JP2011164075A - Optical pulse testing method and optical pulse testing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信システム分野において光通信信号の伝送媒体である光ファイバ線路の光損失分布評価や破断点の位置を試験する光パルス試験方法(Optical Time Domain Reflectometry、以後OTDRと称する)とその装置に関する。 The present invention relates to an optical pulse test method (Optical Time Domain Reflectometry, hereinafter referred to as OTDR) for testing an optical loss distribution evaluation and a break point position of an optical fiber line which is a transmission medium of an optical communication signal in the field of an optical communication system and its Relates to the device.
OTDRは、被試験光ファイバ(Fiber under test、以後FUTと称する)に試験光パルスを送出し、FUTからの反射光やレイリー後方散乱光(以後、単に後方散乱光と称する)を受信、解析することでFUTの各地点における光の反射率分布(以後、OTDR波形と称する)を測定する方法、装置である。この技術は光ファイバの片端からその損失分布評価を試験できるため、敷設された光ファイバの保守運用の観点から重要な技術である。 The OTDR sends a test light pulse to an optical fiber under test (hereinafter referred to as FUT), and receives and analyzes the reflected light from the FUT and Rayleigh backscattered light (hereinafter simply referred to as backscattered light). This is a method and apparatus for measuring the light reflectance distribution (hereinafter referred to as OTDR waveform) at each point of the FUT. Since this technique can test the loss distribution evaluation from one end of the optical fiber, it is an important technique from the viewpoint of maintenance and operation of the installed optical fiber.
OTDRの最大測定距離はFUTの光損失値とOTDRのダイナミックレンジにより決まる。ここで、ダイナミックレンジとは測定の際に許容される最大損失値である。ダイナミックレンジを拡大する方法として、主にFUTへ入射させる試験光パルスピークパワーを大きくする方法、受信系の最小受信感度を向上させる方法、試験光パルスを繰り返し入射し測定結果を加算平均処理することによって測定信号の信号対雑音強度比(Signal to Noise Ratio、以後SNRと称する)を向上させる方法がある。最小受信感度を向上させる方法として、コヒーレント検波技術があり、このコヒーレント検波技術を用いるOTDR(Coherent OTDR、以後C−OTDRと称する)が長距離の測定方法として実用化されている(非特許文献1参照)。 The maximum measurement distance of OTDR is determined by the optical loss value of FUT and the dynamic range of OTDR. Here, the dynamic range is the maximum loss value allowed in the measurement. As a method of expanding the dynamic range, mainly a method of increasing the peak power of the test light pulse incident on the FUT, a method of improving the minimum reception sensitivity of the receiving system, a test light pulse repeatedly incident, and averaging the measurement results There is a method for improving the signal to noise ratio (hereinafter referred to as SNR) of the measurement signal. As a method for improving the minimum reception sensitivity, there is a coherent detection technique, and OTDR (Coherent OTDR, hereinafter referred to as C-OTDR) using this coherent detection technique has been put into practical use as a long-distance measurement method (Non-patent Document 1). reference).
この従来のC−OTDRは、コヒーレント光を発する光源からの出力光を光方向性結合器によって試験光と局発光に分岐させる。分岐された試験光は光増幅器によって増幅された後、音響光学素子に入射され、周波数シフトを伴いパルス化される。パルス化された試験光は光サーキュレータを通過し、FUTに入射される。FUTで生じた後方散乱光は光サーキュレータにより光受信器側のみに向かい、光方向性結合器により前述の局発光と結合された後、バランス型光受信器によって受信される。これより、局発光と後方散乱光の干渉によって生じる干渉ビート信号が信号電流として検出される。信号電流は後段のミキサーにおいて音響光学素子と同じ周波数を有する正弦波電流とミキシングされた後、低域ろ過フィルタ(Low Pass Filer、以後LPFと称する)によって低域ろ過される。ミキシングによりベースバンド信号となった電流はA/D(Analog/Digital)変換器によって数値化された後、数値演算処理器によって2乗加算平均処理される。処理された数値列を対数表示することでOTDR波形を得ることができる。 In this conventional C-OTDR, output light from a light source that emits coherent light is split into test light and local light by an optical directional coupler. The branched test light is amplified by an optical amplifier and then incident on an acousto-optic device, which is pulsed with a frequency shift. The pulsed test light passes through the optical circulator and enters the FUT. Backscattered light generated in the FUT is directed only to the optical receiver side by the optical circulator, and is combined with the local light by the optical directional coupler and then received by the balanced optical receiver. Thereby, an interference beat signal generated by interference between local light and backscattered light is detected as a signal current. The signal current is mixed with a sine wave current having the same frequency as that of the acoustooptic device in a subsequent mixer, and then low-pass filtered by a low-pass filter (hereinafter referred to as LPF). The current that has become a baseband signal by mixing is digitized by an A / D (Analog / Digital) converter, and then subjected to a square addition averaging process by a numerical arithmetic processor. An OTDR waveform can be obtained by logarithmically displaying the processed numerical sequence.
