JP2011085497A

JP2011085497A - 光パルス試験装置

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Publication number: JP2011085497A
Application number: JP2009238953A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Makita; 聰牧田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-28
Anticipated expiration: 2029-10-16
Also published as: JP5566077B2

Abstract

【課題】本発明は、フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲにおいて、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験と高分解能でのパルス試験の両方を、デッドゾーンを生じさせずに行なうことを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光パルス試験装置１０１は、所定のパルス幅の光パルスＰ_１を発生し、被測定光ファイバ９１に出力する光パルス発生手段１３と、光パルスＰ_１が被測定光ファイバ９１に入力される毎に当該被測定光ファイバ９１の各位置から戻ってくる戻り光Ｐ_２を受けて光電変換するＡＰＤ１４と、ＡＰＤ１４のブレークダウン電圧を超える直流電圧をＡＰＤに供給するバイアス電源２１と、バイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に接続された第１の抵抗の抵抗値を、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅の設定に対応した抵抗値に調整可能なバイアス調整手段２２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光パルス試験装置に関し、特にフォトンカウンティングを用いた光パルス試験装置に関する。

高分解能の光パルス試験装置として、フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の光パルス試験装置は、ＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）と、直流バイアス電源と、負荷抵抗と、保護抵抗と、を備え、以下のように動作する。

直流バイアス電源は、ＡＰＤのブレークダウン電圧よりわずかに大きい直流電圧を発生し、ＡＰＤへの可電流を防止するための保護抵抗を解してＡＰＤのカソードに供給する。ＡＰＤのアノードは、負荷抵抗を介して接地されている。負荷抵抗は、ＡＰＤのなだれ電流を電圧に変換する。この出力電圧は、フォトンカウンタに入力され、波高弁別、計数等が行なわれる。これにより、光ファイバの片端より短いパルスの光を入射し、その後方散乱光若しくは反射光を受光して、光ファイバの破断や損失点を測定する。ここで、後方散乱光は、レイリー散乱による散乱光のうち、入射端に戻る光である。反射光は、コネクタ接続点や破断の生じた箇所など屈折率が連続でない箇所で生じるフレネル反射による光である。

フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲは、短デッドゾーンの高分解能に特化した性能を重視しているため、短パルスでの波形応答が最適となるような回路構成となっている。

特開２００６−１７９５８７

近年、ＦＴＴＨ（ＦｉｂｅｒＴｏＴｈｅＨｏｍｅ）の普及に伴い、ＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）を構成するファイバ線路のパルス試験が求められている。ＰＯＮを構成するファイバ線路のパルス試験を行なう場合、ダイナミックレンジを大きくするためにパルス幅を大きくする必要がある。このとき、１：１６や１：３２などのカプラなどのロスの大きい部分で落ち込みが生じ、デッドゾーンが生じることが判明した。図５に、ＰＯＮを構成するファイバ線路で後方散乱光を測定した測定波形におけるデッドゾーンの一例を示す。飽和波形がつづいているが、カプラの存在する距離Ａの後にデッドゾーンが生じている。

一方、パルス幅を大きくしたときの落ち込みを解消しようとすると、フレネル反射のリンギングや落ち込みが現れ、これらはトレードオフの関係にあることが判明した。図６に、フレネル反射の測定波形におけるデッドゾーンの一例を示す。フレネル反射のピークの後に、デッドゾーンが生じている。

そこで、本発明は、フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲにおいて、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験と高分解能でのパルス試験の両方を、デッドゾーンを生じさせずに行なうことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光パルス試験装置は、保護抵抗のインピーダンスを調整するバイアス調整手段を備えることを特徴とする。

具体的には、本発明に係る光パルス試験装置は、所定のパルス幅の光パルスを発生し、被測定光ファイバ（９１）に出力する光パルス発生手段（１３）と、前記光パルスが前記被測定光ファイバに入力される毎に当該被測定光ファイバの各位置から戻ってくる戻り光を受けて光電変換するＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）（１４）と、前記ＡＰＤのブレークダウン電圧を超える直流電圧を前記ＡＰＤに供給するバイアス電源（２１）と、前記ＡＰＤの出力する電気信号から前記被測定光ファイバの各位置に対応した前記戻り光の光子数に比例する電気信号の振幅を波高弁別することにより、前記被測定光ファイバの特性を求める光子計数処理手段（１６）と、前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に接続された第１の抵抗の抵抗値を、前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅の設定に対応した抵抗値に調整可能なバイアス調整手段（２２）と、を備えることを特徴とする。

