JP2011013136A - 光パルス試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光パルス試験の最中に、試験対象の光ファイバ線路を伝送する通信光等の外乱光のレベル監視を定常的に行い、測定誤りを防ぎ、光通信器の故障させないようにする。
【解決手段】パルス光源２１から光パルスＰｏを光ファイバ線路１に出射してから第１期間の間に第１のカプラ２２に戻ってくる光を第２のカプラ２３に入射させ、その第２のカプラ２３から高い透過率で出射する第１の光成分Ｐｂを特性算出手段３１へ入射して光ファイバ線路１の特性検出に必要な処理を行う。また第１期間が経過してから次の光パルス出射までの第２期間に、第２のカプラ２３から低い透過率で出射される第２の光成分Ｐｃを強度検出手段３２に入射してその強度Ｗｘを検出し、比較手段３３で基準値Ｗｒと比較する。制御手段３５は、この比較結果に基づいて光パルス試験に必要な光パルスの出射と特性算出処理の中断、再開の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、光パルスを光ファイバ線路へ入射し、その光パルスに対する光ファイバ線路からの戻り光の時間経過に対するレベルを検出して、光ファイバ線路の伝送特性を把握する光パルス試験装置において、光パルス試験の最中に、試験対象の光ファイバ線路を伝送する通信光等の外乱光のレベル監視を定常的に行え、その外乱光による測定結果の誤りを防ぐことができ、光通信器へのダメージを低減するための技術に関する。

光ファイバ線路の試験を一端側から行うための光パルス試験装置は、基本的に図６に示す構成を有している。

即ち、この光パルス試験装置１０は、パルス光源１１から出射された光パルスＰｏを、カプラ１２を介して試験対象の光ファイバ線路１の一端に入射する。

光ファイバ線路１は、一端側から入射された光パルスを他端側へ伝送するが、その伝送中に発生するレイリー散乱成分（後方散乱光）、ファイバ接続点等で発生するフレネル反射成分、他端側で終端される際に発生する全反射成分を一端側に戻す。

これらの戻り光Ｐａは、光ファイバ線路１の一端側からカプラ１２を介して受光器１３に入射され、その光の強度が検出される（なお、ここで、受光器１３としては、フォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のような受光素子と、その受光素子の出力電流を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器と、その電圧信号を増幅するアンプとが含まれているものとする）。

信号処理部１４は、光パルスＰｏが光ファイバ線路１に入射される毎（この例では信号処理部１４側からタイミング制御している）に受光器１３の出力信号を取込む処理を所定回数（例えば１００回）繰り返してその平均化処理を行い、時間経過に対する受光強度の変化を、光ファイバ線路１の距離と減衰、反射の特性を表す測定波形として、表示器１５の画面に例えば図７のように表示する。

この表示例では３つのピークＡ〜Ｃが示されているが、Ａ、Ｂはファイバ接続点における反射成分（フレネル反射）、Ｃは、他端側の終端部分における反射成分（全反射成分）である。

試験者は、このグラフの傾きから光ファイバ線路１の伝送損失を把握（傾きが急なほど減衰が大きい）し、各ピークの位置からファイバ接続点や終端位置、あるいは断線事故の発生の有無とその位置等を把握することができる。

上記のような光パルス試験装置１０で、実際に敷設済みで通信に用いられている光ファイバ線路を試験する際には、光ファイバ線路を通信光の有無を確認してから光パルス試験を行っている。

この確認は一般的に光ファイバ線路に光パワーメータを接続し、その光パワーメータの測定値により、通信光がないと判断されたとき、あるいは通信光は存在するがそのレベルが低いために光パルス試験に支障がないと判断されたときに、上記光パルス試験を行うようにしている。

なお、光ファイバの障害点探索や損失測定を行う従来の光パルス試験装置は、例えば次の特許文献１に開示されている。

特開２００１−７４５９６号公報

しかしながら、上記のように光パワーメータにより通信光がないと判断した場合やそのレベルが光パルス試験に影響がないレベルと判断して光パルス試験を行っている最中に、通信光の出力が突然大きく変化したり、停止しているはずの通信光が出射されると、試験結果にその通信光の影響が大きく含まれた誤差の大きなものになってしまい、試験者が光ファイバ線路の状態を正しく把握できない。

