JP2022052280A

JP2022052280A - オプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法

Info

Publication number: JP2022052280A
Application number: JP2020158557A
Authority: JP
Inventors: 涼太高須; Ryota Takasu; 太一村上; Taichi Murakami; 正幸篠原; Masayuki Shinohara
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2022-04-04

Abstract

【課題】分布帰還型レーザ（ＤＦＢ－ＬＤ）を用いてもノイズを低減させ、精度よく被測定光ファイバの距離に対する損失分布を得ることができるオプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法を提供する。
【解決手段】ＤＦＢ－ＬＤ１０１が、被測定光ファイバ２に入射させる光パルスを出射する。受光部１０６が、被測定光ファイバ２から戻ってくる光パルスの戻り光を受光する。信号処理部１０８が、受光部１０６から出力される電気信号に基づいて被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布を求める。メディアンフィルタ処理部１０９が、被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布にメディアンフィルタ処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、オプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法、に関する。

上述したオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（以下、ＯＴＤＲ）は、被測定光ファイバへ光パルスを入射し、この光ファイバから戻ってくる後方散乱光等の戻り光の分布波形を、被測定光ファイバの距離に対する損失分布として求める装置である。上記戻り光は、受光器により受光されて電気信号（出力信号）に変換される。

また、受光器によって変換された電気信号に、ノイズを低減させるために平均化フィルタ処理を行い、平均化フィルタ処理が行われた電気信号に基づいて戻り光の分布波形を求める技術が提案されている（特許文献１）。

国際公開第２００８／００４４４３号

しかしながら、光パルスを入射するための光源として、ＤＦＢ－ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｅｅｄｂａｃｋｌａｓｅｒｄｉｏｄｅ；分布帰還型レーザ）を用いると、上述したように平均化フィルタ処理を行っても、十分にノイズを低減することができず、正確に戻り光の分布波形を求めることができない、という問題があった。これは、波長が長くなるほど戻り光の受光レベルが低下する、もしくはＤＦＢ－ＬＤの干渉性ノイズの影響により、Ｓ／Ｎ比が悪化するためである。

そこで、光パルスの幅を広げて、戻り光の受光レベルを高めることが考えられる。しかしながら、光パルスの幅を広げると、ダイナミックレンジは拡大するが、デッドゾーンが広くなる、という問題があった。また、平均化フィルタ処理の平均時間を増やすことで、ダイナミックレンジを拡大することも考えられる。しかしながら、上記ＯＴＤＲでは、デッドゾーンを解消するためにダミーファイバが内蔵されることがある。そして、測定前に、ダミーファイバと、被測定ファイバと、損失差に基づいて、両ファイバの接続の良否を判定するコネクションチェックが行われている。このコネクションチェックでは接続の良否をリアルタイムに表示しているため、上述したように平均時間を増やすと、更新頻度が低下するため、ユーザビリティが低下する、という問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、分布帰還型レーザを用いてもノイズを低減させ、精度よく被測定光ファイバの距離に対する損失分布を得ることができるオプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るオプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法は、下記［１］～［５］を特徴としている。
［１］
被測定光ファイバ（２）に入射させる光パルスを出射する分布帰還型レーザ（１０１）と、
前記被測定光ファイバ（２）から戻ってくる前記光パルスの戻り光を受光する受光部（１０６）と、
前記受光部（１０６）から出力される電気信号に基づいて前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求める信号処理部（１０８）と、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布にメディアンフィルタ処理を行うメディアンフィルタ処理部（１０９）と、を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）であること。
［２］
［１］に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記分布帰還型レーザ（１０１）の波長は、１６５０ｎｍ以上である、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）であること。
［３］
［１］に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布に平均化フィルタ処理を行う平均化フィルタ処理部（１１２）と、
前記メディアンフィルタ処理部（１０９）及び前記平均化フィルタ処理部（１１２）の何れか一方を選択して、選択した一方に処理を実行させる切替部（１１３）と、を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）であること。
［４］
［１］～［３］何れか１項に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記分布帰還型レーザ（１０１）と前記被測定光ファイバ（２）との間にダミーファイバ（１０４）が接続され、
前記信号処理部（１０８）は、前記受光部（１０６）から出力される電気信号に基づいて前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求め、
前記メディアンフィルタ処理が行われた前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布から前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の損失差を求め、求めた損失差に基づいて前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の接続の良否を判定する判定部（１１０）を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）であること。
［５］
被測定光ファイバ（２）に分布帰還型レーザ（１０１）からの光パルスを入射させるステップと、
前記被測定光ファイバ（２）から戻ってくる前記光パルスの戻り光を受光部（１０６）により受光するステップと、
前記受光部（１０６）から出力される電気信号から前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求めるステップと、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布にメディアンフィルタ処理を行うステップと、を備えた、
光パルスを用いる光ファイバの試験方法であること。

