JP2005515427A - 刺激信号を並行して印加されるｏｔｄｒ - Google Patents

Abstract

本発明は光学部品(10)の光学特性の測定方法に関し、その方法は、ａ：第１の光信号(6)を前記光学部品(10)へ結合するステップと、 ｂ：前記光学部品(10)により反射され、及び／又は後方散乱された少なくとも一つの第１の光信号(12)を検出するステップと、ｃ：前記検出された光信号(12)を用いて、前記第１の光信号(6)が送信と検出との間を移動した距離を算出するステップと、ｄ：少なくとも第２の光信号についてステップａ〜ｃを並行して実行するステップとからなる。

Description

発明の背景
本発明は、光学部品、例えば光ファイバの光学的特性の測定に関し、より具体的には光時間領域後方散乱測定法の測定、及びこれらの測定を実行するための光学時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）に関する。

反射された光信号を測定するためのＯＴＤＲでは、規定された測定波長を有する光信号が、被試験部品、例えば被試験光ファイバへ結合され、測定されるべき反射光信号が、反射光信号を用いて定量分析および好適には視覚表現を行うようにコンピュータに接続された光検出器でもって検出される。

係るＯＴＤＲは、従来技術において知られている。それらは、光ファイバの実装期間中に適切な配置およびファイバの完全性を検査するために広く使用されている。米国特許第６，１４１，０８９号は、例えば、現在適用されているトラヒック信号を有する光ネットワークにおける測定に関して上記技術のＯＴＤＲを示す。

被試験部品の完全な試験適用範囲を取得するために、現在またはその後にファイバを介して経路指定されるトラヒック信号の波長に類似する異なる波長で必要な測定を実行しなければならない。このような波長依存情報の測定システムは、欧州特許第０８７２７２１Ｂ１号明細書に開示されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。このようなＯＴＤＲの場合、異なる波長における測定を順次的に実行する、即ち波長λ_１において第１の測定値を取得し、次いで波長λ_２において第２の測定値を取得し、以下同様である。

一部を図１に示す従来技術の係るＯＴＤＲの受信器は、光入力信号の異なる波長を識別できないので、レーザダイオードは一度に一回トリガされて、異なる波長の測定信号が受信器に同時に到着することを防ぐようにしなければならない。各波長における各測定は、約一万回（又はもっと頻繁に）反復される必要があるので、測定プロセス全体では多くの時間を費やす。

発明の概要
従って、本発明の一つの目的は、光学部品の光学的特性の改善された測定を提供することである。

本目的は、独立請求項により解決される。

本発明の一つの利点は、多数の異なる波長を用いて並行してＯＴＤＲ測定を実行する潜在能力である。このことは、新しい高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）ネットワークにおいて、異なる試験波長の数が高くなり始めていると予想され得るという理由から、重要である。従って、従来技術から知られているような測定の順次的な実行により、総試験時間はかなり増大することになる。しかしながら、本発明は、異なる試験波長を用いてＯＴＤＲ測定を同時に実行することにより、測定時間の大幅な削減を可能にする。

本発明の好適な実施形態において、本発明の方法は、波長多重化装置に接続された多数のレーザダイオードを用いて実行される。広帯域方向性カプラの助けを借りて、波長多重化装置の信号を被試験ファイバへ結合する。さらに、被試験ファイバから反射された反射光信号を受信するために、広帯域方向性カプラに結合された波長多重分離装置が存在する。波長多重分離装置には各々複数の独立した受信器が接続されており、これにより波長多重分離装置への多波長入力信号が、波長多重分離装置により分離され、個々の受信器により直接的に個別に処理される。

さらなる好適な実施形態は、各々複数のデータ取得装置により、さらに別々に受信器出力信号を処理する。代案として、受信器出力信号を多重化して、共通信号処理回路に送ってもよい。

