JP2007024881A - 部分応答を時間調整する光反射測定解析 - Google Patents
部分応答を時間調整する光反射測定解析 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 DUTの物理的特性の改善された測定を提供する光反射測定システムを提供すること。
【解決手段】プローブ信号(S)が前記DUT(3)に送出されるのに応答して該DUT(3)から戻る光散乱信号(R)を受信し、該散乱信号(R)から第1の応答信号(R1)及び第2の応答信号(R2)を波長に応じて分離する光セレクタと、第1の応答信号(R1)の第1の電力応答(P1)及び第2の応答信号(R2)の第2の電力応答(P2)を判断する光検出器(12)と、第1の応答信号(R1)と第2の応答信号(R2)との間の群速度差を補償するために、第1の電力応答(P1)及び第2の電力応答(P2)を互いに対して時間調整し、該時間調整済みの電力応答(P1’、P2)に基づいて物理的特性(T)を求めるようになっているアナライザ(13)とを備える、被試験デバイスの特性を測定するための光反射測定システム。
【選択図】図1
Description
本発明は、光反射測定によって被試験デバイスの物理的特性を求めることに関する。
光学的な被試験デバイス(DUT)、たとえば光ファイバの光学的特性を測定するために、いわゆる光時間領域反射測定(OTDR)又は光周波数領域反射測定(OFDR)を用いることが知られている。その目的を果たすために、光信号がDUTに結合され、その光信号はDUTに沿って進行し、たとえば、光ファイバに沿ったシリカ構造の不均一性に起因して(レーリ散乱)、又は光信号と光学フォノンとの相互作用に起因して(ラマン散乱)、若しくは光信号と音響フォノンとの相互作用に起因して(ブリュアン散乱)、DUTによって部分的に散乱される。散乱光のうちの或る量はDUT入力に戻るように進行する。この戻り光の電力が測定され、評価される。
さらに、光ファイバの物理的特性を求めるために、光ファイバから後方散乱される光の種々のスペクトル成分を分離すること、及びこれらの成分を関連付けることが知られている。異なる波長で戻る既知の散乱信号は、いわゆるラマン散乱である。ラマン散乱を測定することによって光ファイバに沿った温度分布を測定するための構成が、たとえば、特許文献1に記述される。関連する技法の背景については、たとえば、非特許文献1に記述される。
米国特許第5,618,108号
J. シーニア(Senior)著「Optical Fiber Communications」(Prentice Hall, 1992, pages 91-96)
本発明の目的は、DUTの物理的特性の改善された測定を提供することである。その目的は、独立請求項によって果たされる。さらに多くの実施形態が従属請求項によって示される。
本発明の一実施の形態によれば、プローブ信号がDUTに送出されるのに応答してDUTから戻る光散乱信号が受信され、その波長に基づいて、第1の応答信号及び第2の応答信号に分離される。光信号を電気信号に変換することにより、経時的な第1の電力情報又は応答及び経時的な第2の電力情報又は応答が、それぞれ第1の応答信号及び第2の応答信号から測定される。
時間領域信号を求めるために、種々の方法がある。第1の方法は、光時間領域反射測定(OTDR)としても知られており、信号を時間領域において直に測定する。光周波数領域反射測定(OFDR)としても知られている、さらに別の方法は周波数変調信号を利用し、反射強度を記録しながら、その周波数が掃引される。この強度対周波数信号は、フーリエ変換を用いて時間領域に変換される。変換された後に得られた情報は、時間領域法と同じであり、本明細書に記載される任意の訂正及び計算をさらに用いることができる。
DUTの光学材料において色分散が生じる結果として、その材料の中を進行する光信号の種々のスペクトル成分の光の速度に大きな差が生じる。したがって、1つの信号上にある異なるスペクトル部分の群速度は異なることになる。
