DE4438415A1 - Optisches Reflektometer - Google Patents
Optisches ReflektometerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Reflekto
meter, insbesondere ein Zeit-Bezirk-Reflektometer, das für
die optische Nachrichtentechnik geeignet ist.
Bis heute wurde die OTDR (Optical Time Domain Reflectometry,
d. h. optische Reflektometrie) für die Erfassung von
Unterbrechungen oder Verlust der Verbindung oder dergleichen
in verlegten Lichtwellenleiterkabel entwickelt. Durch die
OTDR wird die Stelle einer Unterbrechung oder des Verlusts
einer Verbindung und dergleichen derart erfaßt, daß ein
starker optischer Impuls auf das Eingangsende des verlegten
Lichtwellenleiterkabels einfällt und der Scheitelwert und
die Ankunftszeit der Lichtimpulsantwort untersucht werden,
die wieder zum Eingangsende durch Rückstreuung oder
Reflexion zurückgeführt wurde.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines optischen Reflektometers,
um die Erfassung durch die OTDR wie oben beschrieben
durchzuführen. In der Figur kennzeichnet Bezugszeichen 1
eine Hochleistungslichtquelle, die einen Lichtimpuls
erzeugt, wobei die Wiederholungsfrequenz der durch
Lichtquelle 1 erzeugten Lichtimpulse auf die Genauigkeit der
Meßstrecke abgestimmt wird. Bezugszeichen 2 kennzeichnet
eine Lichtumlenkvorrichtung, die dafür sorgt, daß der
Lichtimpuls, der von der Hochleistungslichtquelle 1 am
Eingangsende 2a eingegeben worden ist, auf einen
Endabschnitt 3a eines zu untersuchenden
Lichtwellenleiterkabels 3 einfällt. Die
Lichtumlenkvorrichtung liefert außerdem die
Lichtimpulsantwort, die von Kabel 3 auf das Ausgangsende 2b
reflektiert wird. Desweiteren ist das zu untersuchende Kabel
3 ein Bündel von Lichtwellenleitern, die jeweils durch
Aneinanderverbinden einer bestimmten Anzahl von
Lichtwellenleitern verlängert worden sind. Bezugszeichen 4
kennzeichnet einen Lichtempfänger, der die
Lichtimpulsantwort vom Ausgangsende 2b der Lichtumlenkvor
richtung 2 in ein elektrisches Signal umwandelt und dieses
elektrische Signal einem Verstärker 5 zuführt.
Wenn die Hochleistungslichtquelle 1 einen
Hochleistungslichtimpuls erzeugt, fällt in dieser Anordnung
der Lichtimpuls auf den Endabschnitt 3a von dem zu
untersuchenden Kabel 3 über die Lichtumlenkvorrichtung 2
ein. Die Lichtimpulsantwort, die an den Endabschnitt 3a
durch Rückstreuung oder Reflexion in Kabel 3 zurückgegeben
worden ist, wird über die Lichtumlenkvorrichtung dem
Lichtempfänger 4 zugeführt. In Lichtempfänger 4 wird die
Lichtimpulsantwort in ein entsprechendes elektrisches Signal
konvertiert, das anschließend durch den Verstärker 5
verstärkt und der Meßschaltung 20 zugeführt wird. Die
Meßschaltung 20 führt die Erfassung, wie weiter oben
beschrieben, entsprechend des gelieferten elektrischen
Signals aus.
Zusätzlich wird das oben genannte optische Reflektometer
auch für die optische Nachrichtentechnik eingesetzt, bei der
ein sehr langes Lichtwellenleiterkabel verwendet wird. Daher
ist es notwendig, den möglichen Pegelbereich der zu
untersuchenden Lichtumpulsantwort zu vergrößeren (im weiteren
als "dynamischer Bereich" bezeichnet). Bisher wurden
Entwicklungstätigkeiten zur Steigerung der Leistung der
Lichtquelle oder der Sensitivität des Lichtempfängers oder
zur Verringerung der Einfügungsdämpfung jeder optischen
Schaltung und dergleichen durchgeführt, um den dynamischen
Bereich zu vergrößern. In den letzten Jahren glaubte man,
daß eine Ringlaservorrichtung 6, deren Anordnung
näherungsweise durch Fig. 3 dargestellt wird, für
leistungsfähigere Lichtquellen verwendet werden kann.