さらに、本発明の好適な実施形態において、異なる反射光信号間のクロストークを考慮するために、測定に多重分離装置を使用する前に、多重分離装置を較正することが可能である。多重分離化の較正は、光信号に使用されるべき波長の集合について以下のステップを反復することにより行われる。即ち、規定された較正波長を有する光較正信号を複数のＮ個の多重分離ポートへ多重分離するステップと、各ポートへの光較正信号の漏れを検出するステップとである。これは、全ての波長とポート１，２，・・・，Ｎについてポートｐへの波長ｗの漏れＬ_ｐｗをもたらす。従って、以下の式、即ち
Ｓ_ｉ＝Ｌ^−１×Ｓ_ａ
に従って実際の測定信号Ｓ_ａの行列と理想的な測定信号Ｓ_ｉの行列とを相関させる漏れＬの行列表現を求めることが可能である。

本発明の別の好適な実施形態では、単一の特徴でもって光信号を符号化し、その単一の特徴を検出することにより光信号を検出することが提供される。これにより、各検出信号を元の送信信号に割り当てることが可能である。

他の好適な実施形態は、従属請求項により示される。

任意の種類のデータ媒体に格納されるか、又はそれによって提供されることができ、任意の適切なデータ処理装置において、又はそれにより実行され得る１つ又は複数の適切なソフトウェアプログラムにより、本発明が部分的に具現化され得るか、又はサポートされ得ることは明らかである。

本発明の他の目的および多くの付随する利点は、以下の詳細な説明を参照して添付図面に関連して考察することにより、容易に理解され、より良く理解されるであろう。図面中の構成要素は必ずしも一定の縮尺ではなく、むしろ本発明の原理を明瞭に示すことに重点が置かれている。実質的に又は機能的に等しい或いは類似の要素は、同じ参照符号でもって参照される。

発明の詳細な説明
ここで、図面をより詳細に参照すると、図２は本発明のＯＴＤＲの一実施形態１を示す。実施形態１では、多数のＮ個のレーザダイオード２_１〜２_Ｎが、レーザダイオード２_１〜２_Ｎに接続された波長多重化装置４へ光信号３_１〜３_Ｎを放出する。波長多重化装置４はＮ個の光信号３_１〜３_Ｎを多重化し、多重化信号６を広帯域方向性カプラ８へ送る。広帯域方向性カプラ８は、多重化信号６を被試験ファイバ１０へ結合する。ＯＴＤＲのさらなる詳細については、Dennis Derickson著、「Fiber Optic Test and Measurement」、Prentice Hall PTR、ニュージャージー州０７４５８ Upper Saddle River、１９９８年の第１１章を参照されたい。その文献の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

被試験ファイバ１０から反射された反射光信号１２は、広帯域方向性カプラ８を介して波長多重分離装置１４へ結合される。波長多重分離装置１４は、反射光信号１２を多重分離信号１６_１〜１６_Ｎへ多重分離する。多重分離された信号１６_１〜１６_Ｎが、Ｎ個の受信器１８_１〜１８_Ｎにより検出される。Ｎ個の受信器１８_１〜１８_Ｎの各受信器１８_１〜１８_Ｎは、分析するためのコンピュータ２２のデータ取得モジュール２０_１〜２０_Ｎに接続されており、好適には取得結果を（図示していない）モニタ上に示す。図２の例示された実施形態１では、Ｎ個の測定波長の数は、１と任意の他の適当な自然数の間で変化させることができる。

しかしながら、本実施形態における多重分離装置１４は、試験信号路内の追加コンポーネントであり、これがその非理想的な挙動に起因して試験結果に不可避的に影響を及ぼす。従って、図示の実施形態１により実行されたＯＴＤＲ測定のダイナミックレンジを減らさないように、多重分離装置１４の挿入損は最小限に抑えられなければならない。