バイアス調整手段を備えることで、ＰＯＮを構成するファイバ線路で後方散乱光を測定するときには広いダイナミックレンジに適した抵抗値にし、フレネル反射の試験を行なうときには高分解能に適した抵抗値にすることができる。これにより、フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲにおいて、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験と高分解能でのパルス試験の両方を、デッドゾーンを生じさせずに行なうことができる。

本発明に係る光パルス試験装置では、前記バイアス調整手段は、前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に接続された第１の抵抗（Ｒ_１）と、前記第１の抵抗のインピーダンスを小さくするハイパスフィルタ（２２−２）と、前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に前記第１の抵抗が接続された第１の接続状態と前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に前記第１の抵抗及び前記ハイパスフィルタが接続された第２の接続状態とで切り替える切替スイッチ（Ｓ_１）と、を備えることが好ましい。

本発明に係る光パルス試験装置では、前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を可変するパルス幅可変手段（１１）をさらに備え、前記切替スイッチは、前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を広くすると前記第１の接続状態に切り替え、前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を狭くすると前記第２の接続状態に切り替えることが好ましい。

本発明に係る光パルス試験装置では、前記バイアス電源は、前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を広くすると出力電圧を高くし、前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を狭くすると出力電圧を低くすることが好ましい。

本発明に係る光パルス試験装置では、前記ハイパスフィルタは、前記第１の抵抗よりも抵抗値の小さな第２の抵抗（Ｒ_２）と、前記第２の抵抗と直列接続されているコンデンサ（Ｃ_２）と、を備えることが好ましい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、本発明に係る光パルス試験装置は、フォトンカウンティングを用いたＯＴＤＲにおいて、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験と高分解能でのパルス試験の両方を、デッドゾーンを生じさせずに行なうことができる。

本実施形態に係る光パルス試験装置の一例を示す構成概略図である。バイアス調整手段の一例を示す。ＰＯＮを構成するファイバ線路で後方散乱光を測定した測定波形の一例を示す。フレネル反射の測定波形の一例を示す。ＰＯＮを構成するファイバ線路で後方散乱光を測定した測定波形におけるデッドゾーンの一例である。フレネル反射の測定波形におけるデッドゾーンの一例である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１は、本実施形態に係る光パルス試験装置の一例を示す構成概略図である。本実施形態に係る光パルス試験装置１０１は、被測定光ファイバ９１に光パルスＰ_１を入射して、光パルスＰ_１が被測定光ファイバ９１に入力される毎に被測定光ファイバ９１の各位置から戻ってくる戻り光Ｐ_２を受けることで、被測定光ファイバ９１の試験を行なう。例えば、本実施形態に係る光パルス試験装置１０１は、パルス幅可変手段１１と、パルス信号発生手段１２と、光パルス発生手段１３と、ＡＰＤ１４と、増幅器１５と、光子計数処理手段１６と、表示手段１７と、カプラ１８と、バイアス電源２１と、バイアス調整手段２２と、を備え、次のように動作する。

パルス幅可変手段１１は、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅を可変する。例えば、パルス幅可変手段１１は、パルス試験のダイナミックレンジが大きくなるよう、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅を略１００ｎｓｅｃに変化させる。光パルスＰ_１のパルス幅が略１００ｎｓｅｃであることで、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験を行なうことができる。

例えば、パルス幅可変手段１１は、パルス試験のダイナミックレンジが小さくなるよう、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅を略３ｎｓｅｃに変化させる。光パルスＰ_１のパルス幅が略３ｎｓｅｃであることで、フレネル反射や後方散乱などの短デッドゾーンの試験を高分解能で行なうことができる。なお、パルス幅は略３ｎｓｅｃに限られず、１ｎｓｅｃ以上１０ｎｓｅｃ以下のいずれであってもよい。

