JP2017191046A - 光パルス試験装置および光パルス試験方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】2モード動作する波長で被試験光ファイバに入射した光パルスの戻り光のLP11モードに対する受信感度を改善できる光パルス試験装置および光パルス試験方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る光パルス試験装置は、戻り光のLP01、LP11a、LP11bモードを個別に受光及び解析し、各モード成分に対する強度分布を取得する。本光パルス試験装置は、さらに戻り光のLP11aとLP11bモードを個別に受光した信号を加算し解析することで、LP11モード成分の受信感度を向上させることができる。【選択図】図1
Description
本開示は、光ファイバの特性を検出するための光パルス試験装置および光パルス試験方法に関する。
光通信サービスの普及から十年以上が経過し、光設備の経年劣化による故障発生が懸念されている。その中で光線路においては、光ファイバの曲げや接続部が故障の発生しやすい箇所となっている。故障を未然に防ぐために、定期的な試験を行うなどにより、光ファイバに生じる異常箇所を早期に発見することが重要である。
光ファイバの試験方法としては、光パルス試験装置(Optial Time Domain Reflectometer、以後OTDR)が著名である。OTDRは、パルス化された試験光を被試験光ファイバ(Fiber Under Test、以後FUT)に入射し、光ファイバ内を伝搬する試験光パルスに由来するレイリー散乱光の後方散乱光やフレネル反射光の強度とラウンドトリップ時間に基づき分布データ(OTDR波形)を取得する方法および装置である。この技術は、光ファイバの破断や損失増加などの異常箇所を検出し、その位置を特定するために用いることができる。
非特許文献1では、曲げによる光ファイバの異常を汎用的なOTDRよりも高感度に検知可能な技術として、汎用的なシングルモードファイバ(Single−mode Fiber、以後SMF)が2モード動作する波長の試験光とモード合分波器を用いて、後方散乱光の第一高次モード(LP11モード)を測定する技術(1μm帯モード検出OTDR)が開示されている。さらに、非特許文献2では、1μm帯モード検出OTDRで測定される後方散乱光の基本モード(LP01モード)およびLP11モードに生じる損失の比率を評価することで、光ファイバに生じる損失要因を識別する手法が開示されている。
A. Nakamura, K. Okamoto, Y. Koshikiya, T. Manabe, M. Oguma, T. Hashimoto and M. Itoh, "High−sensitivity detection of fiber bends: 1−μm−band mode−detection OTDR", J. Lightw. Technol., vol. 33, no. 23, pp. 4862−4869, 2015.
A.Nakamura, K. Okamoto, Y. Koshikiya, T. Manabe, M. Oguma, T. Hashimoto, and M. Itho, "Identification of loss factors by evaluating backscattered modal loss ratio obtained with 1−μm−band mode−detection OTDR", in Proc.Opt. Fiber Commun., Los Angeles, CA, Mar. 2015, paper W4I.1.
Nobutomo Hanzawa, Kunimasa Saitoh, Taiji Sakamoto, Kyouzo Tsujikawa, Takui Uematsu, Masanori Koshiba and Fumihiko Yamamoto, "There−mode PLC−type multi/demultiplexer for mode−division multiplexing transmission", ECOC2013, Tu.1.B.3, 2013.