C−OTDRにおける片道ダイナミックレンジ(Single-Way Dynamic Range、以後SWDRと称する)は以下のように定式化される。 A one-way dynamic range (hereinafter referred to as SWDR) in C-OTDR is formulated as follows.
ここで、加算平均処理数を増やすためには、必然的に測定を繰り返し行う必要がある。一般に、測定を繰り返し行う際には、試験光パルスの繰り返し周期をFUTの長さに応じて設定しなければならない。これは一つの試験光パルスによるFUT遠端からの後方散乱光が測定器に戻る前のタイミングで二つ目の試験光パルスがFUTに入射された際には、一つ目の試験光パルスと二つ目の試験光パルスによる後方散乱光が重なり合ってしまい、正しい測定結果が得られなくなるからである。このように加算平均処理数を増やしてダイナミックレンジを向上させようとすると、ある所定の周期で繰り返し測定する必要があるため、測定時間が長延化するという課題がある。
Here, in order to increase the number of addition average processing, it is inevitably necessary to repeat the measurement. In general, when the measurement is repeated, the repetition period of the test light pulse must be set according to the length of the FUT. This is because when the second test light pulse is incident on the FUT at the timing before the backscattered light from the far end of the FUT due to one test light pulse returns to the measuring instrument, This is because the backscattered light from the second test light pulse overlaps and a correct measurement result cannot be obtained. Thus, if it is going to increase the number of addition average processes and improve a dynamic range, since it is necessary to repeatedly measure with a certain predetermined period, there exists a subject that measurement time prolongs.
以上述べたように、従来の被試験光線路(FUT)にOTDRにより試験光パルスを送出し、FUTからの後方散乱光を受信、解析することで各地点における光の反射率分布を測定する技術があり、このOTDRのダイナミックレンジの拡大を目的に、コヒーレント検波を用いるOTDR(C−OTDR)が長距離の測定方法として実用化されている。C−OTDRは、FUTからの後方散乱光と試験光(局発光)との干渉によって生じる干渉ビート信号を基に、信号電流をA/D変換器によって数値化された後、数値演算処理器によって2乗加算平均処理し波形を得るものである。
しかしながら、加算平均処理数を増やすために測定を繰り返し行う必要があるが、加算平均処理数を増やしてダイナミックレンジを向上させる場合、それだけ測定に要する時間が増えるという問題点がある。
As described above, a technique for measuring the reflectance distribution of light at each point by sending a test light pulse to the conventional optical line under test (FUT) by OTDR and receiving and analyzing the backscattered light from the FUT. For the purpose of expanding the dynamic range of OTDR, OTDR (C-OTDR) using coherent detection has been put into practical use as a long-distance measurement method. C-OTDR is based on the interference beat signal generated by the interference between the backscattered light from the FUT and the test light (local light), the signal current is digitized by the A / D converter, and then the numerical arithmetic processor. A square addition averaging process is performed to obtain a waveform.
However, in order to increase the number of addition average processing, it is necessary to repeatedly perform the measurement. However, when the number of addition average processing is increased to improve the dynamic range, there is a problem that the time required for measurement increases accordingly.
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジを向上するために必要となる測定時間を短縮することが出来る光パルス試験方法及びその装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical pulse test method and apparatus capable of reducing the measurement time required for improving the dynamic range.
本発明に係る光パルス試験方法は以下のような態様の構成とする。
(1)被試験光ファイバからの反射光及び後方散乱光の反射率分布を測定する光パルス試験方法において、光源からの出力光を2分岐して局発光と試験光とし、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させ、光増幅させ、光パルス化し、光サーキュレータを通過し、被試験光ファイバに繰り返し入射し、前記光サーキュレータから出力される被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光と前記局発光を結合し光受信して電流信号を取得し、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、前記試験光の複数の周波数成分による被試験光ファイバからの反射光及び後方散乱光それぞれの反射率分布を求める態様とする。
The optical pulse test method according to the present invention has the following configuration.