In der Ringlaservorrichtung 6 nach Fig. 3 kennzeichnet
Bezugszeichen 7 eine Erregerlichtquelle, die
kontinuierliches Licht mit einer bestimmten Wellenlänge
(z. B. 1,48 µm) erzeugt. Bezugszeichen 8 kennzeichnet einen
optischen Synthesizer, der das kontinuierliche Licht, das
von der Erregerlichtquelle 7 in das Eingangsende 8b
eingegeben wird, synthetisiert und das kontinuierliche
Licht, das in das Eingangsende 8a über einen optischen
Schalter 11 eingegeben wird, der das kontinuierliche Licht
empfängt und einen Lichtimpuls durch Änderung seines
Zustands erzeugt.
Ein Lichtwellenleiter 9 ist zum Beispiel mit einem der
Seltenerdmetalle wie Erbium (Er) dotiert; somit werden
Erbiumionen (Er3+) im Kabel verteilt. Wenn das kontinuierli
che Licht von der Erregerlichtquelle 7 über den optischen
Synthesizer 8 auf das Eingangsende des Lichtwellenleiters 9
einfällt, wird der Lichtwellenleiter 9 erregt. Bezugszeichen
10 kennzeichnet eine Lichtumlenkvorrichtung, die den gelie
ferten optischen Impuls auf den Schalter 11 oder auf das
Ausgangsende lenkt, wo er für ein zu untersuchendes Licht
wellenleiterkabel bereitsteht.
Durch die oben beschriebene Vorrichtung wird
Lichtwellenleiter 9 erregt, wenn kontinuierliches Licht von
der Erregerlichtquelle 7 erzeugt wird. Zu dieser Zeit ist
Schalter 11 auf "Ein" gestellt, und die Schleife ist
geschlossen; dadurch wird das kontinuierliche Licht
verstärkt. Anschließend, wenn Schalter 11 im "Ein/Aus"
Betrieb betrieben wird, wird ein Lichtimpuls erzeugt und
danach, wenn Schalter 11 auf "Ein" gestellt wird, in der
geschlossenen Schleife verstärkt. Deshalb ist der
Scheitelwert des am Ausgangsende der Lichtumlenkvorrichtung
10 ausgegebenen Lichtimpulses sehr hoch. Zusätzlich sind
Einzelheiten der Ringlaservorrichtung 6 in der früher
eingereichten Japanischen Patentanmeldung, Offenle
gungsnummer Hei 05-21880 der Anmelderin beschrieben.
Wenn jedoch die Ringlaservorrichtung 6 in dem oben genannten
konventionellen optischen Reflektometer verwendet wird,
werden zwei Lichtumlenkvorrichtungen 2 und 10 benötigt,
wobei dies die Systemkosten erhöht. Desweiteren sind diese
Lichtumlenkvorrichtungen 2 und 10 im Pfad des Lichtimpulses
eingesetzt, und die daraus folgende Einfügungsdämpfung ist
groß. Dementsprechend bestand das Problem darin, daß der
dynamische Bereich des OTDR nicht in dem erwarteten Ausmaß
vergrößert werden konnte.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfin
dung, ein optisches Reflektometer bereitzustellen, in dem
die Systemkosten gering sind und der dynamische Bereich groß
ist.
Aus diesem Grunde stellt die vorliegende Erfindung ein opti
sches Reflektometer zur Verfügung, in dem ein Lichtimpuls
auf ein Eingangsende eines Lichtwellenleiterkabels einfällt
und die Lichtimpulsantwort entsprechend der Rückstreuung
oder Reflexion im Lichtwellenleiterkabel am Eingangsende
erfaßt wird, wobei das optische Reflektometer folgendes
umfaßt:
eine Erregerlichtquelle zur Erzeugung kontinuierlichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator mit einem Lichtpfad mit einer geschlossenen Schleife und einem im Lichtpfad einge setzten Schalter, wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Erregerlicht quelle empfängt und das kontinuierliche Licht verstärkt, und wobei der Lichtimpulsgenerator den Lichtimpuls erzeugt und verstärkt, indem er den Ein/Aus-Zustand des Schalters steuert;
einen Lichtempfänger zum Empfang der Lichtimpulsant- Wort; und
eine Lichtumlenkvorrichtung, die im Lichtfpad mit geschlossener Schleife eingesetzt ist, um zu bewirken, daß der verstärkte Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterkabels einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Lichtimpulsantwort, um zu bewirken, daß die Lichtimpuls antwort auf den Lichtempfänger einfällt.
