JP2775293B2 - 光導波路後方散乱測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光導波路の伝搬損失の測定に利用する。特
に、光導波路内で生じる後方散乱光を高感度で測定する
装置に関する。

本発明は、被測定光導波路内で生じた後方散乱光を測
定する装置において、測定系内に光増幅素子を設けるこ
とにより、後方散乱光を増幅して高い感度で測定するも
のである。

〔従来の技術〕

光ファイバ伝送路の損失測定や線路の監視のために
は、従来から光パルス試験装置（OTDR）が広く用いられ
ている。この装置は、光パルスを光ファイバ内に入射さ
せ、この光ファイバの各部で生じる散乱（主にレイリー
散乱）やフレネル反射による戻り光を測定するものであ
る。

しかし、従来の光パルス試験装置では、受光系の帯域
の制限により、空間分解能を1cm以下にすることが困難
であった。

このような問題を解決するため、スペクトル幅が比較
的広い光源と干渉計とを用いた干渉型光パルス試験装置
が提案されている。このような試験装置については、例
えば特願昭62−27346、またはタカダ他、「ニュー・メ
ジャメント・システム・フォー・フォールト・ロケーシ
ョン・イン・オプティカル・ウェイブガイド・デバイシ
ズ・ベイスト・オン・アン・インターフェロメータ・テ
クニーク」、アプライド・オプティクス第26巻第1603
頁、1987年（K.Takada et al.,“New Measurement Syst
em for fault location in Optical Wave−guide decic
es based on an interferometer Technique",Appl.Op
t.,26,pp.1603,1987）に詳しく説明されている。

第４図は従来例干渉型光パルス試験装置の構成を示
す。

光源１としては、スペクトル幅100nm、中心波長1.3μ
ｍの発光ダイオードが用いられる。この光源１からの出
射光は、ビームスプリッタ31により二分される。二分さ
れた一方の光は、対物レンズ32により集光されて被測定
光導波路５に入射する。この被測定光導波路５内の各点
で生じた後方散乱光は、対物レンズ32を介して再び平行
ビームとなり、ビームスプリッタ31に入射する。二分さ
れた他方の光は、全反射鏡33により反射された後に再び
ビームスプリッタ31に入射し、被測定光導波路５からの
後方散乱光と合波される。この合波光は受光素子13によ
り電気信号に変換され、選択レベル計14により検波され
る。この検波結果は表示装置15に表示される。

光源１からの出射光のスペクトル幅が100nmであるた
め、その可干渉距離は10μｍとなる。すなわち、ビーム
スプリッタ31で分岐した光を再び合波した場合に、二つ
の光の光路長差ΔＳが20μｍ以内のときだけ合波光が干
渉する。したがって、全反射鏡33の位置を移動させる
と、参照光と光路長がほぼ一致する後方散乱光のみがそ
の参照光と干渉する。詳しくは、被測定光導波路５の屈
折率がｎの場合に、±ΔS/（2n）以内の特定部分で生じ
た後方散乱光のみが干渉する。

このため、全反射鏡33をビーム方向に沿って移動さ
せ、各位置での干渉強度に含まれる交流成分を選択レベ
ル計14で測定することにより、被測定光導波路24の各部
を中心とする±ΔS/（2n）の範囲で生じた後方散乱光を
測定し、この精度で被測定光導波路５内で生じた後方散
乱光のパワー分布を測定できる。

例えばSiO₂ガラス導波路を測定する場合には、屈折率
ｎ1.5であるから、この装置を用いる場合の空間分解
能はΔS/（2n）６μｍとなり、従来からの光パルス試
験装置に比較して分解能が３桁以上向上する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、光導波路内で生じる後方散乱光の主要因はレ
イリー散乱によるものであり、ΔＳ＝20μｍ程度の範囲
内で生じる後方レイリー散乱量は入射パワーに比べて−
120dB程度と小さい。このため、散乱光を大きな信号対
雑音比で測定することは困難であった。

本発明は、以上の課題を解決し、被測定光導波路内の
数十μｍの範囲内で生じる後方レイリー散乱光を大きな
信号対雑音比で測定できる光導波路後方散乱測定装置を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光導波路後方散乱測定装置は、光源と、この
光源の出射光を被測定光導波路に入射する光入射手段
と、上記出射光から参照光を分岐する光分岐手段と、こ
の参照光を入射端に現れる後方散乱光に合波する光合波
手段と、この光合波手段により得られた合波光を受光す
る受光素子とを備えた光導波路後方散乱測定装置におい
て、被測定光導波路と光合波手段との間または光合波手
段と受光素子との間の少なくとも一方に光増幅素子が挿
入されたことを特徴とする。