(1) In the optical pulse test method for measuring the reflectance distribution of the reflected light and backscattered light from the optical fiber under test, the output light from the light source is split into two to be local light and test light, and the frequency of the test light Are changed at predetermined intervals for each predetermined time interval, optically amplified, converted into an optical pulse, passed through the optical circulator, repeatedly incident on the optical fiber under test, and output from the optical circulator at each point of the optical fiber under test The backscattered light generated by reflection or scattering is combined with the local light and received to obtain a current signal, the current signal is separated into a plurality of frequency components, and the test signal is subjected to a plurality of frequency components. The reflectance distribution of each of the reflected light from the test optical fiber and the backscattered light is obtained.
また、本発明に係る光パルス試験装置は以下のような態様の構成とする。
(2)コヒーレント光を発する光源と、前記光源からの出力光を2分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させる光周波数制御手段と、前記光周波数制御手段の出力を光増幅し光パルス化して光パルス信号を生成する光パルス化手段と、前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取り込み出力する光サーキュレータと、前記後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、前記試験光の複数の周波数成分による被試験光ファイバからの反射光及び後方散乱光それぞれの反射率分布を求める演算処理手段とを具備する態様とする。
Moreover, the optical pulse test apparatus according to the present invention has the following configuration.
(2) A light source that emits coherent light, a branching unit that splits output light from the light source into two to generate local light and test light, and a frequency of the test light that changes by a predetermined interval every predetermined time interval An optical frequency control means for optically amplifying and optically pulsing the output of the optical frequency control means to generate an optical pulse signal, the optical pulse signal being incident on the optical fiber under test, An optical circulator that captures and outputs backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical fiber, optical coupling means for optically coupling the backscattered light and the local light, and optical reception of the optically coupled optical signal Light receiving means for acquiring current signals, frequency separating means for separating the current signals into a plurality of frequency components, and reflected light from the optical fiber under test by the plurality of frequency components of the test light A manner that and a processing means for obtaining the fine backscattered light each reflectance distribution.
(3)(2)の構成において、前記周波数分離手段は、信号電流を発生する局発信号源と、前記光受信手段からの出力電流を前記局発信号源からの電流とミキシングするミキサーと、前記ミキサーの出力電流を低域ろ過するフィルタと、前記フィルタからの出力電流を数値化する数値化手段とを備え、前記演算処理手段は、前記数値化手段から出力される電流値に対して演算処理を行い、周波数分離を行う態様とする。 (3) In the configuration of (2), the frequency separation unit includes a local signal source that generates a signal current, a mixer that mixes an output current from the optical reception unit with a current from the local signal source, A filter for low-pass filtering the output current of the mixer; and a digitizing means for digitizing the output current from the filter, wherein the calculation processing means calculates the current value output from the digitizing means. Processing is performed so that frequency separation is performed.
(4)(3)の構成において、前記演算処理手段は、前記数値化手段で数値化された電流値をi(n)とするとき、i(n)をフーリエ変換したI(k,m)を算出することにより、電流値の周波数分離を行う態様とする。
(5)(2)の構成において、前記周波数分離手段は、前記光受信手段からの出力電流を複数の系統に分配する信号分配手段と、分配された各系統の電流を周波数成分毎に分離するアナログ回路とを備える態様とする。
(4) In the configuration of (3), when the current value digitized by the digitizing means is i (n), the arithmetic processing means I (k, m) obtained by Fourier transforming i (n) By calculating the current value, the current value is frequency-separated.
(5) In the configuration of (2), the frequency separation means separates the output current from the optical receiving means into a plurality of systems, and separates the distributed currents for each frequency component. And an analog circuit.
(6)(2)の構成において、前記光周波数制御手段は、位相変調器である態様とする。
(7)(2)の構成において、前記光周波数制御手段は、搬送波抑圧光単側波帯変調器である態様とする。
(8)(2)の構成において、前記光周波数制御手段は、振幅変調器である態様とする。
(6) In the configuration of (2), the optical frequency control means is a phase modulator.
(7) In the configuration of (2), the optical frequency control means is a carrier suppressed optical single sideband modulator.
(8) In the configuration of (2), the optical frequency control means is an amplitude modulator.
(9)(2)の構成において、前記光パルス化手段は、音響光学素子である態様とする。
(10)(2)の構成において、前記局発光の光路上に設置され、前記局発光の光周波数を一定幅シフトする光周波数シフト手段を備える態様とする。
(9) In the configuration of (2), the optical pulse unit is an acousto-optic element.
(10) In the configuration of (2), an aspect is provided that includes optical frequency shift means that is installed on the optical path of the local light and shifts the optical frequency of the local light by a certain width.