第1の応答信号及び第2の応答信号が異なる周波数(又は波長)スペクトルを有するので、色分散挙動を示すDUTの中を進行するときに、両方の信号は異なる群速度を有するであろう。したがって、同時に送出されるときに、たとえば、異なる周波数スペクトルを有する2つの光パルスの中心が異なる時刻に到着することになる。経時的な第1の電力応答及び第2の電力応答を互いに関連付けるために、経時的な第1の電力応答信号及び経時的な第2の電力応答信号は、DUTの第1の応答信号と第2の応答信号との間の群速度差を補償するために互いに時間調整される。DUTの物理的特性は、時間調整された電力応答に基づいて求められる。
さらに別の実施の形態では、アナライザが、経時的な第1の電力応答の時間スケールを時間スケール変換係数によって伸長又は圧縮することにより、経時的な調整済みの第1の電力応答を決定するようになっている。時間スケール変換係数は、DUTの既知の特性、又は反射測定、たとえば第1の電力応答及び第2の電力応答、のいずれかに基づいて求めることができる。したがって、第1の実現可能な方法は、DUTの分散係数、及び第1の応答信号の波長スペクトルの第1の中心波長λ1と第2の応答信号の波長スペクトルの第2の中心波長λ2との間の波長差に基づいて変換係数を求めることである。
時間スケール変換係数を求めるためのさらに別の実現可能な方法は、DUTの中の、第1の応答信号の第1の進行時間と、第2の応答信号の第2の進行時間との比を計算することである。それゆえ、時間差(Δt)は、経時的な第1の応答信号の第1のエッジ又はピークと経時的な第2の応答信号の第2の応答エッジ又はピークとを時間的に関連付けることによって求めることができ、両方のエッジ又はピークは、DUTの区別可能な場所、たとえばDUTのスプライス又は遠端に関連付けられる。
一実施の形態では、物理的特性はDUTに沿った温度プロファイルである。それゆえ、いわゆるラマン散乱が、応答信号の一方としていわゆるアンチストークス部分を、他方の応答信号としていわゆるストークス部分を選択することによって評価される。
一実施の形態では、DUTの長さにわたる温度プロファイルが、ストークス信号及びアンチストークス信号の群速度の比を変換係数として用いて、経時的な依存性を変更することにより求められる。
さらに別の実施の形態では、アナライザは、等間隔の時刻において連続した電力応答をサンプリングすることにより、時間的に離散した電力応答信号を求める。第1の電力応答の電力値が、時間調整後に、線形にシフトされるとき、それらは、サンプリングによって構成される時間グリッドに合わない。それゆえ、補間アルゴリズム、たとえば線形補間、多項式補間、又はいわゆるスプライン補間を適用することによって、第1の時間的に離散した電力応答のサンプリングされた電力値から、新たな1組の離散した電力値が求められ、補間された値が第2の電力応答の時間グリッドに合うようにする。
さらに別の実施の形態では、光源、セレクタ、検出器及びアナライザを制御し、調整するための制御ユニットが提供される。
さらに別の実施の形態では、制御ユニットは、刺激信号がデジタル系列に基づく複数の光パルスを含むように光源を変調する。デジタル系列には、いわゆる擬似雑音系列、1組のいわゆるゴーレイ符号、又は自己相関後に結果として、複数の小さなサイドローブパルスを有する単一のパルスを生成する任意の系列を用いることができる。結果として生成される電力応答を決定するために、アナライザは、プローブ信号の電力と、両方の電力応答それぞれとの相関関数を実行することができる。この相関は、デジタル系列と、サンプリングされた電力値の系列とのデジタル形式の畳み込みによって実行することができる。
そのような相関法の利点は、DUT応答が、単一パルスの応答に比べて、空間分解能を下げることなく、著しく多くのエネルギーを含む(パルス系列のパルスの数による)ことである。
本発明の実施の形態は1つ又は複数の適当なソフトウエアプログラムによって部分的に、又は完全に具現又は対応することができ、それらのソフトウエアプログラムは任意の種類のデータキャリア上に格納することができ、又は、任意の種類のデータキャリアによって別な方法で提供され、またそれらのソフトウエアプログラムは、任意の適当なデータ処理ユニット内で、又はデータ処理ユニットによって実行されることができる。ソフトウエアプログラム又はルーチンは、光反射測定システムのアナライザによって、又は制御ユニットによって用いられることが好ましい。
