JP3059580B2 - 光パルス試験器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被測定光ファイバに対
しコヒーレントな光パルスを供給し、これに伴って被測
定光ファイバから戻ってくる後方散乱光および反射光
と、ローカル光（局発光）とを合波してコヒーレント検
波し、所定の信号処理を行って被測定光ファイバの光損
失や障害点等を測定する光パルス試験器に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】被測定光ファイバに光パルスを供給し、
この光パルスの供給に伴って被測定光ファイバから戻っ
てくる後方散乱光および反射光と、ローカル光とを合波
してコヒーレント検波し、この検出した信号に対して自
乗加算等の演算を行い信号処理することによって被測定
光ファイバの損失や障害点等の測定を行う装置として光
パルス試験器が知られている。

【０００３】図４はこの種のコヒーレント検波方式によ
る光パルス試験器のブロック図である。このコヒーレン
ト検波方式の光パルス試験器は、コヒーレント光源２
１、光学スイッチ２２、光パルスドライブ回路２３、基
準トリガ発生回路２４、光分岐結合器２５、Ｏ／Ｅ変換
器２６、交流増幅器２７、フィルタ２８、Ａ／Ｄ変換器
２９、自乗加算器３０、対数変換器３１、表示器３２を
備えて構成されている。

【０００４】そして、この光パルス試験器では、基準ト
リガ発生回路２４より発生した基準トリガが光学スイッ
チ２２を駆動する光パルスドライブ回路２３に入力され
ると、コヒーレント光源２１より出力された連続光が光
学スイッチ２２により光パルスに変換されてブローブパ
ルス光として被測定光ファイバ３３に入射される。この
プローブパルス光の供給に伴って被測定光ファイバ３３
からは後方散乱光およびフレネル反射光が戻り、この戻
り光は光学スイッチ２２を介して光分岐結合器２５に入
力される。光分岐結合器２５にはコヒーレント光源２１
よりローカル光が入力しており、このロカール光と戻り
光とのミキシングにより光分岐結合器２５から出力され
るビート信号はＯ／Ｅ変換器２６により電気信号に変換
される。この電気信号はフィルタ２８によりビート信号
周波数の信号のみが通過して交流増幅器２７により交流
増幅された後にＡ／Ｄ変換器２７に入力される。Ａ／Ｄ
変換器２７では入力される電気信号を所定のサンプリン
グ周期でサンプリングし、このサンプリングした各デー
タを自乗加算した後に対数変換して波形処理し、その結
果が表示器３２の表示画面上に表示される。

【０００５】ここで、プローブパルス光の供給に伴う被
測定光ファイバ３３からのフレネル反射光は、光ファイ
バ線路中に光コネクタ結合があるときに、空気とガラス
との屈折率差によって生じるもので、そのレベルは、結
合部分の端面の反射率によって異なり、図５（ｂ）に示
すように後方散乱光を示す傾斜部分に比べて高い。すな
わち、被測定光ファイバ３３の入力パワーの０ｄＢｍと
すると、被測定光ファイバ３３の口元３３ａでのフレネ
ル反射光は約−１４ｄＢｍであり、また、このフレネル
反射光の直後で生じる後方散乱光は約−５４ｄＢｍ
（１，５５μｍ、パルス幅１μｍの場合）であって、そ
の差が約４０ｄＢと大きいものになっている。

【０００６】また、この種の光パルス試験器において、
光学スイッチ２２に例えばＡ／Ｏスイッチを使用した場
合、プローブパルス光はＡ／Ｏスイッチの駆動周波数ｆ
０（通常は１００〜１５０ＭＨｚ程度）に従って周波数
がｆ０だけシフトされ、光方向性結合器、ファイバカプ
ラ等によるメカスイッチやＥ／Ｏスイッチを使用した場
合には、周波数ｆ０が０Ｈｚになる。

【０００７】このため、コヒーレント検波された信号の
中間周波数はｆ０の周波数となり、この周波数ｆ０の信
号を通すためには、フィルタ２８として中間周波数ｆ０
のバンドパスフィルタを使用していた。また、特にｆ０
が低周波（０Ｈｚを含む）の場合には、ローパスフィル
タを使用していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、後方散乱光
に比べてレベルの高いフレネル反射光をコヒーレント検
波すると、この検波した信号はパルス状の矩形波となる
が（図６（ａ）参照）、フィルタ２８としてバンドパス
フィルタを使用し、応答速度を速めて信号を通すと、図
６（ｂ）に示すようにフィルタのステップ応答によりス
ソヒキ現象が生じ、このスソヒキ現象が生じている間
は、図５（ｂ）に示すようにフレネル反射が生じた場所
から先の後方散乱光の波形観測が行えないという問題が
あった。