しかしながら、より重要なことは、波長多重分離装置１４の個々の出力ポート間における実行可能な制限された波長分離である。

図３は、波長多重分離装置１４の異なるポート間の不完全分離により生じる可能性のあるクロストーク問題を示す。任意のポートからの小さなスプリアス信号が、他の任意の出力ポートへ重畳され、役に立たない試験結果につながる場合がある。図３の左手側には、波長λ_１を有する第１の検出される反射光信号が図示されている。図３の右手側には、波長λ_２を有する第２の検出される反射光信号が図示されている。図３から看取されるように、波長λ_１にて検出される信号の一部Ｌ_１２が波長λ_２にて検出される信号に加算され、波長λ_２にて検出される信号の一部が波長λ_１にて検出される信号に加算される。

本発明の方法は、全ての波長とポート１，２，・・・，Ｎについてポートｐへの波長ｗの漏れＬ_ｐｗを求め、これを後の処理ステップで考慮することにより、この予想される問題に対処する。必要な式を導出するために、実際の測定信号ｓ_ａと理想的な測定信号ｓ_ｉとの間の一般的な関係が必要である。ポート１での実際の信号ｓ_ａ１について、以下の式が成立する。即ち、
ｓ_ａ１＝Ｌ_１１×ｓ_ｉ１＋Ｌ_１２×ｓ_ｉ２＋Ｌ_１３×ｓ_ｉ３＋・・・＋Ｌ_１Ｎ×ｓ_ｉＮ

同様に、他のポートにおける実際の信号を与えることができる。行列表現は、式の全集合を組み合わせるための好適な方法である。
Ｓ_ａ＝Ｌ×Ｓ_ｉ
であり、ただし、

必要とされる信号Ｓ_ｉの集合に関する行列式を解くことにより、
Ｓ_ｉ＝Ｌ^−１×Ｓ_ａ
が容易に得られる。ただし、Ｌ^−１は行列Ｌの逆行列である。

図２の実施形態１のような実際の構成では、実際の信号Ｓ_ａの集合は、レーザダイオード２_１〜２_Ｎの異なるレーザ出力パワー、光ファイバ１０のファイバ散乱係数、及び方向性カプラ８の結合比等の幾つかの要因に依存する。さらに、多重分離装置の漏れ係数Ｌ_ｐｗは温度に依存する可能性がある。従って、Ｓ_ｉとＳ_ａとの間の関係を求めるために、多波長測定の前に自動較正ステップが企てられる。それは、次の態様で実現されることができ、この場合、高速信号波長測定を各波長λ_Ｗごとに行い、ポートｐ（ｐ＝１・・・Ｎ）で取得された各信号Ｓ_ａを用いて、常に１に設定されるＬ_ｐｐを基準にして漏れ係数Ｌ_ｐｗを計算する。コンマ何秒しかかからないＮ個の単一波長測定の後、行列Ｌがわかり、行列Ｌ^−１を計算することができる。較正期間中、光学部品１０はカプラ８に接続されず、その代りにカプラ８の開放コネクタの反射を較正目的に使用する。代案として、カプラ８の開放コネクタへミラーを接続してもよい。較正後、多波長測定を実行して、理想的信号Ｓ_ｉを計算することができる。

従来技術の前述したＯＴＤＲ構成の一部を示す概略図である。 本発明の一実施形態を示す図である。 多重分離装置の異なるポート間の不完全分離によって生じる可能性のあるクロストーク問題を示す図である。

Claims (15)

