JP2015143645A - 光パルス試験装置および光パルス試験装置の光強度安定化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マルチモード光ファイバを測定対象とする光源機能付きの光パルス試験装置において、装置を大型化することなく測定光の光強度を安定化させることが可能な光パルス試験装置を提供する【解決手段】レーザダイオードから出射されるモニタ光を受光して電気信号に変換する第１の受光器と、光カプラを通過した出射光の他の一部を分岐光として受光して電気信号に変換する第２の受光器と、第１の受光器が受光したモニタ光のパワーを検出する第１のパワー検出部と、第２の受光器が受光した分岐光のパワーを検出する第２のパワー検出部と、モニタ光のパワーと分岐光のパワーとに基づいて、測定光の光強度が所定の値となるように出射光の光強度を安定化させる光強度制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本願発明は、光ファイバ等の長手方向の特性を測定する光パルス試験装置に関する。

光パルス試験装置はパルス光を光ファイバに入射し、その際に生じる戻り光の時間変化を測定することにより、光ファイバの長手方向の特性を把握する試験装置である。この光パルス試験装置には、大別して、建物内に設置され、継続的に光ファイバの特性を測定する据え置き型の試験装置と、光ファイバの設置・保守等の現場において、作業員が持ち運べるように構成された携帯型の試験装置とがある。

後者の携帯型の光パルス試験装置に対しては、光ファイバの設置・保守の便宜のために、連続光の光源としての機能が組み込まれていることがある（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の、光源機能を有する光パルス試験装置の例を図４に示す。図４の光パルス試験装置は、タイミング発生部４１と、レーザモジュール４２と、光カプラ４３と、接続部４４と、受光器４５と、測定部４６と、表示部４７と、光強度制御部４８と、ダミーファイバ４９とを備えている。測定部４６は、ＯＴＤＲ測定部４６＿１と、光強度算出部４６＿２とを備えている。なお、ＯＴＤＲはＯｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒの略である。

特許文献１に記載の光パルス試験装置では、ＯＴＤＲ測定部４６＿１で測定された接続部４４における反射光の光レベルと、予め求められた接続部４４の反射減衰量とに基づいて、光強度算出部４６＿２がレーザモジュール４２から出射される測定光の光強度を算出し、更に光強度制御部４８が光強度算出部４６＿２で算出された光強度が所定の値となるようにレーザモジュール４２から出射される測定光の光強度を安定化させることにより、光源としての機能を実現していた。

特開２０１３−１４０１２０号公報 特開平３−１４４３３７号公報

いっぽう、光パルス試験装置には、シングルモード光ファイバを測定対象とするものと、マルチモード光ファイバを測定対象とするものがある。例えば、マルチモード光ファイバを測定対象とする光パルス試験装置においては、内部の構成部品もマルチモード光ファイバで構成される。

通常レーザモジュールから出射されたレーザ光のマルチモード光ファイバ中の伝搬モードは十分にモードが励振された定常モードをなしておらず、偏りを持つ。この場合、温度やレーザモジュール４２の駆動電流などの変動によりマルチモード光ファイバ中の光の伝搬モードが変化すると、光カプラ４３の分岐比も大きく変動する。このように光カプラ４３の分岐比が変動してしまうと、光強度算出部４６＿２が正しく光強度を算出することができなくなり、レーザモジュール４２から出射される測定光の光強度を安定化させることができない。

このような伝搬モードの変化に起因する光カプラ４３の分岐比の変動を抑制するための技術として、レーザモジュール４２の直後に、５００ｍ〜１ｋｍほどの長さのステップインデックスファイバや圧電素子を用いた励振器を挿入し、定常モードを励振する方法もある（例えば特許文献２）。