上記［１］及び［５］の構成のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法によれば、ノイズを低減するためにメディアンフィルタ処理を行う。これにより、分布帰還型レーザを用いてもノイズを十分に低減させ、精度よく被測定光ファイバの距離に対する損失分布を得ることができる。

上記［２］の構成のオプチカルタイムドメインリフレクトメータによれば、１６５０ｎｍ以上の分布帰還型レーザを用いてもノイズを十分に低減させ、精度よく被測定光ファイバの距離に対する損失分布を得ることができる。

上記［３］の構成のオプチカルタイムドメインリフレクトメータによれば、メディアンフィルタ処理及び平均化フィルタ処理の何れか一方を選択することができる。これにより、分布帰還型レーザの波長が短く、ノイズが大きくない場合は処理時間の短い平均化フィルタ処理を用い、分布帰還型レーザの波長が長く、ノイズが大きい場合はメディアンフィルタ処理を用いることができる。

上記［４］の構成のオプチカルタイムドメインリフレクトメータによれば、精度よく接続の良否を判定することができる。

本発明によれば、分布帰還型レーザを用いてもノイズを十分に低減させ、精度よく被測定光ファイバの距離に対する損失分布を得ることができるオプチカルタイムドメインリフレクトメータ及び光パルスを用いる光ファイバの試験方法を提供することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の光パルスを用いる光ファイバの試験方法を適用したオプチカルタイムドメインリフレクトメータの一実施形態を示すブロック図である。図２は、従来品Ａが計測したダミーファイバ及び被測定光ファイバの距離に対する損失分布である。図３は、従来品Ｂ、本発明品Ｄ、Ｅが計測したダミーファイバ及び被測定光ファイバの距離に対する損失分布である。図４は、従来品Ｃ、本発明品Ｄ、Ｅが計測したダミーファイバ及び被測定光ファイバの距離に対する損失分布である。図５は、他の実施形態における本発明の光パルスを用いる光ファイバの試験方法を適用したオプチカルタイムドメインリフレクトメータを示すブロック図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

まず、図１に示すように、本実施形態のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（ＯＴＤＲ）１は、ＤＦＢ－ＬＤ（分布帰還型レーザ）１０１と、タイミング発生部１０２と、駆動回路１０３と、ダミーファイバ１０４と、光方向性結合部１０５と、受光部１０６と、増幅部１０７と、信号処理部１０８と、メディアンフィルタ処理部１０９と、判定部１１０と、表示部１１１と、を備えている。

ＤＦＢ－ＬＤ１０１は、被測定光ファイバ２に入射させる光パルスを出射する。本実施形態では、被測定光ファイバ２は１５０ｍより長く設けられている。また、ＤＦＢ－ＬＤ１０１は、回折格子を設けた半導体レーザであり、単一波長の光パルスを出射する。本実施形態のＤＦＢ－ＬＤ１０１は、１６５０ｎｍ以上の波長で発光する。タイミング発生部１０２は、タイミング信号を出力する。駆動回路１０３は、タイミング信号に従ってＤＦＢ－ＬＤ１０１を駆動し、ＤＦＢ－ＬＤ１０１から光パルスを出射させる。

ダミーファイバ１０４は、ＤＦＢ－ＬＤ１０１と、被測定光ファイバ２と、の間に設けられている。本実施形態では、ダミーファイバ１０４の長さは２０ｍである。ダミーファイバ１０４は、ＯＴＤＲ１に内蔵され、一端が光方向性結合部１０５を介してＤＦＢ－ＬＤ１０１に接続され、他端が外付けのダミーファイバ３を介して被測定光ファイバ２に接続されている。なお、本実施形態では、外付けのダミーファイバ３の長さは２０ｍである。

光方向性結合部１０５は、ＤＦＢ－ＬＤ１０１と、ダミーファイバ１０４と、の間に設けられている。光方向性結合部１０５は、ＤＦＢ－ＬＤ１０１からダミーファイバ１０４や被測定光ファイバ２に向かう光パルスと、ダミーファイバ１０４や被測定光ファイバ２から戻ってくる光パルスの後方散乱光や反射光などの戻り光と、を分離する。分離された戻り光は、受光部１０６へ送られる。

受光部１０６は、ダミーファイバ１０４や被測定光ファイバ２から戻ってくる戻り光を受光して、電気信号に変換する。増幅部１０７は、受光部１０６から出力される電気信号を増幅する。