本発明の実施の形態の他の目的及び付随する利点の多くは、添付の図面(複数可)とともに、以下に記載される、さらに別の実施の形態のより詳細な説明を参照することにより、容易に評価され、より深く理解されるようになるであろう。概ね、又は機能的に同じ、又は類似の特徴は、同じ参照符号(複数可)によって参照されるであろう。
以下の例では、OTDRの応用形態のみが記述される。しかしながら、上記のように、本発明はOTDRには限定されず、OTDR又はOFDRのような全ての反射測定法に当てはまる。
図1は、OTDRシステム1、光源2及び光学的な被試験デバイス(DUT)3を示す。OTDRシステム1は、光カプラ10と、光セレクタ又はスプリッタ11と、光検出器12と、解析ユニット13と、制御ユニット14とを備える。光カプラ10は、光源2、DUT3及び光スプリッタ11を互いに光学的に接続し、光源2から放射される刺激プローブ信号SがDUT3に供給され、DUT3から戻る応答Rが光セレクタ11に供給されるようにする。
光セレクタ11は、応答信号Rの第1のスペクトル部分及び第2のスペクトル部分を選択し、第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2を対応して生成し、これらの信号R1及びR2を光検出器12に供給する。光検出器は、応答信号R1及びR2の光電変換を実行し、経時的な第1の電力応答P1、及び経時的な第2の電力応答P2を生成し、これらの信号をアナライザ13に供給する。
アナライザ13は、好ましくは、電力応答P1又はP2のうちの一方の時間スケールを時間スケール変換係数CFによって伸長又は圧縮することにより、電力応答P1及びP2の時間調整を実行する。したがって、異なるスペクトル部分R1とR2との間の群速度の差がなくなるような変換係数が求められる。
本発明の一実施形態では、アナライザ13は、DUT3の長さl、及びDUT3の材料及び幾何学的構造による拡散係数Dと、第1の応答信号R1の波長スペクトルの第1の中心波長λ1と第2の応答信号R2の波長スペクトルの第2の中心波長λ2との間の波長差Δλとに基づいて、以下の式によって変換係数CFを求める。
Δt=D*L*Δλ
ただし、Dは、ピコ秒/(ナノメートル*キロメートル)単位の拡散係数であり、
Lは、キロメートル単位のDUTの物理的な長さであり、
Δλは、上記のようなナノメートル単位の波長差Δλであり、
Δtは、両方のスペクトル部分間のピコ秒単位の進行時間差である。
ただし、Dは、ピコ秒/(ナノメートル*キロメートル)単位の拡散係数であり、
Lは、キロメートル単位のDUTの物理的な長さであり、
Δλは、上記のようなナノメートル単位の波長差Δλであり、
Δtは、両方のスペクトル部分間のピコ秒単位の進行時間差である。
一例として、第1の電力応答の時間スケールを変更することにより、第1の電力応答P1が第2の電力応答に合わせられる。別法では、第2の電力応答が第1の電力応答に合わせられるか、又は両方の電力応答を第3の基準値に合わせることができる。
第1の電力応答P1の時間スケールを第2の電力応答P2に合わせるための変換係数CFは以下のとおりである。
CF=t1/t2=(t2−Δt)/t2
ただし、t1は第1のスペクトル部分R1の進行時間であり、t2は第2のスペクトル部分R2の進行時間である。
ただし、t1は第1のスペクトル部分R1の進行時間であり、t2は第2のスペクトル部分R2の進行時間である。
時間調整された第1の電力応答P1’は、以下のように表すことができる。
P1’(t)=P1(t/CF)
1064nmにおける−34.9ps/nm/kmの一般的な色分散、100nmのスペクトルのスペクトル幅、及び4kmのファイバ長を有するマルチモードファイバ(たとえば、Corning(商標)InfiniCor(商標)50μm)の場合、時間遅延は−13.9ns(一方向)になり、1.479の実効群屈折率の場合の変換係数は、1.0004になる。4kmの例示的な距離の場合、この結果として、1.6mの空間シフトが生じる。
1064nmにおける−34.9ps/nm/kmの一般的な色分散、100nmのスペクトルのスペクトル幅、及び4kmのファイバ長を有するマルチモードファイバ(たとえば、Corning(商標)InfiniCor(商標)50μm)の場合、時間遅延は−13.9ns(一方向)になり、1.479の実効群屈折率の場合の変換係数は、1.0004になる。4kmの例示的な距離の場合、この結果として、1.6mの空間シフトが生じる。