1. 光学部品（１０）の光学的特性の測定に関する方法であって、
   ａ：第１の光信号（３_１）を前記光学部品（１０）へ結合するステップと、
   ｂ：前記光学部品（１０）により反射され、及び／又は後方散乱された少なくとも一つの第１の光信号（１２）を検出するステップと、
   ｃ：前記検出された光信号（１２）を用いて、前記第１の光信号（３_１）が送信と検出との間を移動した距離を算出するステップと、及び
   ｄ：少なくとも第２の光信号（３_Ｎ）についてステップａ〜ｃを並行して実行するステップとからなる、方法。
2. 前記第１の光信号（３_１）が第１の規定された波長（λ_１）を有し、及び
   前記少なくとも第２の光信号（３_Ｎ）が、前記第１の規定された波長（λ_１）とは異なる第２の規定された波長（λ_２）を有する、請求項１に記載の方法。
3. 各光信号（６）の前記光学部品（１０）への結合と各光信号（１２）の検出との間の時間を測定することにより、各光信号（６）が移動した距離を算出するステップをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. ｅ：ステップａ〜ｄを少なくとももう一度実行するステップと、及び
   ｆ：ステップｅの各サイクルの前記検出された光信号（１２）を足して、前記検出された光信号（１２）の信号強度を高めるステップとをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記第１と前記少なくとも第２の光信号（３_１，３_Ｎ）を前記光学部品（１０）へ結合する前に、前記第１の光信号（３_１）に少なくとも前記第２の光信号（３_Ｎ）を多重化して多重化光信号（６）とするステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記光学部品（１０）からの結合された前記光信号（１２）を、それらの検出前に多重分離するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記検出された光信号（１２）が前記光学部品（１０）への結合とそれらの検出との間で移動した距離を算出する際に、前記光信号（１２）間のクロストークを考慮するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. ステップａ〜ｄを実行する前に前記多重分離を較正することにより、クロストークを考慮するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記光信号（３ａ，３ｂ）に使用されるべき波長（λ_１，・・・，λ_Ｎ）の集合について、
   規定された較正波長を有する光較正信号を複数のＮ個のポートへ多重分離するステップであって、Ｎが自然数である、ステップと、及び
   少なくとも別のポートへの前記光較正信号の漏れを検出するステップとを反復することによって、前記多重分離を較正するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. 単一の特徴を用いて光信号（３_１）を符号化するステップと、及び
    前記単一の特徴を検出することにより前記光信号（１２）を検出するステップとを含む、好適には請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学部品（１０）の光学的特性の測定に関する方法。
11. コンピュータ等のデータ処理システムで動作させる際に請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行するための、好適にはデータ媒体に格納されたソフトウェアプログラム又は製品。
12. 被試験光学部品（１０）の光学的特性を測定するための装置であって、
    複数の光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）を前記光学部品へ結合するためのカプラ（８）と、
    前記光学部品（１０）によって反射され、及び／又は後方散乱された少なくとも一つの光信号（１２）を検出するための検出器（１８_１，・・・，１８_Ｎ）と、及び
    前記少なくとも一つの検出された光信号（１６_１，・・・，１６_Ｎ）を用いて、前記光学部品（１０）における前記少なくとも一つの光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）の結合と前記少なくとも一つの光信号（１６_１，・・・，１６_Ｎ）の検出との間で前記少なくとも一つの検出された光信号が移動した距離を算出するための算出装置（２２）とを備える、装置。
13. 前記少なくとも一つの光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）用の光源（２_１，・・・，２Ｎ）と前記カプラ（８）との間にあって、前記少なくとも一つの光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）に他の光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）を、それらを前記カプラ（８）の助けを借りて前記光学部品（１０）へ結合する前に多重化するための多重化装置をさらに含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記カプラ（８）によって前記光学部品（１０）から結合された前記光信号（１６_１，・・・，１６_Ｎ）を、それらを前記少なくとも一つの検出器（１８_１，・・・，１８_Ｎ）でもって検出する前に多重分離するための多重分離装置をさらに含む、請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 前記光信号（３_１，・・・，３_Ｎ）に使用されるべき波長（λ_１，・・・，λ_Ｎ）の集合について、
    規定された較正波長を有する光較正信号を複数のＮ個のポートへ多重分離するステップであって、Ｎが自然数である、ステップと、及び
    少なくとも別のポートへの前記光較正信号の漏れを検出するステップとを反復することにより、前記多重分離装置（１４）を較正するための較正装置をさらに含む、請求項１２又は１４に記載の装置。
    

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