また、光通信器が通信状態のときには、通信光だけでなく、光パルス試験のために入射した光パルスも光通信器に入射されるため、その光パルスにより光通信器を故障させる恐れもある。

本発明は、この問題を解決し、光パルス試験の最中に、試験対象の光ファイバ線路を伝送する通信光等の外乱光のレベル監視を定常的に行え、その外乱光による測定結果の誤りを防ぐことができ、さらに光通信器を故障させる心配が少ない光パルス試験装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の光パルス試験装置は、
光パルスを所定周期で出射するパルス光源（２１）と、
前記パルス光源から出射された光パルスを受けて試験対象の光ファイバ線路の一端側に入射させ、該試験対象の光ファイバ線路の一端側から出射される入力光を前記パルス光源からの入射光路と異なる光路へ出射させる第１のカプラ（２２）と、
前記入力光を、大きな透過率の第１の光成分と小さな透過率の第２の光成分とに分けて出射する第２のカプラ（２３）と、
前記第１の光成分を受光する第１の受光器（２５）と、
前記第２の光成分を受光する第２の受光器（２６）と、
前記パルス光源から光パルスが出射されてから前記所定周期より短い一定時間が経過するまでの第１期間に、前記第１の受光器から出力される信号を受けて、前記試験対象の光ファイバ線路の特性を求める特性算出手段（３１）と、
前記第１期間が経過した後から次の光パルスが出射されるまでの第２期間に、前記第２の受光器から出力される信号を受けて、前記第２期間に前記第１のカプラに入射した光の強度を検出する強度検出手段（３２）と、
前記強度検出手段で検出された強度と予め設定された基準値とを比較する比較手段（３３）と、
前記比較手段の結果に基づいて、前記パルス光源による光パルスの出射および前記特性算出手段の算出処理の中断、再開の制御を行う制御手段（３５）とを備えている。

また、本発明の請求項２の光パルス試験装置は、請求項１記載の光パルス試験装置において、
前記制御手段は、前記強度検出手段によって検出された強度が前記基準値を超えたことを示す結果が前記比較手段から出力されたとき、アラームを試験者に通知するためアラーム通知処理を行うことを特徴とする。

上記のように、本発明の光パルス試験装置では、光パルスを出射して光ファイバ線路の特性を求めるのに必要な第１期間が経過してから次の光パルス出射までの第２期間に、第２のカプラから低い透過率で出射される第２の光成分の強度を検出し、これと基準値とを比較して、その比較結果に基づいて、光パルス試験に必要な光パルスの出射と特性算出処理を中断、再開の制御が可能となっている。

このため、光パルス試験の最中に突然通信光などの外乱光の強度が大きくなったり、通信が開始されたりしても、その外乱光が第２の光成分として直ちに検知され、その強度に基づいて光パルス試験のための特性算出処理や光パルスの出射の中断、再開が可能となり、誤った測定を行わないように制御することができる。また、光パルスの出射の中断により、光通信器の損傷を最小限にすることができる。

また、試験者に基準値を超える強度の外乱光の存在をアラーム通知するので、試験者はその外乱光の存在を把握することができる。

本発明の実施形態の構成図 実施形態の要部の構成例を示す図 実施形態の処理手順を示すフローチャート 実施形態の動作を説明するためのタイミングチャート図 実施形態の測定結果の表示例を示す図 従来装置の構成図 従来装置の測定結果の一例を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光パルス試験装置２０の構成を示している。

図１において、パルス光源２１は、例えば半導体レーザをパルス駆動する構成を有し、所定周期Ｔで所定強度の光パルスＰｏを出射する。ここで光パルスＰｏの周期Ｔは、その光パルスが試験対象の光ファイバ線路１を往復するのに必要な時間Ｔａより長く設定されている（この光パルスＰｏの出射タイミングの制御は、後述する信号処理部３０によって行われものとするが、パルス光源２１側でコントローラし、そのタイミング情報を信号処理部３０へ与えるようにしてもよい）。