代替の実施形態では、DUT3の両方の応答信号R1、R2の進行時間t1及びt2が、OTDRによって直接的に測定される。直接的に測定することは、OTDR応答内の有意なイベントを特定し、それらのイベントをDUT3の特定の場所に関連付けること、たとえば、DUT3の開放端に関連するOTDRエッジを特定すること、又はDUT3の減衰に影響を及ぼすスプライス、コネクタ、ミラー端又は任意の他の局在するイベントに関連するOTDRピークを特定(determine)することによって果たすことができる。
制御ユニット14は、対応する制御信号C1〜C4によって、光源2、光セレクタ11、検出器12及びアナライザ13を制御する。
光源2によって、好ましくは出力電力が高いレーザダイオードによって生成されるプローブ信号Sは、送信波長λTにおいて狭帯域の信号であることが好ましい。
散乱、たとえばレーリ散乱、フレネル反射、ラマン散乱又はブリュアン散乱の影響によって、前方に進行する光の一部が、DUT3から、最終的に波長がシフトした状態で測定システム1に戻る。ラマン後方散乱信号及びブリュアン後方散乱信号が、送信波長λTとは異なる波長のアンチストークス光及びストークス光の戻り光から構成されるのに対して、フレネル反射又はレーリ信号は、送信波長λTを戻す。
一実施形態では、物理的特性は、DUT、たとえば穿孔に沿って設置される光ファイバに沿った温度プロファイルである。ラマンアンチストークス光がDUTの温度変化を受けるとき、ラマン散乱は、応答信号の一方としていわゆるアンチストークス部分を、他方の応答信号としていわゆるストークス部分を選択することによって評価される。一例であり、限定はしないが、以下の説明では、第1の応答信号R1がアンチストークス部分と見なされ、第2の応答信号R2がストークス部分と見なされるであろう。
図7は、波長λにわたる第1の応答信号R1(アンチストークス信号)及び第2の応答信号R2(ストークス信号)の強度Iを表す例示的な略図を示す。さらに、送信波長λT、第1の中心波長λ1及び第2の中心波長λ2が波長軸において示される。
1つの実現可能な実施形態では、送信波長λTは約1064nmであり、アンチストークス信号の第1の中心波長λ1は約1014nmであり、ストークス信号の第2の中心波長λ2は約1114nmである。したがって、第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2を選択するために、対応する各バンドパスフィルタが、第1の中心波長λ1及び第2の中心波長λ2をそれぞれ中心にして約100nmの範囲を有することができる。
一実施形態では、光セレクタ11は、検出器ユニット12に対して同時に、第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2の両方を与える。このユニット12は、第1の電力応答P1及び第2の電力応答P2をそれぞれ検出するための2つの個別の検出器素子を備えることができる。
別法では、第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2は1つの検出器素子12に順次に与えられる。それゆえ、制御ユニット14が、第1のステップにおいて、光源2に第1のプローブ信号をDUT3に与えるように指示し、セレクタ11に第1の応答信号R1を選択するように指示する。第2のステップでは、光源2は第2のプローブ信号を与えるように指示され、セレクタ11は第2の応答信号R2を選択するように指示される。セレクタ11内で選択を切り替えることは、選択された応答信号R1又はR2の一方が択一的に検出器12から遮断されるように光シャッタを動かすことによって実行することができる。光シャッタによって種々のスペクトル成分を検出することに関するさらに細かい事柄は、同じ出願人の欧州特許出願第05105036.7号に開示される。
プローブ信号S1として、振幅変調された光信号、単一のパルス又は一連のパルスを用いることができる。
