DE4438415C2

DE4438415C2 - Optisches Reflektometer

Info

Publication number: DE4438415C2
Application number: DE4438415A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhisa Sato; Mikio Maeda; Shinichi Furukawa
Original assignee: Ando Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Ando Electric Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2014-10-28
Also published as: ITMI942208A1; ITMI942208A0; JP3122293B2; DE4438415A1; JPH07128185A; IT1272837B; US5500731A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Reflektometer, insbesondere ein Zeit-Bereichs-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 Antwort auf den Lichtimpuls untersucht werden, die wieder zum Eingangsende durch Rückstreuung oder Reflexion zurückgeführt wurde.

Aus J. Opt. Commun. 13 (1992) 4, Seiten 127-133, ist ein optisches Reflektometer bekannt, in dem ein Lichtimpuls auf ein Eingangsende eines Lichtwellenleiters einfällt und die Antwort auf den Lichtimpuls entsprechend der Rückstreuung oder Reflexion im Lichtwellenleiter am Eingangsende erfaßt wird, wobei das optische Reflektometer folgendes umfaßt:
eine Pumplichtquelle zur Erzeugung kontinuierlichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator mit einem Lichtweg mit geschlossener Schleife und einem im Lichtweg eingesetzten Schalter, wobei der Lichtweg mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Pumplichtquelle empfängt, wobei der Lichtimpulsgenerator den Lichtimpuls erzeugt und wobei der Lichtimpuls in der geschlossenen Schleife verstärkt wird,
einen Lichtempfänger zum Empfang der Antwort auf den Lichtimpuls und
eine Lichtumlenkvorrichtung, die im Lichtweg mit geschlos sener Schleife eingesetzt ist, um zu bewirken, daß der ver stärkte Lichtimpuls auf das Eingangsende des Lichtwellenleiters einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Antwort auf den Lichtim puls, um zu bewirken, daß die Antwort auf den Lichtimpuls auf den Lichtempfänger einfällt.

Aus International Wire & Cable Symposium Proceedings 1989, S. 480, ist bekannt, OTDR-Messungen an den Lichtwellenleitern eines Kabels durchzuführen und dabei Übertragungsverluste zu messen.

Aus der DE 38 04 135 A1 ist bekannt, die Temperaturvertei lung in einem Lichtwellenleiter zu messen.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines optischen Reflektometers, um die Erfassung durch die OTDR wie oben beschrieben durchzuführen. In der Figur kennzeichnet Bezugszeichen 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 Antwort auf den Lichtimpuls, die vom 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 Antwort auf den Lichtimpuls vom Ausgangsende 2b der Lichtumlenkvorrichtung 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 Antwort auf den Lichtimpuls, 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 Antwort auf den Lichtimpuls 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 Antwort auf den Lichtimpuls zu vergrößern (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 Pumplichtquelle, 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 Pumplichtquelle 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 kontinuierliche Licht von der Pumplichtquelle 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 gelieferten optischen Impuls auf den Schalter 11 oder auf das Ausgangsende lenkt, wo er für ein zu untersuchendes Lichtwellenleiterkabel bereitsteht.

Durch die oben beschriebene Vorrichtung wird Lichtwellenleiter 9 erregt, wenn kontinuierliches Licht von der Pumplichtquelle 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, Offenlegungsnummer Hei 05-21880 A, der die GB 22 58 082 A entspricht 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 Erfindung, ein optisches Reflektometer bereitzustellen, in dem die Systemkosten gering sind und der dynamische Bereich groß ist.

Diese Aufgabe wird durch ein optisches Reflektometer gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Aus diesem Grunde stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Reflektometer zur Verfügung, in dem ein Lichtimpuls auf ein Eingangsende eines Lichtwellenleiterkabels einfällt und die Antwort auf den Lichtimpuls entsprechend der Rückstreuung oder Reflexion im Lichtwellenleiterkabel am Eingangsende erfaßt wird, wobei das optische Reflektometer folgendes umfaßt:
eine Pumplichtquelle zur Erzeugung kontinuierlichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator mit einem Lichtpfad mit geschlossener Schleife und einem im Lichtpfad eingesetzten Schalter, wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Pumplichtquelle 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 Antwort auf den Lichtimpuls; und
eine Lichtumlenkvorrichtung mit vier Endabschnitten, die im Lichtpfad mit geschlossener Schleife so eingesetzt ist, daß der in der geschlossenen Schleife erzeugte Lichtimpuls durch die Lichtumlenkvorrichtung vom ersten Endabschnitt zum zweiten Endabschnitt hindurchtritt, um den verstärkten Lichtimpuls von dem Lichtpfad mit geschlossener Schleife am ersten Endabschnitt zu erhalten, und zu bewirken, daß der erhaltene Lichtimpuls von dem dritten Endabschnitt auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterkabels einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Antwort auf den Lichtimpuls am dritten Endabschnitt, um zu bewirken, daß die Antwort auf den Lichtimpuls direkt von dem vierten Endabschnitt auf den Lichtempfänger einfällt.