しかし励振器を挿入する方法では光パルス試験装置が大型化してしまい、携帯型の光パルス試験装置としては適当でない。

本願発明は、マルチモード光ファイバを測定対象とする光源機能付きの光パルス試験装置において、装置を大型化することなく測定光の光強度を安定化させることが可能な光パルス試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の光パルス試験装置は、被測定マルチモード光ファイバが接続可能な接続部と、所定波長の出射光を発生するレーザダイオードと、マルチモード光ファイバから構成され、前記レーザダイオードから出射される前記出射光を受けて、当該出射光の一部を測定光として前記接続部を介して前記被測定マルチモード光ファイバに出射するとともに、前記被測定マルチモード光ファイバから前記接続部を介して入射される前記測定光の戻り光を受ける光カプラと、前記光カプラから前記戻り光の一部を受光して電気信号に変換する戻り光受光器と、前記戻り光受光器が出力する電気信号に基づいて、前記被測定マルチモード光ファイバの特性を測定するＯＴＤＲ測定部とを備えた光パルス試験装置において、前記レーザダイオードから出射されるモニタ光を受光して電気信号に変換する第１の受光器と、前記光カプラを通過した前記出射光の他の一部を分岐光として受光して電気信号に変換する第２の受光器と、前記第１の受光器が出力する電気信号に基づいて前記第１の受光器が受光した前記モニタ光のパワーを検出する第１のパワー検出部と、前記第２の受光器が出力する電気信号に基づいて前記第２の受光器が受光した前記分岐光のパワーを検出する第２のパワー検出部と、前記モニタ光のパワーと前記分岐光のパワーとに基づいて、前記接続部から出射される前記測定光の光強度が所定の値となるように前記出射光の光強度を安定化させる光強度制御部とを備える。

本願発明によれば、光カプラの分岐比が変動しても、第１のパワー検出部と第２のパワー検出部がそれぞれ検出したパワーに基づいて、接続部から出射される測定光の光強度を安定化させることができる。

本願発明は、前記光強度制御部が、所定の定数αが乗算された前記モニタ光のパワーの、前記分岐光のパワーに対する差分を算出し、当該差分に対応する電圧を出力する減算器と、所定の基準電圧を供給する基準電圧供給部と、前記差分に対応する電圧を前記基準電圧供給部から供給された前記基準電圧と比較する比較器と、前記比較器による比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より小さい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を増加させ、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を減少させる電流制御部とを備えるように構成してもよい。

比較器の比較結果に応じて、自動的にレーザモジュールが出射する測定光のパワーを安定化させることができる。

上記目的を達成するために、光本願発明のパルス試験装置の光強度安定化方法は、レーザダイオードが連続光を出射する段階と、前記レーザダイオードが出射する前記連続光をマルチモード光ファイバから構成される光カプラに導き、該光カプラが出力する前記連続光の一部を測定光として被測定マルチモード光ファイバに出射する段階と、前記レーザダイオードが出射するモニタ光を受光して当該モニタ光のパワーを検出する段階と、前記光カプラが出力する前記連続光の他の一部を分岐光として受光して当該分岐光のパワーを検出する段階と、前記モニタ光のパワーと前記分岐光のパワーとに基づいて、前記被測定マルチモード光ファイバに出射される前記測定光の光強度が所定の値となるように前記連続光の光強度を制御する段階とを備える。

本願発明によれば、光カプラの分岐比が変動しても、第１のパワー検出部と第２のパワー検出部がそれぞれ検出したパワーに基づいて、接続部から出射される測定光の光強度を安定化させることができる。
本願発明の前記連続光の光強度を制御する段階は、所定の基準電圧を供給する段階と、所定の定数αが乗算された前記モニタ光のパワーの、前記分岐光のパワーに対する差分を算出し、当該差分に対応する電圧を出力する段階と、前記差分に対応する電圧を前記基準電圧と比較する段階と、前記比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より小さい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を増加させる段階と、前記比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を減少させる段階とを備えてもよい。

差分に対応する電圧と基準電圧との比較結果に応じて、自動的にレーザモジュールが出射する測定光のパワーを安定化させることができる。

本願発明によれば、マルチモード光ファイバを測定対象とする光源機能付きの光パルス試験装置において、装置を大型化することなく測定光の光強度を安定化させることが可能な光パルス試験装置を提供することができる。

実施形態に係る光パルス試験装置の構成を示す。 実施形態に係る光パルス試験装置において、光強度制御部の構成を示す。 実施形態に係る光パルス試験装置の、光強度を制御する方法を示す。 従来の光パルス試験装置の構成の一例を示す。