ラマン信号レベルが低い場合、一般的な平均化過程では、許容可能な時間枠内で十分な信号対雑音比(SNR)が達成されない可能性がある。それゆえ、単一のパルスを用いる代わりに、符号相関技法を用いて、信号強度、それゆえSNRが大幅に改善される。
相関手順に、プローブ用系列として擬似ランダム符号が推奨されることが多いが、自己相関結果においてサイドローブが残るために、試験装置において、その有用性が制限される。これに対して、相補符号、特にゴーレイ符号では、少なくとも理想的な条件下で、その個々の自己相関結果の和の中にサイドローブが現われない。光ファイバからの反射測定によって得られるラマン散乱信号は、その特性がかなり均質であるがゆえに、そのような相関技法に非常に適している。
そのような相関技法を用いるとき、光源2は、特有の所定のデジタル系列によって変調される。応答信号R1及びR2は、DUTからの複数の対応する、シフトされたインパルス応答の重なりから構成される。結果として生成されるインパルス応答とともに、結果として生成される電力応答P1及びP2を求めるために、解析用回路13が、各刺激信号と、受信される部分応答との間の相関をとることができる。この相関の結果として、電力応答P1及びP2対時間が求められる。別法では、この相関は、両方の部分応答をサンプリングし、サンプリングされた系列と所定のデジタル信号とをデジタル形式で畳み込むことによって、デジタル時間領域において実行することができる。
デジタル擬似ランダム符号の自己相関関数は、0シフトにおける最大値と、残留のサイドローブとを示す。したがって、サイドローブを無視するとき、プローブ信号SとDUT3からの応答信号との相関は、DUT3のインパルス応答を表す。別法では、いわゆるゴーレイ符号のような相補符号を用いることができる。そのような符号は、サイドローブが相殺されるという利点を有する。OTDRの応用形態においてインパルス系列を適用することに関するさらに多くの情報が、同じ出願人の国際特許出願PCT/EP2004/052670において記述される。
以下に説明される図2〜図5では、光ファイバに沿った温度プロファイルTの測定が説明されるであろう。この例では、DUT3は、遠端が開放されている光ファイバである。
図2は、時間tにわたる対数スケールの電力P[dB]として、例示的な第1の電力応答P1及び例示的な第2の電力応答P2を表す略図を示す。
一例として、さらにアンチストークス信号とも呼ばれる、第1の電力応答P1は、アンチストークス散乱の電力を表し、さらにストークス信号とも呼ばれる、第2の電力信号P2は、ストークス散乱の電力を表す。
光導波路の屈折率は、進行する光信号の波長とともに変化する。この結果として、群遅延は波長に依存するようになる。ただし、群遅延は、波長に依存する相対的な速度変動である。
こうして、群速度とも呼ばれる、光信号の伝搬速度は、光信号の周波数スペクトルの波長に依存する。
一例として、光ファイバは、遠端とOTDRシステム1に接続される近端との間の中間のいずれかの場所においてスプライスを有する。第1の応答信号及び第2の応答信号の群速度が異なることに起因して、第1の電力応答P1は、時刻tp1における第1のピークPk1を示し、第2の電力応答P2は、時刻tp1とは異なる第1の時刻tp2における第1のピークPk2を示す。プローブ信号Sはこのスプライスにおいて弱められるので、電力応答P1及びP2は、さらに進む際に、対応する電力低下を示す。ファイバの遠端において、入射プローブ信号Sがファイバを出て、結果として、第1の(ファイバ)進行時刻t1において第1の電力応答P1の第1のエッジE1が、第2の(ファイバ)進行時刻t2において第2のエッジE2が生成される。
別法では、開放されている遠端の代わりに、ファイバ遠端にミラーを配設することができる。この場合、エッジE1及びE2の代わりに、2つのピークが生じることになり、二次の散乱信号が、時間的にこれらのピークに続くであろう。
ファイバに沿った温度を求めるために、第1の電力応答及び第2の電力応答が互いに関連付けられる。しかしながら、速度差に起因して、単一の場所において生じるイベントが、両方の応答の場合に異なる時刻において生じる。こうして、ピーク及び/又は劣化に繋がる任意のイベントによって、測定誤差が生じるであろう。さらに、温度プロファイルの空間分解能は、相対的な進行時間差に制限される。