Entsprechend des oben beschriebenen optischen Reflektometers wird das kontinuierliche Licht im Lichtpfad der geschlossenen Schleife verstärkt, wenn die Pumplichtquelle 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 Lichtwellenleiterkabels einfällt und die Lichtumlenkvorrichtung bewirkt desweiteren, daß die Antwort auf den Lichtimpuls, 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 Systemkosten 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 Antwort auf den Lichtimpuls möglich.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand des Ausführungsbeispiels in Fig. 1 näher erläutert. Es zeigen:

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 strukturelle Ausarbeitung des optischen Reflektometers 12 entsprechend 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 zusammengefaßt sind.

In Fig. 1 kennzeichnet Bezugszeichen 13 eine Ringlaservorrichtung, die einen Hochleistungslichtimpuls erzeugt und bewirkt, daß der Lichtimpuls auf das Endabschnitt 3a des zu untersuchenden Lichtwellenleiterkabels 3 einfällt. Bezugszeichen 14 kennzeichnet eine Meßvorrichtung 14 zur Messung des Scheitelwertes und der Ankunftszeit der Antwort auf den Lichtimpuls, die am Endabschnitt 3a ausgegeben wird, und zur Erfassung einer Unterbrechnung oder des Verlusts der Verbindung 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 Lichtumlenkvorrich tung 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 Lichtumlenkvorrichtung 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 Meßvorrich tung 14 empfängt die Lichtumlenkvorrichtung 16 die auf ihren Endabschnitt 16c einfallende Antwort auf den Lichtimpuls, und gibt die Antwort auf den Lichtimpuls am Endabschnitt 16d aus. Diese Antwort auf den Lichtimpuls 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 Pumplichtquelle 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 Schaltersteuerung 15 anfängt, den Ein/Aus-Zustand des Schalters zu steuern, wird ein Lichtimpuls am Ausgangsende des Lichtwellenleiters 9 ausgegeben.

Der am Ausgangsende des Lichtwellenleiters 9 ausgegebene Lichtimpuls fällt, über Ausgangsende 11a des optischen Schalters 11, auf den Endabschnitt 16a der Lichtumlenkvorrichtung 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 Antwort auf den Lichtimpuls, 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 Antwort auf den Lichtimpuls 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 Lichtumlenkvorrichtung 16 eingesetzt; daher ist die Einfügungsdämpfung ziemlich gering.

Wenn zum Beispiel bezugnehmend auf die Lichtumlenkvorrichtungen 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. Darüber hinaus 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

1. Optisches Reflektometer, worin ein Lichtimpuls auf ein Eingangsende eines Lichtwellenleiterkabels (3) einfällt und die Antwort auf den Lichtimpuls entsprechend der Rückstreuung oder Reflexion im Lichtwellenleiterkabel (3) am Eingangsende erfaßt wird, wobei das optische Reflektometer folgendes umfaßt:
eine Pumplichtquelle (7) zur Erzeugung kontinuierlichen Lichts einer vorbestimmten Frequenz;
einen Lichtimpulsgenerator (13) mit einem Lichtpfad mit geschlossener Schleife und einem im Lichtpfad eingesetzten Schalter (11), wobei der Lichtpfad mit geschlossener Schleife das kontinuierliche Licht aus der Pumplichtquelle (7) empfängt und das kontinuierliche Licht verstärkt, und wobei der Lichtimpulsgenerator (13) den Lichtimpuls erzeugt und verstärkt, indem er den Ein/Aus-Zustand des Schalters (11) steuert;
einen Lichtempfänger (4) zum Empfang der Antwort auf den Lichtimpuls; und
eine Lichtumlenkvorrichtung (16) mit vier Endabschnitten (16a-16d), die im Lichtpfad mit geschlossener Schleife so eingesetzt ist, daß der in der geschlossenen Schleife erzeugte Lichtimpuls durch die Lichtumlenkvorrichtung (16) vom ersten Endabschnitt (16a) zum zweiten Endabschnitt (16b) hindurchtritt, um den verstärkten Lichtimpuls von dem Lichtpfad mit geschlossener Schleife am ersten Endabschnitt (16a) zu erhalten, und zu bewirken, daß der erhaltene Lichtimpuls von dem dritten Endabschnitt (16c) auf das Eingangsende des Lichtwellenleiterka bels (3) einfällt, und ebenfalls zum Empfang der Antwort auf den Lichtimpuls am dritten Endabschnitt (16c), um zu bewirken, daß die Antwort auf den Lichtimpuls direkt von dem vierten Endabschnitt (16d) auf den Lichtempfänger (4) einfällt.

2. Optisches Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung des Übertragungsverlusts eines Lichtwellenleiterkabels (3) verwendet wird.

3. Optisches Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Messung der Temperaturverteilung in einem Lichtwellenleiterkabel (3) verwendet wird.