【０００９】一方、フィルタ２８として応答速度の遅い
ローパスフィルタを使用した場合には、図６（ｃ）に示
すように信号の立ち上がりが遅れて両エッジ部分がなま
り、これにより、ダイナミックレンジが低下するため、
通常はコヒーレント検波したフレネル反射光が再現でき
るだけの高い周波数まで信号が通るように設計されてい
る。従って、ローパスフィルタを使用した場合でも、バ
ンドパスフィルタと同様にスソヒキ現象が生じ、このス
ソヒキ現象が生じている間、後方散乱光の波形観測が不
可能なデッドゾーンとなっていた。

【００１０】すなわち、フレネル反射光は偏光状態が保
持されるが、後方散乱光は偏光状態がランダムになり、
ローカル光と光ファイバからの反射戻り光とをコヒーレ
ント検波する場合、両方の光の偏光状態を変えると、フ
レネル反射部分の検波信号の出力は変化するが、後方散
乱光部分の検波信号の出力は変化しない。従って、偏光
状態によっては、フレネル反射光のレベルが高く、上記
のような問題が生じる。

【００１１】そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、フィルタのステップ応
答特性によるスソヒキ現象で測定不可能であったフレネ
ル反射直後の後方散乱光の波形観測を確実に行うことが
できる光パルス試験器を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の本発明による光パルス試験器は、コヒー
レントなプローブパルス光の供給に伴う被測定光ファイ
バからの反射光と、コヒーレントなローカル光とによっ
てコヒーレント検波された信号を、所定の周波数成分を
抽出するフィルタを通過させて信号処理し、前記被測定
光ファイバの光損失や障害点等を測定する光パルス試験
器において、予め所定距離毎に異なる複数の偏光状態を
示すデータが記憶された記憶手段と、該記憶手段のデー
タに基づいて前記ローカル光あるいは前記反射光の少な
くとも一方の偏光状態を自動的に可変する偏光制御手段
とを備えたことを特徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の光パルス試験器では、光学スイッチの
スイッチング駆動によって発生するプローブパルス光が
被測定光ファイバに供給されると、このプローブパルス
光の供給に伴って被測定光ファイバからは反射光として
後方散乱光およびフレネル反射光が光学スイッチ側に戻
る。この反射光は偏光制御手段により偏光状態が自動的
に可変されたコヒーレントなローカル光と合波されてコ
ヒーレント検波される。すなわち、偏光制御手段は、記
憶手段の予め所定距離毎に異なる複数の偏光状態を示す
データに基づいて所定距離毎にローカル光の偏光状態を
自動的に可変制御する。なお、偏光制御手段は、被測定
光ファイバからの反射光の偏光状態、ローカル光および
反射光の両方の偏光状態を可変制御してもよい。そし
て、ローカル光の偏光状態を可変することにより、フレ
ネル反射光の偏光成分がローカル光の偏光成分からずれ
て干渉しなくなると、フレネル反射光のレベルは低下
し、フィルタのステップ応答特性によるスソヒキで測定
不可能であったフレネル反射直後の後方散乱光が測定さ
れる。また、このとき、被測定光ファイバからの後方散
乱光は、偏光状態がランダムに変化して平均化されるた
め、検波後のレベルはほとんど変化しない。

【００１４】

【実施例】図１は本発明による光パルス試験器の一実施
例を示すブロック図である。この実施例による光パルス
試験器は、コヒーレント光源１、基準トリガ発生回路
２、光パルスドライブ回路３、光学スイッチ４、偏光制
御器（偏光制御手段）５、光分岐結合器６、Ｏ／Ｅ変換
器７、交流増幅器８、フィルタ９、Ａ／Ｄ変換器１０、
自乗加算器１１、対数変換器１２、表示器１３を備えて
構成されている。

【００１５】コヒーレント光源１は被測定光ファイバ１
４側に一定波長のコヒーレント光を連続発光しており、
コヒーレント光の一部をローカル光として偏光制御器５
に供給している。

【００１６】基準トリガ発生回路２は所定の間隔（例え
ば５００μｓｅｃ）で基準トリガを発生して光パルスド
ライブ回路３に出力している。また、この基準トリガ発
生回路２は光分岐結合器６でミキシングされ、Ｏ／Ｅ変
換器７で電気信号に変換された信号をサンプリングする
ためのサンプリング開始トリガを基準トリガと同時にＡ
／Ｄ変換器１０に出力している。