この不確定性をなくすために、図3は、図2による、時間tにわたる対数スケールにおける電力P[dB]として、調整済みの第1の電力応答P1’及び第2の電力応答P2を表す略図を示す。調整済みの第1の電力応答P1’は、時間スケールを時間スケール変換係数CFによって伸長することによって、第1の電力応答P1から導出される。上記の説明によれば、変換係数CFは、第1の端部時刻t1と第2の端部時刻t2との間の比に相当する(CF=t1/t2)。この調整によって、さらに、この時点で、第1のピークをシフトしたものPk1’が第2のピークPk2と一致するようになる。
通常は、光学材料の群速度だけでなく、減衰も波長に依存している。一例として、アンチストークス信号P1の減衰は、ストークス信号の減衰よりも大きくなるものと考えられる。正確な結果を得るために、この減衰差も考慮することができる。
それゆえ、図4に示される図では、図3の電力応答P1’及びP2が、各応答波長λ1及びλ2においてそれぞれ、ファイバ減衰によって線形に正規化される。すなわち、第1の正規化されたインパルス応答信号P1Nは、長さlにわたって第1の線形関数と乗算された時間調整済みの第1のインパルス応答信号P1’に相当し、その場合にその関数の勾配は第1の応答波長λ1における減衰に対応し、また第2の正規化されたインパルス応答信号P2Nは、長さlにわたって第2の線形関数と乗算された第2の電力応答P2に相当し、その場合にその関数の勾配は第2の応答波長λ2における減衰に対応する。
インパルス応答信号の信号電力の比は以下のように表すことができる。
P2N/P1N=e−h・Δv/k・T
ただし、hはプランク定数であり、Δv=c(1/λT−1/(λT−Δλ))であり、この場合にcは光速であり、kはボルツマン定数であり、λTはプローブ信号の波長であり、Δλ=λ2−λ1は波長差であり、Tは温度である。
ただし、hはプランク定数であり、Δv=c(1/λT−1/(λT−Δλ))であり、この場合にcは光速であり、kはボルツマン定数であり、λTはプローブ信号の波長であり、Δλ=λ2−λ1は波長差であり、Tは温度である。
両辺の自然対数をとった後に、以下の結果が得られる。
log(P2N/P1N)=logP2N−logP1N=−h・Δv/k・T
それゆえ、第1の正規化された電力応答P1Nと第2の電力応答P2Nとの間の対数の差は温度の逆数に比例する(〜1/T)。
それゆえ、第1の正規化された電力応答P1Nと第2の電力応答P2Nとの間の対数の差は温度の逆数に比例する(〜1/T)。
ファイバの減衰は、波長にわたるファイバ減衰を表すデータシートから導出することができるか、又は測定そのものから導出することができる。
図5は、ファイバ長lにわたる温度Tの関数としての、図4から導出される温度分布曲線を含む図を示す。図3に関して説明されたように、正規化されたインパルス応答信号間の距離は、温度の逆数に比例する。温度がファイバ全体にわたって一定であるものと仮定される本明細書に記載される簡単な例の場合と同様に、図4の両方の正規化された応答間の距離は時間tにわたって一定であり、それゆえ、ここに示される温度曲線T(l)もファイバの長さにわたって一定である。経時的な曲線(たとえば、第1の正規化された電力応答P1及び第2の正規化された電力応答P2)を、場所にわたる曲線に変換するために、時間/場所変換係数TLFとして、第2の群速度が用いられる。その係数は、第2の進行時間t2と、既知のファイバ長LDUTとの間の比を求めることによって導出することができる。
TLF=LDUT/t2
P1N(l)=P1N(t*TLF)
P2N(l)=P2N(t*TLF)
連続した電力応答P1及びP2を求めることに対する代替形態では、アナライザ13が、異なる等間隔の時刻における第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2の両方の電力値を得る。それゆえ、図6aは、第1の電力応答P1及び第2の電力応答P2を有する図2の例示的な部分を示す。図6aはさらに、第1の電力応答P1の第1の例示的な1組の電力値P11、P12、P13、P14と、第2の電力応答P2の第2の例示的な1組の電力値P21、P22、P23、P24とを示しており、それらの値は等間隔の時刻T0、T1、T2、T3、T4において得られる。