信号処理部１０８は、受光部１０６から出力される電気信号に基づいて戻り光の強度の時間変化を、ダミーファイバ１０４、３及び被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布として求める。信号処理部１０８は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部１０８Ａと、平均化処理部１０８Ｂと、対数変換部１０８Ｃと、を有している。

Ａ／Ｄ変換部１０８Ａは、増幅部１０７で増幅されたアナログの電気信号をＡ／Ｄ変換する。信号処理部１０８は、タイミング発生部１０２から発生するタイミング信号に同期して、一定周期で電気信号をサンプリングすることにより、戻り光の強度の時間変化を求める。平均化処理部１０８Ｂは、この光パルス入射・電気信号のサンプリングを所定回数繰り返し、収集した所定回数分の電気信号のサンプリングデータを平均化する。

対数変換部１０８Ｃは、平均化処理された戻り光の強度の時間変化、即ちダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布を対数変換し、ダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバの距離に対する損失分布のログ波形を取得する。メディアンフィルタ処理部１０９は、このログ波形にメディアンフィルタ処理を行う。メディアンフィルタ処理は、フィルタ窓内の中央値を出力する処理である。

判定部１１０は、上記メディアンフィルタ処理が行われた損失分布のログ波形に基づいて、ダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２の損失差を求め、求めた損失差に基づいてダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２の接続の良否を判定するコネクションチェックを行う。表示部１１１は、メディアンフィルタ処理が行われたログ波形を表示すると共に、コネクションチェックの結果を表示する。

上述した実施形態によれば、ノイズを低減するためにメディアンフィルタ処理を行う。これにより、ＤＦＢ－ＬＤ１０１を用いてもノイズを十分に低減させ、精度よく被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布を得ることができる。

上述した実施形態によれば、１６５０ｎｍ以上のＤＦＢ－ＬＤ１０１を用いてもノイズを十分に低減させ、精度よくかつ迅速に被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布を得ることができる。

上述した実施形態によれば、判定部１１０が、メディアンフィルタ処理が行われたダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布に基づいて、ダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２との接続の良否を判定する。これにより、精度よく接続の良否を判定することができる。

次に、本発明者らは、本実施形態の効果を確認すべく、後述する従来品Ａ～Ｃ、本発明品Ｄ、Ｅを作成し、作成した従来品Ａ～Ｃ、本発明品Ｄ、Ｅを用いてダミーファイバ１０４及び被測定光ファイバ２の距離に対する損失分布を測定した。結果を図２～図４に示す。

上記従来品Ａは、図１に示す本発明品Ｄ、Ｅからメディアンフィルタ処理部１０９を取り除いたＯＴＤＲであり、メディアンフィルタ処理を行わない。また、従来品Ｂ、Ｃは、図１に示す本発明品Ｄ、Ｅのメディアンフィルタ処理部１０９に代えて平均化フィルタ処理を行う平均化フィルタ処理部を設けたＯＴＤＲである。従来品Ｂは、信号処理部１０８から出力された損失分布のログ波形のまま平均化フィルタ処理を行う。従来品Ｃは、信号処理部１０８から出力された損失分布のログ波形をリニア波形に変換し、変換したリニア波形に平均化フィルタ処理を行った後、ログ波形に戻している。本発明品Ｄは、上述したように信号処理部１０８が出力するログ波形に対してメディアンフィルタ処理を行う。本発明品Ｅは、他の実施形態であり、信号処理部１０８が出力するログ波形をリニア波形に変換し、変換したリニア波形にメディアンフィルタ処理を行った後、ログ波形に戻す。

図２に示すように、フィルタ処理を行わない従来品Ａでは干渉性ノイズの影響が大きく、精度よく損失分布を求めることができない。また、図３に示すように、ログ波形に平均化フィルタ処理を行う従来品Ｂは、従来品Ａよりも干渉波ノイズの影響は小さくできるが、干渉波ノイズの影響を十分に抑えているとは言えず、精度よく損失分布を求めることができない。

また、図４に示すように、ログ波形をリニア波形に変換して平均化フィルタ処理を行った後、ログ波形に戻す従来品Ｃは、従来品Ａ、Ｂよりも干渉波ノイズの影響を小さくすることができ、精度よく損失分布を求めることができる。しかしながら、従来品Ｃは、ログ波形をリニア波形に変換し、再びログ波形に戻す必要があり、処理時間が長くなる。