本発明によれば、光源からの出力光を2つに分岐し、この分岐された光の一方を局発光とし、他方を試験光とし、所定時間間隔毎に試験光の周波数を所定間隔だけ変化させ、試験光を光パルス化し、被試験光ファイバに繰り返し入射し、被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生する後方散乱光と前記局発光を結合し、その結合光を光受信して電流に変換し、この電流を周波数毎に分離し、試験光の複数の周波数成分による被試験光ファイバからの反射光および後方散乱光の反射率分布を求める。したがって、試験光の周波数をY個、所定時間間隔毎に所定周波数間隔だけ変化させた場合、周波数分離して測定することで、従来法では一測定につき唯一のOTDR波形しか取得できないのに対し、本手法ではY個分のOTDR波形を取得できるため、一回の測定当たりの加算平均処理数をY倍多く実行でき、従来の光パルス試験方法と同じ時間をもって測定した際には、式(2)より、5log√Y(dB)分のSWDRの向上が実現可能である。また、このことは、従来法と同じダイナミックレンジを得るのに、測定時間を1/Y短縮できることも意味する。 According to the present invention, the output light from the light source is branched into two, one of the branched lights is the local light, the other is the test light, and the frequency of the test light is changed by a predetermined interval every predetermined time interval. The test light is converted into an optical pulse, repeatedly incident on the optical fiber to be tested, and the backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical fiber to be tested is combined with the local light, and the combined light is received. Then, the current is separated for each frequency, and the reflectance distribution of the reflected light and the backscattered light from the optical fiber under test due to a plurality of frequency components of the test light is obtained. Therefore, when the frequency of the test light is changed by Y at a predetermined frequency interval every predetermined time interval, by measuring with frequency separation, the conventional method can acquire only one OTDR waveform per measurement, In this method, Y OTDR waveforms can be acquired, so that the number of addition average processing per measurement can be increased by Y times. When measurement is performed in the same time as the conventional optical pulse test method, the equation (2 ), The SWDR can be improved by 5 log√Y (dB). This also means that the measurement time can be shortened by 1 / Y in order to obtain the same dynamic range as the conventional method.
したがって、本発明によれば、ダイナミックレンジを向上するために必要となる測定時間を短縮することが出来る光パルス試験方法及びその装置を提供することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical pulse test method and apparatus capable of shortening the measurement time required for improving the dynamic range.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明の光パルス測定方法を採用する第1の実施形態の光パルス試験装置を示すブロック構成図である。同図に示す光パルス試験装置は、試験光の各周波数成分による被試験光ファイバからの反射光および後方散乱光の反射率分布を求めることができるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an optical pulse test apparatus according to a first embodiment that employs the optical pulse measurement method of the present invention. The optical pulse test apparatus shown in the figure can determine the reflectance distribution of reflected light and backscattered light from the optical fiber under test for each frequency component of the test light.
コヒーレント光を発する光源11からの出力光は分岐素子12で2系統に分岐される。分岐された光の一方は局発光として用いられ、他方は試験光として光周波数制御器13に入射される。この光周波数制御器13は所定の時間間隔毎に試験光の周波数を所定の周波数幅だけシフトさせる。
The output light from the
ここで、分岐素子12は具体的には光カプラまたはハーフミラーで構成される。また、光周波数制御器13は、具体的には駆動源となる第1正弦波発生器14からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能をもつ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器や振幅変調器、SSB−SC(搬送波抑圧光単側波帯)変調器がその機能を持つことは良く知られている。
Here, the
上記光周波数制御器13で周波数制御を受けた試験光は、光増幅器15で信号光パワーが増幅された後、光パルス化処理器16で光パルス化される。この光パルス化処理器16は、具体的には音響光学素子をパルス駆動した音響光学スイッチまたはLiNbO3 を用いた電気光学素子をパルス駆動した導波路スイッチで構成される。
The test light subjected to frequency control by the
尚、上記光周波数制御器13と光パルス化処理器16は互いに同期させるようにし、光パルス化させる時間幅を、光周波数制御器13により全て周波数シフトさせた時間幅と等しくなるようにする。
光パルス化処理器16で光パルス化された試験光は、光サーキュレータ17を通過し、FUT18に入射される。FUT18では、試験光パルスによる後方散乱光が生じる。この後方散乱光は光サーキュレータ17に入射され、光パルス化処理器16の方向には戻らず、光受信器側のみに向かう。光サーキュレータ17から出力された後方散乱光は、上記局発光と結合素子19で結合される。この結合素子19からの出力光は、バランス型光受信器20で光受信されて電流信号となる。バランス型光受信器20から出力される電流信号は、ミキサー21で第2の正弦波発生器22からの電流信号とミキシングされた後、遮断周波数が後段の数値化処理器24のサンプリングレート程度に設定されているLPF(低域ろ過フィルタ)23によって高周波成分が遮断される。LPF23から出力される電流信号は数値化処理器24で数値化されてから演算処理装置25に入力される。
The
The test light that has been optically pulsed by the
演算処理装置25は入力された電流値に対して下記に説明するような演算処理を行い、試験光の複数の周波数成分によるFUT18からの後方散乱光の反射率分布を求める。
次に、上述したように構成される本実施形態の光パルス試験装置の動作について説明する。
The
Next, the operation of the optical pulse test apparatus according to this embodiment configured as described above will be described.