【００１７】光パルスドライブ回路３は基準トリガ発生
回路２からの光パルス発生トリガを受けて光学スイッチ
４をスイッチング駆動するためのスイッチ駆動信号を光
学スイッチ４に出力している。

【００１８】光学スイッチ４はコヒーレント光源１より
連続発光されるコヒーレント光を光パルスドライブ回路
２から供給されるスイッチ駆動信号によってスイッチン
グ動作している。そして、このスイッチング動作により
コヒーレント光をパルス光（例えば１μｓｅｃのコヒー
レント光パルス）に変換し、コヒーレントなプローブパ
ルス光を被測定光ファイバ１４に供給している。

【００１９】偏光制御器５は例えば光ファイバを同心円
上で複数回巻いて巻回された部分全体を動かして偏光状
態を制御するもの、光ファイバを屈曲してその度合いに
よって偏光状態を制御するもの、光学素子であるλ／４
板とλ／２板とを組み合わせて何れか一方を回転させて
偏光状態を制御するもの、電極に電圧を加えて偏光の垂
直成分あるいは水平成分を変え合波して偏光状態を制御
する導波路形の光学素子を用いたもの等で構成されてい
る。そして、この偏光制御器５では、被測定光ファイバ
１４からの戻り光であるフレネル反射光の位置に対応し
てコヒーレント光源１から供給されるローカル光の偏光
状態を可変制御している。さらに説明すると、この実施
例では、光ファイバ結合部分毎に生じるフレネル反射光
が個々にその偏光状態が同一とは限らないため、表示器
１３に表示される波形を観測しながら個々のフレネル反
射位置に合わせてローカル光の偏光状態を調整して可変
制御している。

【００２０】光分岐結合器６はコヒーレント光パルスの
供給に伴って被測定光ファイバ１４から戻ってくる反射
光（後方散乱光およびフレネル反射光）と、偏光制御器
５によって偏光状態の可変されたローカル光とをミキシ
ングしてＯ／Ｅ変換器７に出力している。

【００２１】Ｏ／Ｅ変換器７は光分岐結合器６において
ミキシングされた光を電気信号に変換し、ＩＦ信号とし
て交流増幅器８に出力している。

【００２２】交流増幅器８はＯ／Ｅ変換器７からのＩＦ
信号をＡＣ増幅し、十分なゲインをもってフィルタ９に
出力している。

【００２３】フィルタ９はコヒーレント検波された信号
の中間周波数を中心周波数ｆ０とするバンドパスフィル
タで構成されており、交流増幅器８からのＩＦ信号のみ
を通過させてＡ／Ｄ変換器１０に出力している。なお、
フィルタ９は中心周波数ｆ０が０Ｈｚの場合には、ロー
パスフィルタで構成されている。

【００２４】Ａ／Ｄ変換器１０は基準トリガ発生回路２
からのサンプリング開始トリガに従ってフィルタ９から
の信号を所定のサンプリング周期でサンプリングし、デ
ィジタル信号の測定データに変換して自乗加算器１１に
出力している。

【００２５】自乗加算器１１はＡ／Ｄ変換器１０からの
サンプリングデータを自乗加算して平均化し、この平均
値データを対数変換器１２に出力している。

【００２６】対数変換器１２は次のプローブパルス光が
供給されるまでの空き時間内に、自乗加算器１１からの
平均値データを対数変換して信号処理を行っている。

【００２７】表示器１３は対数変換器１２における信号
処理に基づく波形データを表示画面上に表示している。

【００２８】次に、上記のように構成される光パルス試
験器の動作について説明する。光パルスドライブ回路３
によって光学スイッチ４がスイッチング駆動されると、
コヒーレント光源１より連続発光されるコヒーレント光
はプローブパルス光として被測定光ファイバ１４に供給
される。

【００２９】被測定光ファイバ１４に対してプローブパ
ルス光が供給されると、これに伴って被測定光ファイバ
１４からは後方散乱光およびフレネル反射光が光学スイ
ッチ４側に戻ってくる。この反射光は光学スイッチ４を
介して光分岐結合器６に入力される。

【００３０】光分岐結合器６では被測定光ファイバ１４
からの反射光と、特に偏光制御器５を操作せずにコヒー
レント光源１より供給されるローカル光とをミキシング
してＯ／Ｅ変換器７に出力する。このとき、後方散乱光
は偏光成分がランダムに変化して平均化されるため、ロ
ーカル光の偏光状態に依存することなく光分岐結合器で
ミキシングされた後のＯ／Ｅ変換出力はほぼ一定になる
が、フレネル反射光は偏光成分が維持されるため、ロー
カル光の偏光状態によってミキシングされた後のＯ／Ｅ
変換出力が変化し、その出力はローカル光と偏光状態が
一致した所で最大となる。