eine Erregerlichtquelle zur Erzeugung kontinuierlichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator mit einem Lichtpfad mit einer geschlossenen Schleife und einem im Lichtpfad einge setzten Schalter, wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Erregerlicht quelle empfängt und das kontinuierliche Licht verstärkt, und wobei der Lichtimpulsgenerator den Lichtimpuls erzeugt und verstärkt, indem er den Ein/Aus-Zustand des Schalters steuert;
einen Lichtempfänger zum Empfang der Lichtimpulsant- Wort; und
eine Lichtumlenkvorrichtung, die im Lichtfpad mit geschlossener Schleife eingesetzt ist, um zu bewirken, daß der verstärkte Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterkabels einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Lichtimpulsantwort, um zu bewirken, daß die Lichtimpuls antwort auf den Lichtempfänger einfällt.
Entsprechend des oben beschriebenen optischen Reflektometers
wird das kontinuierliche Licht im Lichtpfad der
geschlossenen Schleife verstärkt, wenn die Erregerlicht
quelle kontinuierliches Licht mit einer vorbestimmten
Frequenz erzeugt. Anschließend wird ein Lichtimpuls durch
den Lichtimpulsgenerator erzeugt, der die Ein/Aus-Zustände
des Schalters steuert. Danach bewirkt die
Lichtumlenkvorrichtung, die im Lichtpfad eingesetzt ist, daß
der Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenlei
terkabels einfällt und die Lichtumlenkvorrichtung bewirkt
desweiteren, daß die Lichtimpulsantwort, die am Eingangsende
des Lichtwellenleiterkabels ausgegeben wird, auf den
Lichtempfänger einfällt.
Wie oben beschrieben wird nur eine Lichtumlenkvorrichtung im
optischen Reflektometer benötigt; daher können die System
kosten verringert und die Einfügungsdämpfung im Lichtpfad
reduziert werden. Desweiteren ist der Scheitelwert des
Lichtimpulses, der auf das Lichtwellenleiterkabel einfällt,
groß; daher ist ein großer dynamischer Bereich für die
Lichtimpulsantwort möglich.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug
nahme auf die beigefügten detaillierten Figuren, wobei eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
deutlich wird und wobei
Fig. 1 ein Blockschaltbild ist, das eine strukturelle
Ausarbeitung des optischen Reflektometers entsprechend einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ein Blockschaltbild ist, das die Konfiguration
eines konventionellen optischen Reflektometers zeigt.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Konfiguration
einer Ringlaservorrichtung zeigt, die in einem
konventionellen Reflektometer verwendet wird.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen
erläutert. Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine struktu
relle Ausarbeitung des optischen Reflektometers 12 entspre
chend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt. In dieser Figur haben die Teile, die mit denen in den
Fig. 2 und 3 gezeigten identisch sind, die gleichen
Bezugszeichen und eine weitere Erklärung entfällt.
Ein Merkmal des optischen Reflektometers 12 in Fig. 1 ist,
daß der Teil, der der Lichtumlenkvorrichtung 2 (in Fig. 2)
entspricht, und der Teil, der der Lichtumlenkvorrichtung 10
(in Fig. 3) entspricht, zu einem einzigen Teil zusammenge
faßt sind.
In Fig. 1 kennzeichnet Bezugszeichen 13 eine Ringlaservor
richtung, die einen Hochleistungslichtimpuls erzeugt und
bewirkt, daß der Lichtimpuls auf das Endabschnitt 3a des zu
untersuchenden Lichtwellenleiterkabels 3 einfällt. Bezugs
zeichen 14 kennzeichnet eine Meßvorrichtung 14 zur Messung
des Scheitelwertes und der Ankunftszeit der Lichtimpulsant
wort, die am Endabschnitt 3a ausgegeben wird, und zur
Erfassung einer Unterbrechung oder des Verlusts der Verbin
dung in Kabel 3. Das heißt, daß das optische Reflektometer
12 aus einer Ringlaservorrichtung 13 und einer
Meßvorrichtung 14 besteht.