この装置はさらに、後方散乱光と参照光との光路長差
を制御する光学的遅延手段と、この光路長差の変化に基
づいて受光素子の出力する干渉強度信号を電気的に処理
する処理手段とを備える。

光学的遅延手段は、ビーム方向に沿って移動可能な光
反射手段を含むことができる。光反射手段としては、例
えば反射鏡またはプリズムを用いることができる。

光増幅素子としては、希土類元素が添加された光ファ
イバと、この光ファイバに励起光を入射して希土類元素
を励起する励起手段とを備えたものを用いることができ
る。

励起手段は、ひとつの入射端に後方散乱光が入射され
他の入射端に励起光が入射される光結合器を含み、この
光結合器の出射端に希土類元素が添加された光ファイバ
が光学的に接続されることが望ましい。このとき、光分
岐手段もまた光結合器を含み、この光結合器のひとつの
出射端が励起手段の光結合器を介して被測定光導波路に
光学的に接続され、光分岐手段の光結合器の他の出射端
は光学的遅延手段に光学的に接続され、光合波手段に
は、希土類元素が添加された光ファイバの出射光と参照
光とが供給される構成であることが望ましい。

〔作 用〕

光増幅素子を用いることにより、被測定光導波路内の
狭い範囲で生じる微弱な後方散乱光を増幅することがで
きる。これにより、後方散乱光を高い空間分解能で、し
かも大きな信号対雑音比で測定できる。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例光導波路後方散乱測定装置の構
成を示す。

この装置は、中心波長1.08nm、スペクトル幅10nmの光
を出射する光源１を備え、この光源１の出射光を被測定
光導波路５に入射する光入射手段としてファイバ型3dB
光結合器３、４が用いられ、光源１の出射光から参照光
を分岐する手段として光結合器３を備え、この参照光を
被測定光導波路５の入射端に現れる後方散乱光に合波す
る光合波手段としてビームスプリッタ12を備え、このビ
ームスプリッタ12により得られた合波光を受光する受光
素子13とを備える。

この装置はさらに、後方散乱光と参照光との光路長差
を制御する光学的遅延手段としてビーム方向に沿って移
動可能なプリズム11と、このプリズム11の移動によって
生じる光路長差の変化に基づいて受光素子13の出力する
干渉強度信号を電気的に処理する手段として選択レベル
計14および表示装置15を備える。

ここで本実施例の特徴とするところは、被測定光導波
路５とビームスプリッタ12との間に、3dB光結合器４、
励起光源６および光ファイバ型光増幅器７により構成さ
れた光増幅素子が挿入されたことにある。

光ファイバ型光増幅器７はNd³⁺が添加された光ファイ
バにより構成され、この光ファイバに励起光を入射して
Nd³⁺を励起する励起手段として励起光源６および光結合
器４を備える。励起光源６は発光波長が0.8μｍのGaAs
レーザである。

光源１の出射光が入射される光結合器３の入射端、同
じく光結合器３の参照光出射端および光ファイバ型光増
幅器７の出射端には、それぞれ対物レンズ２、10および
８が配置される。対物レンズ８とビームスプリッタ12と
の間にはダイクロイックミラー９が配置される。

光源１の出射光は、対物レンズ２により集光されて光
結合器３に入射する。この入射光は二つに分岐され、そ
の一方が光結合器４を介して被測定光導波路５に入射す
る。分岐された他方の光は対物レンズ10により平行化さ
れて参照光となる。

被測定光導波路５内で生じた後方散乱光は、光結合器
４を介して光ファイバ型光増幅器７に入射する。また、
この光ファイバ型光増幅器７には、励起光源６からの励
起光が光結合器４を介して入力される。この励起光によ
り、光ファイバ型光増幅器７のNd³⁺イオンが励起状態と
なり、被測定光導波路５からの後方散乱光を増幅する。

