1,2 GHZ ist, die Resonanzfrequenz des Taktsignals ν1 - νB - ν0 = 1,2 GHz- 0 = 1,2 GHz. Daher ist es in diesem Fall für einen Verstärker 12, auf den das Taktsignal gegeben wird, und einen Mischer 13 ausreichend, dass die Teile die Frequenzeigenschaften aufweisen, die einer solchen Frequenz entsprechen. Daher können die Kosten für einen Verstärker 12 und einen Mischer 13 verringert werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern, welche umfasst:
eine kohärente Lichtquelle, welche ein kohärentes Licht mit einer zweiten Frequenz liefert, welche fast gleich der Frequenz des kohärenten Lichts mit einer ersten Frequenz und der Frequenz des zurückkommenden Lichts ist, das von diesem Lichtwellenleiter emittiert wird, wenn das kohärente Licht mit der ersten Frequenz auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt trifft;
einen Lichtimpulsgenerator, welcher das kohärente Licht mit der ersten Frequenz, welches von der kohärenten Lichtquelle geliefert wird, in Lichtimpulse umwandelt und die so erzeugten Lichtimpulse emittiert;
einen Wellenmischer, welcher die Welle des von dem Lichtwellenleiter zurückkommenden Lichts und die Welle des kohärenten Lichte mit der zweiten Frequenz, die von der kohärenten Lichtquelle geliefert wird, mischt, wenn der Lichtimpuls, der von dem Lichtimpulsgenerator emittiert wird, auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt auftrifft, und das Mischlicht emittiert;
einen opto-elektrischen Wandler, welcher das von dem Wellenmischer emittierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt und das so erzeugte elektrische Signal abgibt;
eine Verarbeitungsanlage, welche einen Verschiebungsbetrag zur Frequenz des zurückkommenden Lichts berechnet, welches von dem Lichtwellenleiter von der ersten Frequenz des kohärenten Lichts, welches auf den Lichtwellenleiter als dem Messobjekt auftrifft, entsprechend dem elektrischen Signal, welches vom opto-elektrischen Wandler abgegeben wird, emittiert wird, und die Eigenschaften des Lichtwellenleiters aus dem berechneten Verschiebungsbetrag berechnet.

2. Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach Anspruch 1, bei welcher die kohärente Lichtquelle einen Treiber, welcher mehr als zwei Arten von Treiberströmen abgeben kann, und eine Lichtquelle aufweist, welche die Frequenz des kohärenten Lichts ändern kann, das entsprechend dem Treiberstrom, der von dem Treiber abgegeben wird, emittiert wird.

3. Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach Anspruch 2, bei welcher die Lichtquelle eine Laserdiode mit verteilter Rückkopplung ist.

4. Vorrichtung zur Messung der Eigenschaften von Lichtwellenleitern nach Anspruch 2, bei welcher das zurückkommende Licht, das von dem Lichtwellenleiter emittiert wird, Brouillon-Streulicht ist.