光パルスＰｏは第１のカプラ２２に入力される。第１のカプラ２２は、光パルスＰｏを光ファイバ線路１の一端側に入射させるとともに、その光ファイバ線路１の一端側から出射される入力光Ｐａをパルス光源２１からの入射光路と異なる光路へ出射させる。

第１のカプラ２２から出射された入力光Ｐａは、第２のカプラ２３に入射され、１に近い大きな透過率α（例えばα＝０．９５）の第１の光成分Ｐｂと、０に近い小さな透過率β（例えばβ＝１−α＝０．０５）の第２の光成分Ｐｃとに分けられて出射される。

第１の光成分Ｐｂは第１の受光器２５に入射されてその強度に応じた振幅の信号Ｖｂに変換され、第２の光成分Ｐｃは第２の受光器２６に入射されてその強度に応じた振幅の信号Ｖｃに変換される。

ここで、各受光器２５、２６は、図２に示すように、フォトダイオード等の受光素子２５ａ、２６ａ、その受光素子の受光電流の変化を電圧変化に変換するＩ／Ｖ変換器２５ｂ、２６ｂおよび増幅器２５ｃ、２６ｃで構成されるが、この実施形態では、大きな透過率αで分岐された第１の光成分Ｐｂを受ける第１の受光器２５の受光素子２５ａとしては、距離の長い光ファイバ線路１の遠端からのレイリー散乱光のように低レベルの戻り光成分を高Ｓ／Ｎで光電変換できるように、例えば増倍効果があり高感度なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。

また、小さな透過率βで分岐された第２の光成分Ｐｃを受ける第２の受光器２６の受光素子２６ａとしては、通信光などの高レベルの光成分を飽和しない状態で光電変換するために、例えば増倍効果のないＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮＰＤ）が用いられる。

２つの受光器２５、２６の出力信号Ｖｂ、Ｖｃは信号処理部３０に入力される。
信号処理部３０は、特性算出手段３１、強度検出手段３２、比較手段３３および制御手段３５を有している。

特性算出手段３１は、パルス光源２１から光パルスＰｏが出射されてから一定時間Ｔｃ（Ｔａ＜Ｔｃ＜Ｔ）が経過するまでの第１期間、受光器２５の出力信号ＶｂをＡ／Ｄ変換器３１ａにより所定のサンプリング周期でサンプリングして記憶するという処理を所定回数Ｍ（例えばＭ＝１００）繰り返し、それらＭ組の一連の時間波形データを平均化手段３１ｂにより平均化して、ランダム性雑音が除去された試験対象の光ファイバ線路１の減衰、反射特性を求め、その結果を表示器４０の時間軸上に表示させる。

一方、強度検出手段３２は、第１期間Ｔｃが経過した後から次の光パルスが出射されるまでの第２期間Ｔｄに、受光器２６の出力信号ＶｃをＡ／Ｄ変換器３２ａにより所定のサンプリング周期でサンプリングし、強度算出手段３２ｂにより第２期間Ｔｄに得られた一組の時間波形データの平均処理および第２のカプラ２３の透過率β等に基づいて、入力光Ｐａのうち、第２期間Ｔｄに入射される光成分Ｐｘの平均強度Ｗｘを求める。

ここで、第２期間Ｔｄは、光ファイバ線路１に対して光パルスが往復するのに必要な第１期間の後の期間であるから、この第２期間Ｔｄに入射される光成分Ｐｘは、試験用に入射した光パルスと無関係な外乱光であり、特にこの試験対象の光ファイバ線路１が実際に通信に用いられているとすると、その通信光が主な成分となる。つまり、第２期間Ｔｄに検出される強度Ｗｘはこの通信光を含む外乱光の強度である。なお、外乱光は第１期間Ｔｃにも入射されている可能性があるが、試験用の光パルスによる戻り光と区別できない。

比較手段３３は、強度検出手段３２によって検出された平均強度Ｗｘを予め設定された基準値Ｗｒと比較する。この基準値Ｗｒとしては、外乱光の強度が光パルス試験の測定結果に大きな影響を与えるレベルか否かを識別できる程度、例えば試験用の光パルスＰｏに対する光ファイバ線路１の遠端からのレイリー散乱光のレベルより高くファイバ接続点など発生するフレネル反射より低い値が設定される。