P1N(l)=P1N(t*TLF)
P2N(l)=P2N(t*TLF)
連続した電力応答P1及びP2を求めることに対する代替形態では、アナライザ13が、異なる等間隔の時刻における第1の応答信号R1及び第2の応答信号R2の両方の電力値を得る。それゆえ、図6aは、第1の電力応答P1及び第2の電力応答P2を有する図2の例示的な部分を示す。図6aはさらに、第1の電力応答P1の第1の例示的な1組の電力値P11、P12、P13、P14と、第2の電力応答P2の第2の例示的な1組の電力値P21、P22、P23、P24とを示しており、それらの値は等間隔の時刻T0、T1、T2、T3、T4において得られる。
図6bは、時間調整済みの第1の電力応答P1及び第2の電力応答P2を有する図3の例示的な部分を示す。図6aによれば、さらに、第1の電力応答P1の第1の例示的な1組の電力値P11、P12、P13、P14、及び第2の電力応答P2の第2の例示的な1組の電力値P21、P22、P23、P24が示される。しかしながら、時間調整済みの第1の電力応答P1’の時間スケールが変化しているので、第1の1組の値の中の値が、第1の1組の値の時間グリッドに一致しない。離散的な電力応答を処理して、対応する離散的な結果(たとえば、離散的な地点における温度関数)を得ることができるようにするために、補間を実行して、第1の1組の値P11、P12、P13、P14が1組の適合した、すなわち補間された値P11’、P12’、P13’、P14’に変換される。ここで、物理的特性(たとえば温度)を、適合した一連の第1の電力値(P11’、P12’、P13’、P14’)及び第2の一連の電力値(P21、P22、P23、P24)から導出される一連の値として求めることができる。一例として、時刻Tiにおける温度Tは以下のように表すことができる。
T(i)=f(P1i’,P2i)
ただし、iは0〜n=t2/(T1−T0)のうちの任意の数である。
ただし、iは0〜n=t2/(T1−T0)のうちの任意の数である。
第1の1組の値P11、P12、P13、P14から補間された値P11’、P12’、P13’、P14’を導出するために、たとえば、線形補間、2次補間、又は区分的3次多項式から構成される、いわゆる3次スプライン補間等の複数の補間法が知られている。
1 OTDRシステム
2 光源
3 被試験デバイス(DUT)
10 光カプラ
11 光セレクタ、スプリッタ
12 光検出器
13 解析ユニット、アナライザ
14 制御ユニット
2 光源
3 被試験デバイス(DUT)
10 光カプラ
11 光セレクタ、スプリッタ
12 光検出器
13 解析ユニット、アナライザ
14 制御ユニット
Claims (11)
- 被試験デバイス(DUT)の特性(T)を測定するための光反射測定システムであって、
プローブ信号(S)が前記DUTに送出されるのに応答して該DUTから戻る光散乱信号(R)を受信する光セレクタであって、該散乱信号(R)から第1の応答信号(R1)及び第2の応答信号(R2)を波長に応じて分離する、光セレクタと、
前記第1の応答信号(R1)の第1の電力応答(P1)及び前記第2の応答信号(R2)の第2の電力応答(P2)を判断する光検出器と、
前記第1の応答信号(R1)と前記第2の応答信号(R2)との間の群速度差を補償するために、前記第1の電力応答(P1)及び前記第2の電力応答(P2)を互いに対して時間調整し、該時間調整済みの電力応答(P1’、P2)に基づいて物理的特性(T)を決定するアナライザとを備える、被試験デバイスの特性を測定するための光反射測定システム。 - 前記アナライザは、前記第1の電力応答(P1)の時間スケールを時間スケール変換係数(CF)によって伸長又は圧縮することにより、調整済みの第1の電力応答(P1’)を決定する、請求項1に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記アナライザは、前記DUTの長さ(l)及び分散特性(D)と、前記第1の応答信号(R1)の波長スペクトルの第1の中心波長(λ1)と前記第2の応答信号(R2)の波長スペクトルの第2の中心波長(λ2)との間の波長差(Δλ)とに基づいて、前記時間スケール変換係数(CF)を決定する、請求項2に