光源11からの出力光について、光周波数制御器13、演算処理装置25によって周波数を分離する方法は、次の条件を満足する必要がある。
(条件1)光源11からの出力光の線幅は、光周波数制御器13により所定周波数を持続させる時間の逆数よりも小さいこと。
(条件2)光周波数制御器13による周波数シフト間隔は、周波数を持続させる所定時間間隔の逆数の自然数倍であること。
(条件3)光周波数制御器13による所定周波数シフト総量は、数値化処理器24のサンプリングレートの1/2以下であること。
(条件4)演算処理によるフーリエ変換の周波数分解能の自然数倍は、光周波数制御器13による周波数シフト間隔であること。
The method of separating the frequency of the output light from the
(Condition 1) The line width of the output light from the
(Condition 2) The frequency shift interval by the
(Condition 3) The total predetermined frequency shift amount by the
(Condition 4) The natural number times the frequency resolution of the Fourier transform by the arithmetic processing is the frequency shift interval by the
上記の条件1は、光源11の能力として、光パルス試験装置に要求される距離分解能に対応した光の振幅および周波数の持続した時間幅の逆数よりも小さい線幅を持った光源を用意する必要があることを意味している。これは周波数の持続した時間幅の逆数から決まる変調帯域幅よりも光源の線幅が大きい場合には、信号のSN比が低下するためである。
The
例えば、要求される距離分解能が1[km]の際には、光周波数変更手段により試験光は10 μsの時間だけ周波数を持続させる必要があり、これは100[kHz]の信号帯域になる。よって、位相雑音の影響を小さくするためには光源の線幅を信号帯域の1/10以下と十分小さく取り、10[kHz]以下とする必要がある。 For example, when the required distance resolution is 1 [km], it is necessary to maintain the frequency of the test light for a time of 10 μs by the optical frequency changing means, which becomes a signal band of 100 [kHz]. Therefore, in order to reduce the influence of the phase noise, the line width of the light source needs to be set to be as small as 1/10 or less of the signal band and to 10 [kHz] or less.
また、条件2は複数の周波数成分による後方散乱光の信号を周波数成分毎に分離し、測定するために必要である。これはシフトさせた各周波数成分によるパワースペクトル成分がそれぞれ互いに直交するように設定しなければ、一つの周波数による後方散乱光パワーを測定することができないためである。 Condition 2 is necessary for separating and measuring a backscattered light signal of a plurality of frequency components for each frequency component. This is because the power of backscattered light with one frequency cannot be measured unless the power spectrum components of the shifted frequency components are set to be orthogonal to each other.
一般に、測定する後方散乱光信号のパワースペクトルはSINC関数の2乗の形をとり、SINC関数のゼロ点間隔は光周波数制御器13で周波数を持続させる所定時間間隔の逆数となる。このゼロ点位置に光周波数制御器13でシフトさせた周波数を設定することで、各周波数によるパワースペクトル成分が互いに直交するようになる。
In general, the power spectrum of the backscattered light signal to be measured takes the form of the square of the SINC function, and the zero point interval of the SINC function is the reciprocal of a predetermined time interval in which the frequency is maintained by the
これは、以下に説明するような機能を持った第1の正弦波発生器14を用意する必要があることを意味する。図2は第1の正弦波発生器14から出力される電流信号の周波数および電圧の時間変化を示す波形図である。電圧を出力する周期は繰り返し測定を行うためのもので、従来の光パルス試験装置と同様にFUT18の長さに応じて設定する。電圧を出力する時間幅Wは、その周期より短い範囲で、周波数持続時間と周波数のシフト数の積で設定する。
This means that it is necessary to prepare the first
周波数間隔Δνは周波数持続時間Δtに対して、以下の関係式を満足させる必要がある。
The frequency interval Δν needs to satisfy the following relational expression with respect to the frequency duration Δt.