ところで、光ファイバにおけるLP11モードは直交する2つの空間モードが存在し、その強度と位相の分布によってLP11aモードおよびLP11bモードの2種類に分類される。ここで、非特許文献1および2の手法においては、後方散乱光のLP01モードとLP11モード成分をモード合分波器で分離しているが、モード合分波器の性質上、一般的に直交する2つのLP11モードは同時にLP11aモードおよびLP11bモードに分離される。すなわち、LP11aモードおよびLP11bモードを個別の光受信器で受光または一方のみを光受信器で受光するため、LP11モードを一括で受光する場合に比べて受信感度が劣化するという課題があった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、2モード動作する波長で被試験光ファイバに入射した光パルスの戻り光のLP11モードに対する受信感度を改善できる光パルス試験装置および光パルス試験方法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、本開示の光パルス試験方法は、戻り光の全てのモード成分について強度分布を取得することとした。
具体的には、本開示の光パルス試験方法は、
被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射する入射手順と、
前記入射手順で前記被試験光ファイバに入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード分波手順と、
前記モード分波手順で分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の3成分それぞれの強度分布を取得する演算処理手順と、
を行う。
被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射する入射手順と、
前記入射手順で前記被試験光ファイバに入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード分波手順と、
前記モード分波手順で分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の3成分それぞれの強度分布を取得する演算処理手順と、
を行う。
本光パルス試験方法は、戻り光の全てのモード成分について強度分布を取得しており、戻り光の情報を全て演算処理に使用することができる。つまり、LP11aモードの強度分布とLP11bモードの強度分布の双方の情報を使用することで、LP11モードの受信感度を改善することができる。
具体的には、本開示の光パルス試験方法の前記演算処理手順では、光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得することが好ましい。
LP11aモードの強度分布とLP11bモードの強度分布を加算することでLP11モードの受信感度を改善することができる。このような光パルス試験方法を実現できる光パルス試験装置は次の通りである。
本開示の光パルス試験装置は、
被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理部と、
を備える。
被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理部と、
を備える。
本光パルス試験装置は、戻り光のLP01、LP11a、LP11bモードを個別に受光及び解析し、各モード成分に対する強度分布を取得する。本光パルス試験装置は、さらに戻り光のLP11aとLP11bモードを個別に受光した信号を加算し解析することで、LP11モード成分の受信感度を向上させることができる。
本発明は、2モード動作する波長で被試験光ファイバに入射した光パルスの戻り光のLP11モードに対する受信感度を改善できる光パルス試験装置および光パルス試験方法を提供することができる。
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、実施形態に係わる光パルス試験装置101の構成例を説明するための図である。光パルス試験装置101は、OTDRの原理に基づいて、被試験光ファイバ10からの戻り光のラウンドトリップ時間に対する強度分布を解析して被試験光ファイバ10の特性を算出する。ここで、光パルス試験装置101は、被測定光ファイバ10に実効遮断波長より短い波長の光パルスを入力する。実効遮断波長より短い波長の光は被測定光ファイバ10をマルチモード伝搬することができる。
光パルス試験装置101は、
被試験光ファイバ10を基本モード(LP01)と第1高次モード(LP11)で伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部Aと、
生成部Aが生成した試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ10に入射し、かつ試験光パルス10からの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モード(LP11aとLP11b)の3成分に分離するモード合分波部Bと、
モード合分波部Bが分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する受光部Cと、
受光部Cが出力する前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び受光部Cが出力する前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理部Dと、
を備える。
被試験光ファイバ10を基本モード(LP01)と第1高次モード(LP11)で伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部Aと、
生成部Aが生成した試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ10に入射し、かつ試験光パルス10からの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モード(LP11aとLP11b)の3成分に分離するモード合分波部Bと、
モード合分波部Bが分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する受光部Cと、
受光部Cが出力する前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び受光部Cが出力する前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理部Dと、
を備える。
生成部Aは、被試験光ファイバ10を基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順を行う。
モード合分波部Bは、前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ10に入射する入射手順と、前記入射手順で被試験光ファイバ10に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード分波手順を行う。
受光部Cは、前記モード分波手順で分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する。
演算処理部Dは、被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の3成分それぞれの強度分布を取得するとともに、光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理手順を行う。
モード合分波部Bは、前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで被試験光ファイバ10に入射する入射手順と、前記入射手順で被試験光ファイバ10に入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード分波手順を行う。
受光部Cは、前記モード分波手順で分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する。
演算処理部Dは、被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の3成分それぞれの強度分布を取得するとともに、光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して被試験光ファイバ10の距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理手順を行う。