この比較手段３３の比較結果は制御手段３５に入力される。制御手段３５は、パルス光源２１に対する光パルスの出射指示とそれに同期して特性算出手段３１への演算指示とを行うとともに、比較手段３３の結果に基づき、パルス光源２１による光パルスＰｏの出射および特性算出手段３１の算出処理の中断、再開の制御を行う。

また、この制御手段３５は、強度検出手段３２によって検出された強度が前記基準値を超えたことを示す結果が比較手段３３から出力されたとき、試験者がわかるように表示器４０の表示や音、ランプの点滅等でアラーム通知する。

図３は制御手段３５の制御手順を示すフローチャート、図４は動作説明のためのタイミング図である。以下これらの図に基づいて光パルス試験装置２０の動作について説明する。

始めに、図３に示すように、平均化のための波形データの取得数を示す値ｎを０に初期化し、図４の（ａ）のように光パルスＰｏを出射させる（Ｓ１、Ｓ２）。

この光パルスＰｏは、試験対象の光ファイバ線路１の一端側に入射されて他端側へ伝搬されるが、その間光パルスに対するレイリー散乱光やフレネル反射光などが一端側へ戻ってくる。

この光ファイバ線路１の一端に戻ってきた光Ｐａは、第１のカプラ２２を介して第２のカプラ２３に入射され、異なる透過率の第１の光Ｐｂ、第２の光Ｐｃとしてそれぞれ受光器２５、２６に入射され、その強度に応じた振幅の電気の信号Ｖｃ、Ｖｄに変換される。

ここで、第１の受光器２５の出力信号Ｖｂは、大きな透過率で透過した光Ｐｂを高い感度の受光器２５で光電変換して得られたものであるから、図４の（ｂ）のように、光ファイバ線路１の遠端からのレイリー散乱光の成分も高いＳ／Ｎで検出することができる。

一方、第２の受光器２６の出力信号Ｖｃは、小さな透過率で透過した光Ｐｃを低い感度の受光器２６で光電変換して得られたものであり、図４の（ｃ）のように、フレネル反射成分のように比較的高いレベルの光に対して高いＳ／Ｎで検出することができるが、レイリー散乱光のような低レベルの光はノイズに埋もれてしまう。

このような各受光器の信号に対して、光パルスＰｏが出射されてからＴｃ時間が経過するまでの第１期間には、図４の（ｄ）のように、信号Ｖｂの波形データの取込みが特性算出手段３１により行われる（Ｓ３）。

また、この第１期間Ｔｃが経過してから次の光パルスＰｏが出力されるまでの第２期間Ｔｄには、図４の（ｅ）のように、信号Ｖｃの波形データの取込みが強度検出手段３２によって行われる（Ｓ４）。

そして、この信号Ｖｃの波形データに対する平均値演算により、光この第２期間Ｔｄに光ファイバ線路１から第１のカプラ２２に入射される光の強度Ｗｘが検出され、基準値Ｗｒと比較される（Ｓ５、Ｓ６）。

ここで、強度Ｗｘが基準値Ｗｒより小さいとき、第１期間Ｔｃに取り込んだ波形データを有効なものとして平均化演算に用い、値ｎを１増加更新して、値ｎが平均化数Ｎ（例えばＮ＝１００）に達していない場合、制御手段３５は図４の（ｆ）のように測定続行可能（ＯＫ）と判断し、次の光パルスＰｏを出射させる（Ｓ７〜Ｓ９）。

上記の処理を強度Ｗｘが基準値Ｗｒを超えない限り繰り返し、Ｎ回取得した波形データの平均化により、光ファイバ線路１の減衰、反射特性を求めて例えば図５のように表示する（Ｓ１０）。

ところが、このＮ回の波形データの取得が完了しない状態で、ｐ回目の光パルスが出射された直後に外乱光（通信光）が光ファイバ線路１に伝送されて、図４の（ｂ）、（ｃ）のように出力信号Ｖｂ、Ｖｃの平均レベルを上昇させると、第２期間Ｔｄに検出された光の強度Ｗｘが基準値Ｗｒを超える。