さらに、パルス幅可変手段１１は、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅に対応して、バイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に接続されたバイアス調整手段２２で第１の抵抗の抵抗値を変化させるとともに、バイアス電源２１の出力電圧を可変することが好ましい。これにより、光パルス試験装置１０１は、バイアス電圧及び第１の抵抗の抵抗値を光パルスＰ_１のパルス幅に対応した値に変化させることができることができる。

パルス信号発生手段１２は、パルス幅可変手段１１の指示に従って、所定のパルス幅及び所定の繰返し周波数を有するパルス信号を発生する。光パルス発生手段１３は、パルス信号をパルス信号発生手段１２から受け、所定のパルス幅の光パルスＰ_１を所定の繰り返し周期で発生し、被測定光ファイバ９１に出力する。カプラ１８は、光パルス発生手段１３からの光パルスＰ_１を被測定光ファイバ９１に入射させる。

被測定光ファイバ９１に入射された光パルスＰ_１は、被測定光ファイバ９１のいずれかの位置で反射される。被測定光ファイバ９１で反射された戻り光Ｐ_２は、カプラ１８に入射される。カプラ１８は、戻り光Ｐ_２をＡＰＤ１４に入射させる。

ＡＰＤ１４は、光パルスＰ_１が被測定光ファイバ９１に入力される毎に被測定光ファイバ９１の各位置から戻ってくる戻り光Ｐ_２を受けて光電変換する。増幅器１５は、ＡＰＤ１４の出力電流を増幅する。光子計数処理手段１６は、ＡＰＤ１４の出力する電気信号から被測定光ファイバ９１の各位置に対応した戻り光Ｐ_２の光子数に比例する電気信号の振幅を波高弁別する。ここで、ＡＰＤ１４の出力する電気信号の振幅は戻り光Ｐ_２の光強度すなわち光子数に比例している。このため、被測定光ファイバ９１の各位置に対応したＡＰＤ１４の出力する電気信号の振幅を波高弁別することにより、フォトンカウンティングを用いて被測定光ファイバ９１の特性を求めることができる。表示手段１７は、光子計数処理手段１６の求めた結果を表示する。例えば、図５及び図６に示すように、被測定光ファイバ９１の入射端からの距離を横軸、被測定光ファイバ９１での反射量を縦軸としたグラフを表示する。

バイアス電源２１は、ＡＰＤ１４のバイアス電圧をＡＰＤ１４に供給する。ＡＰＤ１４でなだれ現象が起きるよう、ＡＰＤ１４のバイアス電圧はＡＰＤ１４のブレークダウン電圧をわずかに超えることが好ましい。バイアス調整手段２２は、バイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に接続された第１の抵抗の抵抗値を、光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅の設定に対応した抵抗値に調整する。

図２に、バイアス調整手段の一例を示す。バイアス調整手段２２は、第１の抵抗Ｒ_１と、ハイパスフィルタ２２−２と、切替スイッチＳ_１と、を備える。第１の抵抗Ｒ_１は、バイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に接続され、ＡＰＤ１４の保護抵抗として機能する。ハイパスフィルタ２２−２は、第１の抵抗Ｒ_１と並列に接続され、第１の抵抗Ｒ_１のインピーダンスを小さくする。切替スイッチＳ_１は、第１の接続状態と第２の接続状態とで切り替える。

ここで、ハイパスフィルタ２２−２は、例えば、第１の抵抗Ｒ_１よりも抵抗値の小さな第２の抵抗Ｒ_２と、第２の抵抗Ｒ_２と直列接続されているコンデンサＣ_２と、を備える。これにより、簡易な構成でハイパスフィルタを構成することができる。

切替スイッチＳ_１は、図１に示すパルス幅可変手段１１が光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅を広くすると、第１の接続状態に切り替える。第１の接続状態は、バイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に第１の抵抗Ｒ_１が接続された状態である。このとき、バイアス電源２１は出力電圧を高くすることが好ましい。この状態とすることで、光損失の大きなファイバ線路でのパルス試験を行なう際に、カプラなどのロスの大きい部分でのデッドゾーンの発生を防止することができる。

図１に示す光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅が１００ｎｓｅｃの場合、バイアス電源２１の出力電圧は７９Ｖであり、第１の抵抗Ｒ_１の抵抗値は１００ｋΩであることが好ましい。このときのＰＯＮを構成するファイバ線路で後方散乱光を測定した測定波形の一例を図３に示す。図３に示すように、カプラの存在する距離Ａの後のデッドゾーンが解消できている。