生成部Aは、光源11、パルス発生器12及び光強度変調器13を有する。光源11から出力される連続光は、パルス発生器12の信号に従って光強度変調器13でパルス化される。光強度変調器13は、例えば音響光学素子をパルス駆動するようにした音響光学スイッチを備える、音響光学変調器である。本実施形態では、光源11から出力される連続光の波長を、被試験光ファイバ10が2モード動作する波長である場合を例にとって説明する。
モード合分波部Bは、光サーキュレータ14及びモード合分波器15を有する。光強度変調器13で生成された試験光パルスは、光サーキュレータ14を介してモード合分波器15に入射される。モード合分波器15は、例えば非特許文献3に記載されるような平面光波回路で構成された方向性結合器を備える、モード合分波器である。試験光パルスは、モード合分波器15で任意のモードに変換されて被試験光ファイバ10に入射される。
試験光パルスが被試験光ファイバ10を伝搬する際に発生した戻り光は、モード合分波器15に再入射される。このとき戻り光のLP01モード、LP11aモード、LP11bモード成分はモード合分波器15で分離される。
試験光パルスが被試験光ファイバ10を伝搬する際に発生した戻り光は、モード合分波器15に再入射される。このとき戻り光のLP01モード、LP11aモード、LP11bモード成分はモード合分波器15で分離される。
受光部Cは、3つの光受信器(16、17、18)を有する。モード合分波器15でモード毎に分離された戻り光のうち、1のモード成分(例えばLP01)は光サーキュレータ14を経由して光受信器16に、他のモード成分(例えばLP11aとLP11b)は光受信器17、18に入射され、光電変換される。
演算処理部Dは、A/D(アナログ/デジタル)変換器19、信号処理回路21及び演算処理回路21を有する。光受信器16、17および18からの電気信号は、A/D変換器19でデジタルデータに変換される。前記デジタルデータは信号処理回路21に入力される。
信号処理回路21は、戻り光のLP01、LP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S1(z)、S2(z)およびS3(z)を取得する。さらに、演算処理回路21は、戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S2(z)およびS3(z)を加算し、LP11モード成分の強度分布S4(z)を取得する。図2は戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布((A)と(B))と、それらを加算後のLP11モード成分に対する強度分布(C)を概略的に示した図である。
信号処理回路21は、戻り光のLP01、LP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S1(z)、S2(z)およびS3(z)を取得する。さらに、演算処理回路21は、戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S2(z)およびS3(z)を加算し、LP11モード成分の強度分布S4(z)を取得する。図2は戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布((A)と(B))と、それらを加算後のLP11モード成分に対する強度分布(C)を概略的に示した図である。
以下、LP11モード成分の強度分布S4(z)を取得することによる受信感度の改善について説明する。
戻り光におけるLP11aおよびLP11bモード成分の強度をP2(z)およびP3(z)とし、それぞれが受光される光受信器におけるノイズをσ2およびσ3とする。このとき、戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S2(z)およびS3(z)は以下の式で表される。
したがって、LP11モード成分の強度分布S4(z)は以下の式で表される。
さらに、戻り光の距離に対する強度分布を取得する際、信号対雑音強度比(Signal to Noise Ratio、以後SNR)を改善するために、N回加算平均処理を行う。N回加算平均処理後の戻り光のLP11aおよびLP11bモード成分に対する強度分布S2(z、N)およびS3(z、N)は以下の式で表される。
また、N回加算平均処理後の戻り光におけるLP11モード成分の強度分布S4(z、N)は以下の式で表される。
σ=σ2=σ3とすると、式(4)〜(6)より、S2(z、N)、S3(z、N)およびS4(z、N)のSNRは以下の式で表される。
式(7)〜(9)より、SNR2およびSNR3に対するSNR4の比は、P2(z)=P3(z)のときに最大値√2となることがわかる。すなわち、最大で受信感度を1.5dB改善可能である。
以上のように、光パルス試験器101は、戻り光のLP11a、LP11bモード成分の信号を加算し、前記加算した信号を解析することで、戻り光のLP11モードに対する受信感度を向上させることができる。
(他の実施形態)
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、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。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10:被測定光ファイバ
11:光源
12:パルス発生器
13:光強度変調器
14:光サーキュレータ
15:モード合分波器
16、17、18:光受信器
19:A/D変換器
20:信号処理回路
21:演算処理回路
101:光パルス試験装置
11:光源
12:パルス発生器
13:光強度変調器
14:光サーキュレータ
15:モード合分波器
16、17、18:光受信器
19:A/D変換器
20:信号処理回路
21:演算処理回路
101:光パルス試験装置
Claims (3)
- 被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成部と、
前記生成部が生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射し、かつ前記試験光パルスからの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード合分波部と、
前記モード合分波部が分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換する受光部と、
前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び前記受光部が出力する前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得する演算処理部と、
を備える光パルス試験装置。 - 被試験光ファイバを基本モードと第1高次モードで伝搬可能な波長の試験光パルスを生成する生成手順と、
前記生成手順で生成した前記試験光パルスを任意のモードで前記被試験光ファイバに入射する入射手順と、
前記入射手順で前記被試験光ファイバに入射した前記試験光パルスの戻り光を基本モード及び直交する2つの第1高次モードの3成分に分離するモード分波手順と、
前記モード分波手順で分離した前記戻り光の3成分それぞれを光電変換し、前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の3成分それぞれの強度分布を取得する演算処理手順と、
を行う光パルス試験方法。 - 前記演算処理手順では、
光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち前記戻り光の基本モード成分から前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の基本モード成分の強度分布、及び光電変換した前記戻り光の3成分の信号のうち第1高次モードの2成分の信号を加算して前記被試験光ファイバの距離に対する前記戻り光の第1高次モード成分の強度分布を取得することを特徴とする請求項2に記載の光パルス試験方法。
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A02 | Decision of refusal |
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