このため、制御手段３５は、その直前に特性算出手段３１に取り込まれた波形データを無効データと判断し、特性算出手段３１の演算候補から削除させる（Ｓ１１）。

そして強度Ｗｘが基準値Ｗｒを超える現象がＭ回（例えば１０回）連続したか否かを判定し、連続していない場合には、外乱光があったことを示す第１アラーム（例えば黄色のランプ点滅等）を表示器４０に表示させて、次の光パルスＰｏを出射させる（Ｓ１２）。

また、この強度Ｗｘが基準値Ｗｒを超える現象がＭ回連続した場合には、通信光のような比較的長いデータ光が伝送しているものと判断し、その伝送を優先させ、特性算出手段３１に対して試験中止を指示し、平均化演算をリセットさせるとともに、光パルスＰｏの出射を停止させる（Ｓ１３、Ｓ１４）。さらに、この試験中止を示す第２アラーム（例えば赤色のランプ点滅等）などを表示器４０に表示する（Ｓ１５）。

なお、ここでは、強度Ｗｘが基準値ＷｒをＭ回連続して超えたときに、測定を中断していたが、一定時間（例えば１０秒）が経過した後に、処理Ｓ１から測定を再開させるように制御してもよい。また、Ｍ回連続しなくても、その発生頻度が一定割合を超えたときに測定を中断し、再開するようにしてもよい。

このように構成されているため、光パルス試験の最中に突然通信光などの外乱光の強度が大きくなったり、通信が開始されたりしても、その外乱光が第２の光成分として直ちに検知され、その強度に基づいて光パルス試験のための特性算出処理や光パルスの出射の中断、再開が可能となり、誤った測定を行わないように制御することができる。また、光パルスの出射の中断により、光通信器の損傷を最小限にすることができる。

また、試験者に基準値を超える強度の外乱光の存在をアラーム通知するので、試験者はその外乱光の存在を把握することができる。

なお、ここでは第２期間の入射光の平均強度Ｗｘと基準値Ｗｒとの比較結果に基づいてアラーム表示するようにしているが、平均強度Ｗｘの大きさを表示器４０に表示させ、試験者に外乱光の強度を把握させる構成にしてもよい。

１……光ファイバ線路、２０……光パルス試験装置、２１……パルス光源、２２……第１のカプラ、２３……第２のカプラ、２５……第１の受光器、２６……第２の受光器、３０……信号処理部、３１……特性算出手段、３２……強度検出手段、３３……比較手段、３５……制御手段、４０……表示器

Claims (2)

1. 光パルスを所定周期で出射するパルス光源（２１）と、
   前記パルス光源から出射された光パルスを受けて試験対象の光ファイバ線路の一端側に入射させ、該試験対象の光ファイバ線路の一端側から出射される入力光を前記パルス光源からの入射光路と異なる光路へ出射させる第１のカプラ（２２）と、
   前記入力光を、大きな透過率の第１の光成分と小さな透過率の第２の光成分とに分けて出射する第２のカプラ（２３）と、
   前記第１の光成分を受光する第１の受光器（２５）と、
   前記第２の光成分を受光する第２の受光器（２６）と、
   前記パルス光源から光パルスが出射されてから前記所定周期より短い一定時間が経過するまでの第１期間に、前記第１の受光器から出力される信号を受けて、前記試験対象の光ファイバ線路の特性を求める特性算出手段（３１）と、
   前記第１期間が経過した後から次の光パルスが出射されるまでの第２期間に、前記第２の受光器から出力される信号を受けて、前記第２期間に前記第１のカプラに入射した光の強度を検出する強度検出手段（３２）と、
   前記強度検出手段で検出された強度と予め設定された基準値とを比較する比較手段（３３）と、
   前記比較手段の結果に基づいて、前記パルス光源による光パルスの出射および前記特性算出手段の算出処理の中断、再開の制御を行う制御手段（３５）とを備えた光パルス試験装置。
2. 前記制御手段は、前記強度検出手段によって検出された強度が前記基準値を超えたことを示す結果が前記比較手段から出力されたとき、アラームを試験者に通知するためアラーム通知処理を行うことを特徴とする請求項１記載の光パルス試験装置。

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