In der oben genannten Ringlaservorrichtung 13 kennzeichnet
Bezugszeichen 15 eine Schaltersteuerung, die die Ein/Aus-
Zustände des optischen Schalters 11 zu bestimmten Zeiten
steuert. Bezugszeichen 16 kennzeichnet eine Lichtumlenk
vorrichtung für die Ausgabe des optischen Impulses am
Endabschnitt 16b oder 16c, wobei der Impuls von Ausgangsende
11a des optischen Schalters 11 auf den Endabschnitt 16a
eingefallen ist. Bezugszeichen 17 kennzeichnet einen
Isolator, der zwischen dem Endabschnitt 16b der Lichtumlenk
vorrichtung 16 und dem Eingangsende 8a des Synthesizers 8
eingesetzt ist, wobei der Isolator das Licht, das
entgegengesetzt gerichtet ist, und für die Verstärkung des
Lichtimpulses hinderlich ist, entkoppelt.
Darüber hinaus ist die Lichtumlenkvorrichtung 16 auch ein
strukturelles Element der Meßvorrichtung 14. In der Meßvor
richtung 14 empfängt die Lichtumlenkvorrichtung 16 die auf
ihren Endabschnitt 16c einfallende Lichtimpulsantwort, und
gibt die Lichtimpulsantwort am Endabschnitt 16d aus. Diese
Lichtimpulsantwort wird anschließend in dem Lichtempfänger 4
in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das elektrische
Signal wird in Verstärker 5 verstärkt, um einer Meßschaltung
20 zugeführt zu werden. Die Meßschaltung 20 untersucht die
Übertragungscharakteristik von Kabel 3, die zum Beispiel mit
einer Unterbrechung des Kabels oder einem Verlust der
Verbindung in Zusammenhang steht.
Desweiteren ist Schalter 11 ein A/O (akusto-optischer)
Schalter oder ein Q-Schalter mit einem optischen Zerhacker.
Im folgenden wird der Betrieb des optischen Reflektometers
12 erklärt.
Zunächst erzeugt Erregerlichtquelle 7 kontinuierliches Licht
einer vorbestimmten Wellenlänge (z. B. 1,48 µm). Das
kontinuierliche Licht fällt, über den optischen Synthesizer
8, auf das Eingangsende des Lichtwellenleiters 9 ein. Der
Lichtwellenleiter 9 geht dabei in den erregten Zustand über;
daher wird, wenn Schalter 11 auf "Ein" gestellt ist, das
kontinuierliche Licht verstärkt. Wenn dann die Schalter
steuerung 15 anfängt, den Ein/Aus-Zustand des Schalters zu
steuern, wird ein Lichtimpuls am Ausgangsende des Licht
wellenleiters 9 ausgegeben.
Der am Ausgangs ende des Lichtwellenleiters 9 ausgegebene
Lichtimpuls fällt, über Ausgangsende 11a des optischen
Schalters 11, auf den Endabschnitt 16a der Lichtumlenkvor
richtung 16 ein. Anschließend wird der Lichtimpuls am
Endabschnitt 16b der Lichtumlenkvorrichtung 16 ausgegeben.
Dieser Lichtimpuls fällt, über den Isolator 17, auf das
Eingangsende 8a des optischen Synthesizers 8 ein und wird
dann mit dem auf das Eingangsende 8b einfallenden
kontinuierlichen Licht kombiniert, um wiederum auf das
Eingangsende des Lichtwellenleiters 9 einzufallen.
Anschließend wird der verstärkte Lichtimpuls über den
Endabschnitt 16c der Lichtumlenkvorrichtung 16 ausgegeben,
um auf den Endabschnitt 3a des zu untersuchenden
Lichtwellenleiters 3 einzufallen.
Im Lichtwellenleiter 3 erfährt der Lichtimpuls eine
Rückstreuung oder Reflexion entsprechend der Bedingungen im
Kabel. Daher fällt die Lichtimpulsantwort, die der
Rückstreuung oder der Reflexion entspricht, am Endabschnitt
3a des Kabels 3 auf den Endabschnitt 16c der
Lichtumlenkvorrichtung 16 ein, um am Endabschnitt 16d der
Lichtumlenkvorrichtung ausgegeben zu werden.
Die vom Endabschnitt 16d ausgegebene Lichtimpulsantwort wird
in Lichtempfänger 4 in ein entsprechendes elektrisches
Signal gewandelt. Das elektrische Signal wird in Verstärker
5 verstärkt, um der Meßschaltung 20 zugeführt zu werden. In
der Meßschaltung 20 wird die Stelle einer Unterbrechung und
des Verlusts der Verbindung im zu untersuchenden
Lichtwellenleiter 3 erfaßt.