切替スイッチＳ_１は、図１に示すパルス幅可変手段１１が光パルス発生手段１３の発生する光パルスのパルス幅を狭くすると、第２の接続状態に切り替える。第２の接続状態は、第１の接続状態とバイアス電源２１とＡＰＤ１４の間に第１の抵抗Ｒ_１及びハイパスフィルタ２２−２が接続された状態である。このとき、バイアス電源２１は、出力電圧を低くすることが好ましい。この状態とすることで、フレネル反射などの短デッドゾーンの試験を行なう際に、フレネル反射後のデッドゾーンの発生を防止することができる。

図１に示す光パルス発生手段１３の発生する光パルスＰ_１のパルス幅が３ｎｓｅｃの場合、バイアス電源２１の出力電圧は７３Ｖであり、第１の抵抗Ｒ_１の抵抗値は１００ｋΩであり、ハイパスフィルタ２２−２における第２の抵抗Ｒ_２の抵抗値は１ｋΩであり、ハイパスフィルタ２２−２におけるコンデンサＣ_２の容量は１０ｐＦであることが好ましい。このときのフレネル反射の測定波形の一例を図４に示す。図４に示すように、フレネル反射後のデッドゾーンが解消できている。

図２に示す切替スイッチＳ_１が第１の接続状態と第２の接続状態とで切り替えることで、図１に示す被測定光ファイバ９１の接続点で起こるフレネル反射やスプライスロスを観測した際に起こる波形の落ち込みや歪をパルス幅ごとに切り替えて整形することができる。

本発明の光パルス試験装置は、ファイバ線路の試験に用いることができるため、情報通信産業及び光を用いる各種産業に適用することができる。

１１：パルス幅可変手段
１２：パルス信号発生手段
１３：光パルス発生手段
１４：ＡＰＤ
１５：増幅器
１６：光子計数処理手段
１７：表示手段
１８：カプラ
２１：バイアス電源
２２：バイアス調整手段
２２−２：ハイパスフィルタ
９１：被測定光ファイバ
１０１：光パルス試験装置

Claims

所定のパルス幅の光パルスを発生し、被測定光ファイバ（９１）に出力する光パルス発生手段（１３）と、
前記光パルスが前記被測定光ファイバに入力される毎に当該被測定光ファイバの各位置から戻ってくる戻り光を受けて光電変換するＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）（１４）と、
前記ＡＰＤのブレークダウン電圧を超える直流電圧を前記ＡＰＤに供給するバイアス電源（２１）と、
前記ＡＰＤの出力する電気信号から前記被測定光ファイバの各位置に対応した前記戻り光の光子数に比例する電気信号の振幅を波高弁別することにより、前記被測定光ファイバの特性を求める光子計数処理手段（１６）と、
前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に接続された第１の抵抗の抵抗値を、前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅の設定に対応した抵抗値に調整可能なバイアス調整手段（２２）と、
を備えることを特徴とする光パルス試験装置。
前記バイアス調整手段は、
前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に接続された第１の抵抗（Ｒ_１）と、
前記第１の抵抗のインピーダンスを小さくするハイパスフィルタ（２２−２）と、
前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に前記第１の抵抗が接続された第１の接続状態と前記バイアス電源と前記ＡＰＤの間に前記第１の抵抗及び前記ハイパスフィルタが接続された第２の接続状態とで切り替える切替スイッチ（Ｓ_１）と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験装置。
前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を可変するパルス幅可変手段（１１）をさらに備え、
前記切替スイッチは、
前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を広くすると前記第１の接続状態に切り替え、
前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を狭くすると前記第２の接続状態に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の光パルス試験装置。
前記バイアス電源は、
前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を広くすると出力電圧を高くし、
前記パルス幅可変手段が前記光パルス発生手段の発生する光パルスのパルス幅を狭くすると出力電圧を低くすることを特徴とする請求項３に記載の光パルス試験装置。
前記ハイパスフィルタは、
前記第１の抵抗よりも抵抗値の小さな第２の抵抗（Ｒ_２）と、
前記第２の抵抗と直列接続されているコンデンサ（Ｃ_２）と、
を備えることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の光パルス試験装置。