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記アナライザは、前記DUTの区別可能な場所への前記第1の応答信号(R1)及び前記第2の応答信号(R2)の進行時間値(t1、t2)を測定するとともに、前記時間スケール変換係数(CF)を該進行時間値の比として決定する、請求項2又は3に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記アナライザは、前記第1の電力応答(P1)の第1のエッジ又はピーク(E1)及び前記第2の電力応答(P2)の第2の応答エッジ又はピーク(E2)を時間的に関連付けることによって、時間差(Δt)を決定し、前記エッジ又は前記ピーク(E1、E2)はいずれも前記DUTの前記区別可能な場所に関連付けられる、請求項4に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記第1の応答信号(R1)は、第1の応答波長(λ1)において中心波長を有するアンチストークス信号、及び第2の応答波長(λ2)において中心波長を有するストークス信号のうちの一方であり、前記第2の応答信号(R2)は、前記ストークス信号及び前記アンチストークス信号のうちの他方である、請求項1ないし5のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記物理的特性(T)は前記DUTに沿った温度プロファイルであり、前記アナライザは、前記第2の応答信号(R2)の前記群速度を変換係数として用いて、前記調整済みの第1の電力応答(P1’)及び前記第2の電力応答(P2)の比を求めるとともに、該比の経時的な依存性を、前記DUTに沿った場所にわたる依存性に変更することにより、前記温度プロファイルを導出するようになっている、請求項6に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 前記アナライザは、前記第1の電力応答(P1)及び前記第2の電力応答(P2)をサンプリングし、第1の一連の電力値(P11、P12、P13、P14)に補間を適用することによって、適合した一連の第1の電力値(P11’、P12’、P13’、P14’)を導出し、さらに、該適合した一連の第1の電力値(P11’、P12’、P13’、P14’)及び第2の一連の電力値(P21、P22、P23、P24)から導出される一連の値として前記特性(T)を決定することにより、前記第1の一連の電力値(P11、P12、P13、P14)及び前記第2の一連の電力値(P21、P22、P23、P24)を決定する、請求項2ないし7のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 刺激信号(S)がデジタル系列による複数の光パルスを含むように、光源を制御するようになっている制御ユニットをさらに備え、前記アナライザは、前記第1の電力応答(P1)及び前記第2の電力応答(P2)をそれぞれ前記デジタル系列と畳み込みを行う、請求項1ないし8のいずれか一項に記載の被試験デバイスの特性を測定するためのシステム。
- 被試験デバイス(DUT)の物理的特性(T)を求める方法であって、
プローブ信号(S)が前記DUTに送出されるのに応答して、該DUTから戻る光散乱信号を受信すること、
該散乱信号から第1の応答信号(R1)及び第2の応答信号(R2)を波長に応じて分離すること、
前記第1の応答信号(R1)の第1の電力応答(P1)及び前記第2の応答信号(R2)の第2の電力応答(P2)を求めること、
前記第1の電力応答(P1)と前記第2の電力応答(P2)との間の群速度差を補償するために、前記第1の電力応答(P1)及び前記第2の電力応答(P2)を互いに対して時間調整することと、
前記時間調整済みの電力応答(P1’、P2)に基づいて前記物理的特性(T)を求めることを含む、被試験デバイスの物理的特性を求める方法。 - 記憶デバイス上に格納されることが好ましく、光反射測定システムのデータ処理ユニットにおいて実行されるときに請求項10の方法の実行を制御するためのソフトウエアプログラム又は製品。
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