光ファイバ型光増幅器７の出力光は、対物レンズ８お
よびダイクロイックミラー９を介してビームスプリッタ
12に入射する。このとき、励起光はダイクロイックミラ
ー９により除去され、増幅された後方散乱光だけがビー
ムスプリッタ12に入射する。

対物レンズ10により平行化された参照光は、プリズム
11を経由してビームスプリッタ12に入射し、増幅された
後方散乱光に合波される。参照光の光路長は、プリズム
11を参照光の方向に沿って移動させることにより変化す
る。

ビームスプリッタ12により得られた合波光は、受光素
子13により電気信号に変換され、選択レベル計14により
検波され、表示装置15に表示される。

第２図は光増幅による効果を示す図であり、（ａ）は
励起光源６から励起光を入射した場合の後方散乱光の測
定結果を示し、（ｂ）は励起光を入射しない場合の測定
結果を示す。

励起光を入射すると、光ファイバ型光増幅器７により
後方散乱光が2dB増幅され、被測定光導波路５内で生じ
た後方レイリー散乱光を高い信号対雑音比で測定でき
た。

以上の実施例では、光増幅素子としてNd³⁺が添加され
た光ファイバを用いた例を示したが、他の希土類元素を
光ファイバに添加しても本発明を同様に実施できる。例
えば、石英系光ファイバのレーザ活性物質としてErを用
い、半導体レーザからの波長1.54μｍの光を励起光とし
て光増幅を確認した例が、メースらにより報告されてい
る（R.J.Mears ef al.,Electron.Lett.,23,pp.1028−10
29,1987）。

また、光増幅素子としては、光結合器との整合性の点
では希土類元素が添加された光ファイバを含むものが望
ましいが、他の素子、例えば半導体レーザ増幅器を用い
ても本発明を同様に実施できる。上述した実施例で用い
た光結合器のかわりにバルク型のビームスプリッタを用
いても本発明を同様に実施できる。さらに、後方散乱光
だけを増幅するのではなく、参照光と後方散乱光との合
波光を増幅する構成としても本発明を同様に実施でき
る。このような例を第３図に示す。

第３図は本発明第二実施例光導波路後方散乱測定装置
の構成を示す。

この実施例は、参照光と後方散乱光との合波光を増幅
するために半導体レーザ増幅器34を用いたものである。
すなわち、光源１と、この光源１の出射光を被測定光導
波路５に入射する光入射手段、この出射光から参照光を
分岐する手段およびこの参照光を被測定光導波路５の入
射端に現れる後方散乱光に合波する光合波手段を構成す
るビームスプリッタ31、対物レンズ32および全反射鏡33
を備え、ビームスプリッタ31により得られた合波光を受
光する受光素子13とを備える。受光素子13の出力は選択
レベル系14を介して表示装置15に接続される。

以上の構成は従来の干渉型光パルス試験装置と同等で
あるが、本実施例では、ビームスプリッタ31と受光素子
13との間に半導体レーザ増幅器34が挿入されている。こ
の半導体レーザ増幅器34により、干渉光を増幅すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光導波路後方散乱測定
装置は、高感度かつ高信号対雑音比で光導波路からの後
方散乱光を測定でき、光導波路の損失が高精度に測定さ
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第一実施例光導波路後方散乱測定装置の
構成を示す図。 第２図は光増幅による効果を示す図。 第３図は本発明第二実施例光導波路後方散乱測定装置の
構成を示す図。 第４図は従来例干渉型光パルス試験装置の構成を示す
図。 １……光源、２、８、10、32……対物レンズ、３、４…
…光結合器、５……被測定光導波路、６……励起光源、
７……光ファイバ型光増幅器、９……ダイクロイックミ
ラー、11……プリズム、12、22……ビームスプリッタ、
13……受光素子、14……選択レベル計、15……表示装
置、33……全反射鏡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野田 壽一 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 11/00 G01M 11/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 この光源の出射光を被測定光導波路に入射する光入射手
   段と、 上記出射光から参照光を分岐する光分岐手段と、 この参照光を入射端に現れる後方散乱光に合波する光合
   波手段と、 この光合波手段により得られた合波光を受光する受光素
   子と を備えた光導波路後方散乱測定装置において、 上記被測定光導波路と上記光合波手段との間または上記
   光合波手段と上記受光素子との間の少なくとも一方に光
   増幅素子が挿入されたこと を特徴とする光導波路後方散乱測定装置。