Desweiteren ist im Pfad von der Erzeugung des Lichtimpulses
in der Ringlaservorrichtung 13 bis zum Empfang des
Lichtimpulses durch Lichtempfänger 4 nur eine Lichtum
lenkvorrichtung 16 eingesetzt; daher ist die
Einfügungsdämpfung ziemlich gering.
Wenn zum Beispiel bezugnehmend auf die Lichtumlenkvorrich
tungen 2 und 10 in den Fig. 2 und 3 die Differenz
zwischen dem Pegel des eingegebenen Lichtimpulses und dem
Pegel des ausgegebenen Lichtimpulses (d. h. die
Einfügungsdämpfung) für eine Richtung jeder
Lichtumlenkvorrichtung mit 3 dB angenommen wird, beträgt die
Gesamteinfügungsdämpfung im Pfad des Lichtimpulses im
konventionellen optischen Reflektometer 9 dB. Im Gegensatz
dazu beträgt im optischen Reflektometer 12 nach Fig. 1 die
Einfügungsdämpfung im Lichtpfad 6 dB, wenn die
Einfügungsdämpfung der Lichtumlenkvorrichtung 16 wie oben
mit 3 dB pro Richtung angenommen wird.
Wie weiter oben beschrieben ist das optische Reflektometer
12 der vorliegenden Ausführungsform derart konstruiert, daß
die Lichtumlenkvorrichtung 16 sowohl von der
Ringlaservorrichtung 13 als auch von der Meßvorrichtung 14
benutzt wird; daher wird die Einfügungsdämpfung im Pfad des
Lichtimpulses verringert (zum Beispiel um 3 dB) und man
erhält einen großen dynamischen Bereich. Darüberhinaus wird
nur eine Lichtumlenkvorrichtung im Schaltkreis der Anordnung
benötigt, wodurch die Systemkosten geringer sind.
Zusätzlich wird der Übertragungsverlust in dem zu
untersuchenden Lichtwellenleiter 3 in der oben genannten
Ausführungsform erfaßt, und es kann auch die
Temperaturverteilung im Lichtwellenleiter 3 untersucht
werden.
Claims (3)
1. Optisches Reflektometer, worin ein Lichtimpuls auf
ein Eingangsende eines Lichtwellenleiterkabels (3) einfällt
und die Lichtimpulsantwort entsprechend der Rückstreuung
oder Reflexion im Lichtwellenleiterkabel am Eingangsende
erfaßt wird, wobei das optische Reflektometer folgendes
umfaßt:
eine Erregerlichtquelle (7) zur Erzeugung kontinuier lichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator (13) mit einem Lichtpfad mit geschlossener Schleife und einem im Lichtpfad einge setzten Schalter (11), wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Erregerlicht quelle empfängt und das kontinuierliche Licht verstärkt, und wobei der Lichtimpulsgenerator den Lichtimpuls erzeugt und verstärkt, indem er den Ein/Aus-Zustand des Schalters steuert; und
einen Lichtempfänger (4) zum Empfang der Lichtimpuls antwort,
dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer des weiteren umfaßt:
eine Lichtumlenkvorrichtung (16), die im Lichtpfad mit geschlossener Schleife eingesetzt ist, um zu bewirken, daß der verstärkte Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterkabels einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Lichtimpulsantwort, um zu bewirken, daß die Lichtimpuls antwort auf den Lichtempfänger einfällt.
eine Erregerlichtquelle (7) zur Erzeugung kontinuier lichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator (13) mit einem Lichtpfad mit geschlossener Schleife und einem im Lichtpfad einge setzten Schalter (11), wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Erregerlicht quelle empfängt und das kontinuierliche Licht verstärkt, und wobei der Lichtimpulsgenerator den Lichtimpuls erzeugt und verstärkt, indem er den Ein/Aus-Zustand des Schalters steuert; und
einen Lichtempfänger (4) zum Empfang der Lichtimpuls antwort,
dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer des weiteren umfaßt:
eine Lichtumlenkvorrichtung (16), die im Lichtpfad mit geschlossener Schleife eingesetzt ist, um zu bewirken, daß der verstärkte Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterkabels einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Lichtimpulsantwort, um zu bewirken, daß die Lichtimpuls antwort auf den Lichtempfänger einfällt.
2. Optisches Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es zur Messung des Übertragungsverlusts
eines Lichtwellenleiterkabels verwendet wird.
3. Optisches Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es zur Messung der Temperaturverteilung
in einem Lichtwellenleiterkabel verwendet wird.
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