添付の図面を参照して本願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願発明の実施の例であり、本願発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る光パルス試験装置の一例を示す。本実施形態に係る光パルス試験装置は、タイミング発生部１、光強度制御部２、レーザモジュール１２、光カプラ４、接続部５、戻り光受光部６、ＯＴＤＲ測定部７、第１のパワー検出部９、第２の受光部１０、第２のパワー検出部１１を備える。レーザモジュール１２はレーザダイオード（ＬＤ）３及び第１の受光部８を備える。接続部５には、被測定物であるマルチモード光ファイバ（不図示）が接続されている。

タイミング発生部１は、ユーザの設定又は被測定物であるマルチモード光ファイバの長さに応じて、パルス光を出射する繰返し周期を決定し、パルス光を出射するタイミングを光強度制御部２に指示する。なお、ＬＤ３が連続光を出力する場合は、タイミング発生部１は動作しないように設定される。

光強度制御部２はタイミング発生部１からの指示によってＬＤ３を駆動する。ＬＤ３が連続光を出力する場合の安定化制御については後述する。

ＬＤ３は半導体レーザダイオードから構成され、所定の波長で出射光を出射する。ここで、ＬＤ３は前面と後面の２方向に光を出射する。以下では、前面に出射された光を出射光と記載し、後面に出射された光をモニタ光と記載する。出射光は、マルチモード光ファイバを経由して光カプラ４に導かれる。モニタ光は、別のマルチモード光ファイバを経由して第１の受光部８に導かれる。なお、光を１方向にのみ出射するようなレーザダイオードを用いる場合は、ハーフミラー等を用いて測定光を分岐させ、分岐した一方を出射光とし、他方をモニタ光として用いても良い。

光カプラ４は、入力２ポート、出力２ポートのものが用いられる。なお、光カプラの性質上、入力ポートと出力ポートの物理的な区別はなく、入力ポート／出力ポートという名前は便宜上のものである。また、本実施の形態に係る光パルス試験装置はマルチモード光ファイバを測定する用途で用いられるものであるので、光カプラ４もマルチモード光ファイバから構成されている。

光カプラ４の入力ポートの１端はＬＤ３に接続されている。光カプラ４の入力ポートの他の１端は戻り光受光器６に接続されている。光カプラ４の出力ポートの１端は接続部５に接続されている。光カプラ４の出力ポートの他の１端は第２の受光部１０に接続されている。以下では、ＬＤ３からの出射光のうち、光カプラ４で分岐されて接続部５に向かう光を測定光と記載し、第２の受光部１０に向かう光を分岐光と記載する。

接続部５には、被測定物であるマルチモード光ファイバ（不図示）が接続される。マルチモード光ファイバに測定光が入射すると、測定光は光ファイバ内の各点において散乱を受け、散乱光の一部は接続部５に戻ってくる。以下では、この接続部５に戻ってきた散乱光を戻り光と記載する。接続部５は、被測定物であるマルチモード光ファイバからの戻り光を受けて光カプラ４に戻す。光カプラ４は、接続部５からの戻り光を受けて、その一部を戻り光受光器６に出射する。

戻り光受光器６は光カプラ４を経由した戻り光を受光し、電気信号に変換する。

ＯＴＤＲ測定部７は、戻り光受光器６が出力する電気信号に基づいて、被測定物であるマルチモード光ファイバの特性を測定する。

なお、本実施形態に係る光パルス試験装置は、ユーザが各種設定を行うための入力手段や、ＯＴＤＲ測定部７による測定結果を表示するための表示手段を備えていても良い。また、これら入力手段や表示手段を備えた外部の制御装置を接続し、光パルス試験装置との間で入出力を行うように構成しても良い。