図3に帯域100[kHz] 、中心周波数がそれぞれ100[kHz]と200[kHz]、300[kHz]の信号のパワースペクトルを示す。式を満たしている場合には、光周波数変更手段でシフトさせた周波数は、SINC関数の2乗の形をとるパワースペクトルのゼロ点位置にそれぞれ配置されるため、それぞれのパワースペクトル成分が直交する。
FIG. 3 shows a power spectrum of a signal having a bandwidth of 100 [kHz] and center frequencies of 100 [kHz], 200 [kHz], and 300 [kHz], respectively. If the equation is satisfied, the frequency shifted by the optical frequency changing means is placed at the zero point position of the power spectrum taking the square shape of the SINC function, so that the power spectrum components are orthogonal to each other. .
なお、周波数持続時間Δtは測定に要求される距離分解能ΔZminから決まる。 The frequency duration Δt is determined from the distance resolution ΔZ min required for measurement.
条件3は演算処理装置25で光周波数の分離を実行するためには、ミキサー21でミキシングする第2の正弦波発生器22の出力信号の周波数を調整した後、数値化処理器24に入力される複数の周波数成分を持った電流信号の最小周波数と最大周波数が以下の関係式を満たすようにする必要がある。
電流の最大周波数が数値化処理器24のサンプリングレートの1/2以内という条件は、よく知られたナイキストのサンプリング定理よりの要請である。
条件4は、光周波数制御器13により複数の周波数成分をもった信号電流を周波数成分毎に分離するには、演算処理装置25において以下に説明する処理を施す必要があることを意味している。
The condition that the maximum current frequency is within half the sampling rate of the
Condition 4 means that in order to separate the signal current having a plurality of frequency components for each frequency component by the
これは周波数制御器13による周波数シフト間隔と演算処理による周波数分解能の自然数倍が一致しなければ、測定で得られる各周波数成分の信号パワーが互いに等しくならないためである。
数値化処理器24により離散的な値となった信号は、後述する離散フーリエ変換により、周波数毎の振幅値を算出することができる。その離散フーリエ変換を実行する際の窓関数の窓長をLとすると、得られる周波数スペクトルの周波数分解能はfs/Lとなる。周波数シフト間隔と周波数分解能を等しくするためには、以下の条件式が必要となる。
This is because the signal power of each frequency component obtained by the measurement is not equal to each other unless the frequency shift interval by the
An amplitude value for each frequency can be calculated from the signal which has become a discrete value by the digitizing
まず、局発光の電界分布を次式で表す。
First, the local electric field distribution is expressed by the following equation.
この時の電流信号は、次式で表される。
The current signal at this time is expressed by the following equation.
これに対し、条件2を満たした上で、周波数制御器13で周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数幅だけシフトさせた試験光を音響光学素子でパルス化し、FUT18に入射した場合には、その時刻を起点(t=0)として、t秒後に入射端に戻ってくる後方散乱光の電界分布は、次式で表される。
In contrast, when the condition light 2 is satisfied, the test light whose frequency is shifted by a predetermined frequency width at a predetermined time interval by the
この場合の後方散乱光と局発光が結合素子により合波された後に、受信したバランス型光受信器から出力される電流は、次式で表される。 In this case, after the backscattered light and the local light are combined by the coupling element, the current output from the received balanced optical receiver is expressed by the following equation.
ここで、n=fstはサンプリング指標であり、n=0,1,2,...,N-1の範囲の整数値をとる。また、Nはサンプリング総数であり、N=fsTとなる。ここで、Tは測定の繰り返し周期である。
Here, n = f s t is the sampling index, n = 0,1,2, ..., takes an integer value in the range of N-1. N is the total number of samplings, and N = f s T. Here, T is the measurement repetition period.
数値化処理器で得られた電流値i(n)に対して、演算処理装置25はまず、次式で表される離散フーリエ変換処理を行う。
For the current value i (n) obtained by the digitization processor, the
遅延時間については数値演算処理を用いて、(i-1)Δtだけそれぞれ時間をずらす操作を行うことで補正することができる。これよりL/2個の反射率および時間について等価なOTDR波形を一回の測定で得ることが出来る。
以上の演算処理で得られたL/2個のOTDR波形をすべて足し合わせ、L/2で割ることにより加算平均処理を行う。
図4(b)に以上の処理を施したOTDR波形の模式図を示す。
The delay time can be corrected by performing an operation of shifting the time by (i−1) Δt using numerical calculation processing. Accordingly, an OTDR waveform equivalent to L / 2 reflectances and time can be obtained by one measurement.