また、図４に示すように、リニア波形にメディアンフィルタ処理を行う本発明品Ｄ及びログ波形にメディアンフィルタ処理を行う本発明品Ｅは、従来品Ｃと同等の精度の損失分布を求めることができることが分かる。特に、本発明品Ｄは、リニア波形にメディアンフィルタ処理を行っているため、ログ波形からリニア波形への変換、リニア波形からログ波形への変換を行わないで済み、迅速に損失分布を求めることができる。これにより、判定部１１０が行うコネクションチェックの更新時間を短くすることができユーザビリティを向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、上述した実施形態によれば、メディアンフィルタ処理のみを行っていたが、これに限ったものではない。例えば、ＤＦＢ－ＬＤ１０１の波長を切り替えることができる場合、図５に示すようにＯＴＤＲ１を構成してもよい。ＤＦＢ－ＬＤ１０１は、例えば、波長が８５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１３１０ｎｍ、１４９０ｎｍ、１５５０ｎｍ、１６２５ｎｍ、１６５０ｎｍの複数種類設けられている。同図に示すように、ＯＴＤＲ１は、信号処理部１０８から出力されるログ波形に平均化フィルタ処理を行う平均化フィルタ処理部１１２と、メディアンフィルタ処理部１０９及び平均化フィルタ処理部１１２の何れか一方を選択して、選択した一方に処理を実行させる切替部１１３と、を備えてもよい。

切替部１１３は、ＤＦＢ－ＬＤ１０１の波長が短い場合（１６５０ｎｍ以外（８５０、１３００、１３１０、１４９０、１５５０、１６２５ｎｍ）に切り替えられている場合）、平均化フィルタ処理部１１２を選択する。上記メディアンフィルタ処理と平均化フィルタ処理とを比較すると、平均化フィルタ処理の方が、メディアンフィルタ処理よりも処理時間を短くできる。ＤＦＢ－ＬＤ１０１の波長が短い場合、ノイズが大きくないため、平均化フィルタ処理でも十分にノイズの影響を低減できる。

切替部１１３は、ＤＦＢ－ＬＤ１０１の波長が長い場合（１６５０ｎｍに切り替えられている場合）、メディアンフィルタ処理部１０９を選択する。これにより、ＤＦＢ－ＬＤ１０１の波長が長く、ノイズが大きい場合はメディアンフィルタ処理を用いることができる。

１ＯＴＤＲ（オプチカルタイムドメインリフレクトメータ）
２被測定光ファイバ
１０１ＤＦＢ－ＬＤ（分布帰還型レーザ）
１０６受光部
１０８信号処理部
１０９メディアンフィルタ処理部
１０４ダミーファイバ
１１０判定部
１１２平均化フィルタ処理部
１１３切替部

Claims

被測定光ファイバ（２）に入射させる光パルスを出射する分布帰還型レーザ（１０１）と、
前記被測定光ファイバ（２）から戻ってくる前記光パルスの戻り光を受光する受光部（１０６）と、
前記受光部（１０６）から出力される電気信号に基づいて前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求める信号処理部（１０８）と、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布にメディアンフィルタ処理を行うメディアンフィルタ処理部（１０９）と、を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）。
請求項１に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記分布帰還型レーザ（１０１）の波長は、１６５０ｎｍ以上である、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）。
請求項１に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布に平均化フィルタ処理を行う平均化フィルタ処理部（１１２）と、
前記メディアンフィルタ処理部（１０９）及び前記平均化フィルタ処理部（１１２）の何れか一方を選択して、選択した一方に処理を実行させる切替部（１１３）と、を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）。
請求項１～３何れか１項に記載のオプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）において、
前記分布帰還型レーザ（１０１）と前記被測定光ファイバ（２）との間にダミーファイバ（１０４）が接続され、
前記信号処理部（１０８）は、前記受光部（１０６）から出力される電気信号に基づいて前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求め、
前記メディアンフィルタ処理が行われた前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布から前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の損失差を求め、求めた損失差に基づいて前記ダミーファイバ（１０４）及び前記被測定光ファイバ（２）の接続の良否を判定する判定部（１１０）を備えた、
オプチカルタイムドメインリフレクトメータ（１）。
被測定光ファイバ（２）に分布帰還型レーザ（１０１）からの光パルスを入射させるステップと、
前記被測定光ファイバ（２）から戻ってくる前記光パルスの戻り光を受光部（１０６）により受光するステップと、
前記受光部（１０６）から出力される電気信号から前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布を求めるステップと、
前記被測定光ファイバ（２）の距離に対する損失分布にメディアンフィルタ処理を行うステップと、を備えた、
光パルスを用いる光ファイバの試験方法。