第１の受光器８は、ＬＤ３のモニタ光を受光し、電気信号に変換する。

第１のパワー検出部９は、第１の受光器８が出力する電気信号に基づいて、第１の受光器８が受光したモニタ光のパワー（以下、モニタ光パワーと記載する）を測定する。

第２の受光器１０は、光カプラ４の出力ポートの他の１端に接続され、光カプラ４からの分岐光を受光して電気信号に変換する。

第２のパワー検出部１１は、第２の受光器１０が出力する電気信号に基づいて、第２の受光器１０が受光した分岐光のパワー（以下、分岐光パワーと記載する）を測定する。

図２に、光強度制御部２の具体的な構成の一例を示す。本実施形態に係る光強度制御部２は、減算器２１、基準電圧供給部２２、比較器２３、電流制御部２４を備える。

減算器２１は、モニタ光パワーと分岐光パワーの差分を、電圧として出力する。ただし、後述するように、モニタ光パワーには比例定数αが乗算されている。

基準電圧供給部２２は、本実施形態に係る光パルス試験装置が連続光の光源として用いられる場合に、ユーザが所望する連続光のパワーに対応した基準電圧を供給する。

比較器２３は、減算器２１が出力する差分電圧を、基準電圧供給部２２が出力する基準電圧と比較する。

電流制御部２４は、比較器２３の比較結果を受けて、ＬＤ３に供給する駆動電流を制御する。

以下、図３を用いて、本実施形態に係る光パルス試験装置が連続光の光源として用いられる場合の、光強度制御部２の動作について説明する。

まず、第１のパワー検出部９が測定したモニタ光パワーをＰ１とし、第２のパワー検出部１１が測定した分岐光パワーをＰ２とし、接続部５から出力される測定光のパワーをＰ０とすると、これらのパワーには以下の関係が成立する。

Ｐ０ ＋ Ｐ２ ＝ αＰ１ （式１）
ここで、αは本実施形態に係る光パルス試験装置に固有の比例定数である。

比例定数αを決定するために、接続部５に受光器を接続し、光強度制御部２を任意の強度に設定して、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２を測定する。この測定により、以下の式から、比例定数αが決定される（Ｓ１）。

α ＝ （Ｐ０ ＋ Ｐ２） ／ Ｐ１ （式２）
αの決定は、本実施形態に係る光パルス試験装置を製造した時点で行っても良いし、本実施形態に係る光パルス試験装置を実際に使用する直前に行っても良い。

本実施形態に係る光パルス試験装置が連続光の光源として用いられる場合に、ユーザが所望する測定光のパワーＰ０を入力する。基準電圧供給部２２は、Ｐ０に対応した基準電圧を供給する（Ｓ２）。

減算器２１は、第１のパワー検出部９が測定したＰ１及び第２のパワー検出部１１が測定したＰ２に基づいて、以下の式により、接続部５から現在出力されている測定光のパワーＰ０を算出し、このＰ０に対応する電圧を出力する（Ｓ３）。

Ｐ０ ＝ αＰ１ − Ｐ２ （式３）
比較器２３は、減算器２１から出力されるＰ０に対応した電圧を、基準電圧供給部２２から供給される基準電圧と比較する（Ｓ４）。

Ｐ０に対応した電圧が基準電圧より小さい場合（Ｓ４でＹｅｓ）、電流制御部２４は、ＬＤ３に供給する駆動電流を増加させる（Ｓ５）。

Ｐ０に対応した電圧が基準電圧より大きい場合（Ｓ４でＮｏ）、電流制御部２４は、ＬＤ３に供給する駆動電流を減少させる（Ｓ６）。なお、駆動電流の増加又は減少は、あらかじめ決められたステップ幅で変化させても良いし、Ｐ０に対応した電圧と基準電圧との差に応じてステップ幅を可変としても良い。

電流制御部２４がＬＤ３に供給する駆動電流を増加又は減少させた後は、Ｓ３に戻り、以後、比較と制御を繰り返す。以上の動作により、本実施形態に係る光パルス試験装置が連続光の光源として用いられる場合に、接続部５から出力される測定光のパワーＰ０は、ユーザが所望するパワーに常に保持される。

このように、本願発明に係る光パルス試験装置は、連続光の光源として用いられる場合に常に一定のパワーに保持されるため、マルチモード光ファイバを測定対象とする光源機能付きの光パルス試験装置において、装置を大型化することなく測定光の光強度を安定化させることができる。

（実施形態２）
ＯＴＤＲ測定におけるパルス光を出力する場合でも、本発明を適用して安定したパルス光を出射することができる。この場合は、光強度制御部２においてモニタ光パワーＰ１および分岐光パワーＰ２のパルスのピークを、タイミング発生部１の指示に合わせてサンプルホールド回路などによってサンプルするようにすればよい。安定化制御については、連続光を出力する場合と同じ制御方法を適用することができる。