The L / 2 OTDR waveforms obtained by the above arithmetic processing are added together and divided by L / 2 to perform the averaging process.
FIG. 4B shows a schematic diagram of an OTDR waveform subjected to the above processing.
最後に、一連の測定および演算処理を繰り返し行い、得られた結果について加算平均処理させ、処理された数値列を対数表示し、最終的な高いダイナミックレンジを有したOTDR波形を得ることができる。
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る光パルス測定装置の構成を示すブロック構成図である。図5において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。図5において、バランス型光受信器20で得られた電流信号は信号分配器26でc系統のミキサー211〜21cに分配され、それぞれ第2の正弦波発生器221〜22cからの正弦波電流信号とミキシングされた後、LPF231〜23cで高周波成分が除去されて数値化処理器24に送られる。数値化処理器24では、全ての系統の電流信号を数値化し、演算処理装置25に送る。
Finally, a series of measurement and calculation processes are repeatedly performed, the obtained results are subjected to an averaging process, and the processed numerical sequence is logarithmically displayed to obtain an OTDR waveform having a final high dynamic range.
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a block configuration diagram showing the configuration of the optical pulse measurement device according to the second embodiment of the present invention. 5, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be described here. In FIG. 5, the current signal obtained by the balanced
本実施形態は第1の実施形態で実行した演算処理による周波数分離処理に代え、以下に説明するアナログ回路を用いて周波数分離することで、第1の実施形態で必要であった条件3および条件4が必要なくなる点に特徴がある。但し、第1の実施形態と比較し、装置についてのコストおよびサイズが大きくなることになる。
In this embodiment, instead of the frequency separation processing by the arithmetic processing executed in the first embodiment, the frequency separation is performed using an analog circuit described below, so that the
以下、第2の実施形態の動作について説明する。
バランス型光受信器20に光が受信されるまでの構成は第1の実施形態と同様の処理を施し、バランス型光受信器20から出力される信号は、信号分配器26によってc系統に分配される。ここで、cはc=1,2,3,…の値を持つ自然数である。分配後、各系統の信号電流はそれぞれミキサー211〜21cでνA +ν0 +Δν,νA +ν0 +2Δν,…,νA +ν0 +cΔνの周波数に設定された第2の正弦波発生器221〜22cからの電流とミキシングされる。各ミキサー211〜21cからの出力電流はパルス幅の逆数程度の遮断周波数に設定されたLPF221〜22cによって高周波成分が遮断される。ここで高周波成分を除去された各信号電流は各々数値化処理器24に入力され、数値化される。数値化されたc個のそれぞれの電流値は演算処理装置25によって2乗し、繰り返し測定を行い、加算平均処理を行う。これよりc個のOTDR波形を得ることができる。最後に、得られたc個のOTDR波形について遅延時間を補正し、加算平均処理させ、得られた数値列を対数表示し、最終的に高いダイナミックレンジを有したOTDR波形を得ることができる。
The operation of the second embodiment will be described below.
The configuration until the light is received by the balanced
(第3の実施形態)
図6は、本発明に係る光パルス試験装置の第3の実施形態の構成を示すブロック構成図である。本実施形態は、第1の実施形態で実行していた、バランス型光受信器20で得られた電流信号を第2の正弦波発生器22からの電流とミキサー21でミキシングする処理に代えて、局発光側に正弦波発生器22と同じ周波数シフト量を備えた光周波数シフター27を用いることを要旨とする。本実施形態の長所は以下説明する処理を光の信号の段階で処理するので、第1の実施形態の電気回路構成が少なくて済む。短所は光信号の装置構成部品が多くなることである。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment of the optical pulse testing apparatus according to the present invention. This embodiment replaces the process of mixing the current signal obtained by the balanced
以下、第3の実施形態の動作について説明する。
試験光についての処理は第1の実施形態と同様に行い、局発光の線路上には第1の実施形態の第2の正弦波発生器22と同じ|νA −ν0 |の周波数シフト量を備えた光周波数シフター27を配置する。具体的には、光周波数シフター27は音響光学素子を直流駆動した音響光学シフターである。試験光パルスによるFUT18からの後方散乱光は光サーキュレータ17に入力され、光パルス化処理器16の方向には戻らず、光受信器側のみに向かう。光サーキュレータ17から出力された後方散乱光は、局発光と結合素子で結合される。この結合素子からの出力光は、バランス型光受信器20で受信される。バランス型光受信器20からの出力電流は、遮断周波数が後段の数値化処理器24のサンプリングレート程度に設定されているLPF22によって高周波成分が遮断される。LPF22からの出力電流は数値化処理器24で数値化されてから、演算処理装置25に入力される。
The operation of the third embodiment will be described below.