本願発明は、情報通信産業に適用することができる。

１：タイミング発生部
２：光強度制御部
３：レーザダイオード（ＬＤ）
４：光カプラ
５：接続部
６：戻り光受光器
７：ＯＴＤＲ測定部
８：第１の受光器
９：第１のパワー検出部
１０：第２の受光器
１１：第２のパワー検出部
１２：レーザモジュール
２１：減算器
２２：基準電圧供給部
２３：比較器
２４：電流制御部

Claims (4)

1. 被測定マルチモード光ファイバが接続可能な接続部（５）と、
   所定波長の出射光を発生するレーザダイオード（３）と、マルチモード光ファイバから構成され、前記レーザダイオードから出射される前記出射光を受けて、当該出射光の一部を測定光として前記接続部を介して前記被測定マルチモード光ファイバに出射するとともに、前記被測定マルチモード光ファイバから前記接続部を介して入射される前記測定光の戻り光を受ける光カプラ（４）と、
   前記光カプラから前記戻り光の一部を受光して電気信号に変換する戻り光受光器（６）と、
   前記戻り光受光器が出力する電気信号に基づいて、前記被測定マルチモード光ファイバの特性を測定するＯＴＤＲ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）測定部（７）と
   を備えた光パルス試験装置において、
   前記レーザダイオードから出射されるモニタ光を受光して電気信号に変換する第１の受光器（８）と、
   前記光カプラを通過した前記出射光の他の一部を分岐光として受光して電気信号に変換する第２の受光器（１０）と、
   前記第１の受光器が出力する電気信号に基づいて前記第１の受光器が受光した前記モニタ光のパワーを検出する第１のパワー検出部（９）と、
   前記第２の受光器が出力する電気信号に基づいて前記第２の受光器が受光した前記分岐光のパワーを検出する第２のパワー検出部（１１）と、
   前記モニタ光のパワーと前記分岐光のパワーとに基づいて、前記接続部から出射される前記測定光の光強度が所定の値となるように前記出射光の光強度を安定化させる光強度制御部（２）と
   を備える光パルス試験装置。
2. 前記光強度制御部が、
   所定の定数αが乗算された前記モニタ光のパワーの、前記分岐光のパワーに対する差分を算出し、当該差分に対応する電圧を出力する減算器（２１）と、
   所定の基準電圧を供給する基準電圧供給部（２２）と、
   前記差分に対応する電圧を前記基準電圧供給部から供給された前記基準電圧と比較する比較器（２３）と、
   前記比較器による比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より小さい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を増加させ、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を減少させる電流制御部（２４）と
   を備える、請求項１に記載の光パルス試験装置。
3. レーザダイオードが連続光を出射する段階と、
   前記レーザダイオードが出射する前記連続光をマルチモード光ファイバから構成される光カプラに導き、該光カプラが出力する前記連続光の一部を測定光として被測定マルチモード光ファイバに出射する段階と、
   前記レーザダイオードが出射するモニタ光を受光して当該モニタ光のパワーを検出する段階と、
   前記光カプラが出力する前記連続光の他の一部を分岐光として受光して当該分岐光のパワーを検出する段階と、
   前記モニタ光のパワーと前記分岐光のパワーとに基づいて、前記被測定マルチモード光ファイバに出射される前記測定光の光強度が所定の値となるように前記連続光の光強度を制御する段階と
   を備える光パルス試験装置の光強度安定化方法。
4. 前記連続光の光強度を制御する段階は、
   所定の基準電圧を供給する段階（Ｓ２）と、
   所定の定数αが乗算された前記モニタ光のパワーの、前記分岐光のパワーに対する差分を算出し、当該差分に対応する電圧を出力する段階（Ｓ３）と、
   前記差分に対応する電圧を前記基準電圧と比較する段階（Ｓ４）と、
   前記比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より小さい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を増加させる段階（Ｓ５）と、
   前記比較の結果、前記差分に対応する電圧が前記基準電圧より大きい場合、前記レーザダイオードに供給する駆動電流を減少させる段階（Ｓ６）と
   を備える、請求項３に記載の光パルス試験装置の光強度安定化方法。

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