The processing for the test light is performed in the same manner as in the first embodiment, and the frequency shift amount of | ν A −ν 0 | is the same as that of the second
演算処理装置25は第1の実施形態と同様の処理を行う。したがって、本実施形態の構成によれば、最終的に高いダイナミックレンジを有したOTDR波形を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
The
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種種の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different example embodiments may be combined as appropriate.
11…光源、12…分岐素子、13…光周波数制御器、14…第1正弦波発生器、15…光増幅器、16…光パルス化処理器、17…光サーキュレータ、18…FUT、19…結合素子、20…バランス型光受信器、21…ミキサー、22…第2の正弦波発生器、23…LPF(低域ろ過フィルタ)、24…数値化処理器、25…演算処理装置、信号分配器、27…光周波数シフター。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
光源からの出力光を2分岐して局発光と試験光とし、
前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させ、光増幅させ、光パルス化し、光サーキュレータを通過し、被試験光ファイバに繰り返し入射し、
前記光サーキュレータから出力される被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光と前記局発光を結合し光受信して電流信号を取得し、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、
前記試験光の複数の周波数成分による被試験光ファイバからの反射光及び後方散乱光それぞれの反射率分布を求めることを特徴とした光パルス試験方法。 In the optical pulse test method for measuring the reflectance distribution of reflected light and backscattered light from the optical fiber under test,
The output light from the light source is split into two to produce local light and test light.
The frequency of the test light is changed by a predetermined interval every predetermined time interval, optically amplified, converted into an optical pulse, passed through an optical circulator, and repeatedly incident on the optical fiber under test,
The backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical fiber under test output from the optical circulator and the local light are combined and received to obtain a current signal,
Separating the current signal into a plurality of frequency components;
An optical pulse test method characterized in that a reflectance distribution of each of reflected light and backscattered light from an optical fiber under test by a plurality of frequency components of the test light is obtained.
前記光源からの出力光を2分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、
前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させる光周波数制御手段と、
前記光周波数制御手段の出力を光増幅し光パルス化して光パルス信号を生成する光パルス化手段と、
前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取り込み出力する光サーキュレータと、
前記後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、
前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、
前記試験光の複数の周波数成分による被試験光ファイバからの反射光及び後方散乱光それぞれの反射率分布を求める演算処理手段と
を具備することを特徴とする光パルス試験装置。 A light source that emits coherent light;
Branching means for branching the output light from the light source to generate local light and test light;
An optical frequency control means for changing the frequency of the test light by a predetermined interval every predetermined time interval;
An optical pulse generating means for optically amplifying an output of the optical frequency control means to generate an optical pulse signal; and
An optical circulator that enters the optical pulse signal into the optical fiber under test, and captures and outputs backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical fiber under test;
An optical coupling means for optically coupling the backscattered light and the local light;
Optical receiving means for optically receiving the optically coupled optical signal to obtain a current signal;
Frequency separation means for separating the current signal into a plurality of frequency components;
An optical pulse testing apparatus comprising: arithmetic processing means for obtaining reflectance distributions of reflected light and backscattered light from the optical fiber under test by a plurality of frequency components of the test light.
信号電流を発生する局発信号源と、
前記光受信手段からの出力電流を前記局発信号源からの電流とミキシングするミキサーと、
前記ミキサーの出力電流を低域ろ過するフィルタと、
前記フィルタからの出力電流を数値化する数値化手段とを備え、
前記演算処理手段は、前記数値化手段から出力される電流値に対して演算処理を行い、周波数分離を行うことを特徴とする請求項2に記載の光パルス試験装置。 The frequency separation means includes
A local signal source for generating a signal current;
A mixer for mixing an output current from the optical receiving means with a current from the local signal source;
A filter for low-pass filtering the output current of the mixer;
Quantification means for quantifying the output current from the filter,
3. The optical pulse test apparatus according to claim 2, wherein the arithmetic processing unit performs arithmetic processing on the current value output from the digitizing unit to perform frequency separation.
前記光受信手段からの出力電流を複数の系統に分配する信号分配手段と、
分配された各系統の電流を周波数成分毎に分離するアナログ回路と
を備えることを特徴とする請求項2記載の光パルス試験装置。 The frequency separation means includes
Signal distribution means for distributing the output current from the optical receiving means to a plurality of systems;
3. An optical pulse test apparatus according to claim 2, further comprising an analog circuit that separates the distributed currents of each system for each frequency component.
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