【００３１】次に、Ｏ／Ｅ変換器７ではミキシングされ
た光を電気信号（ＩＦ信号）に変換して交流増幅器８に
出力し、交流増幅器８ではＯ／Ｅ変換器７からのＩＦ信
号をＡＣ増幅してフィルタ９に出力する。

【００３２】フィルタ９ではＡＣ増幅されたＩＦ信号の
所定周波数（光学スイッチ４の駆動周波数）成分の信号
を通過させてＡ／Ｄ変換器１０に出力する。

【００３３】Ａ／Ｄ変換器１０では基準トリガ発生回路
２からの測定開始トリガのタイミングに従ってフィルタ
９を通過した信号を所定のサンプリング周期でサンプリ
ングし、このサンプリングデータを自乗加算器１１に出
力する。

【００３４】自乗加算器１１ではＡ／Ｄ変換器１０でサ
ンプリングされたデータを自乗加算して平均化し、この
平均値データを対数変換器１２に出力する。

【００３５】対数変換器１２では被測定光ファイバ１４
に対して次のプローブパルス光が供給されるまでの間
に、自乗加算器１１からの平均値データを対数変換す
る。そして、この変換に基づく波形データは表示器１３
に出力されて表示画面上に表示される（図２（ｂ）参
照）。

【００３６】次に、表示器１３の波形を観測しながら、
目標とするフレネル反射光のレベルを見ながら位置を選
定して偏光制御器５を操作し、ローカル光の偏光状態を
可変制御する。これにより、被測定光ファイバ１４から
のフレネル反射光は、ローカル光の偏光状態を変えるこ
とで、互いの偏光成分がずれてローカル光と干渉しなく
なると、図２（ａ）に示すように検波後のフレネル反射
光のレベルが低下する。

【００３７】なお、後方散乱光は偏光成分がランダムに
変化して平均化されるので、この部分における検波後の
レベルはほとんど変化することはなく、Ｏ／Ｅ変換器７
以降の処理は上記と同様に行われる。

【００３８】従って、上述した実施例によれば、被測定
光ファイバ１４からの反射光とミキシングされるローカ
ル光の偏光状態を、目標とするフレネル反射光毎に可変
制御する偏光制御器５を備えた構成なので、フィルタの
ステップ応答特性によるスソヒキで測定が不可能であっ
たフレネル反射光の直後の後方散乱光の波形を観測して
測定を行うことができる。この結果、例えば直列に接続
された個々の装置に対して複数の端末が一本の伝送路で
接続されたスター型のネットワークにおいて、複数ある
何れの接続点で切断、障害等の異常が発生しても、その
場所を確実に特定して高精度な測定を行うことができ
る。

【００３９】次に、図３は本発明による光パルス試験器
の他の実施例を示すブロック図である。なお、偏光制御
器を除く図１の光パルス試験器と同一の構成部分につい
ては省略している。

【００４０】この実施例の光パルス試験器は、前述した
実施例が個々のフレネル反射毎に位置を選定してローカ
ル光の偏光状態を可変制御する構成であったのに対し、
偏光制御器５に加えて、予め所定距離毎に異なる複数の
偏光状態を示すデータが記憶された偏光データ記憶部１
５と、偏光データ記憶部１５のデータに基づいて所定距
離毎に偏光制御器５を駆動してローカル光の偏光状態を
可変制御する偏光駆動部１６を備えている。

【００４１】この構成によれば、表示器１３の表示画面
上の波形を観測することなく、検波後のフレネル反射光
のレベルを自動的に低下させて各フレネル反射直後の状
態を短時間で測定することができる。また、スター型の
ネットワークにおける接続点が同時に切断、障害等の異
常を起こしても、その場所を特定して測定が行え、さら
に測定精度の向上が図れる。

【００４２】ところで、上述した実施例では、偏光制御
器５をコヒーレント光源１と光分岐結合器６との間に設
けてローカル光の偏光状態を可変制御する構成について
説明したが、被測定光ファイバ１４から反射される後方
散乱光の偏光成分がランダムに変化して平均化され、ロ
ーカル光の偏光状態に依存しないことから、偏光制御器
５を光学スイッチ４と光分岐結合器６との間に設け、ロ
ーカル光とフレネル反射光の偏光成分がずれて干渉しな
いように被測定光ファイバ１４からの反射光の偏光状態
を可変制御する構成としてもよい。また、コヒーレント
光源１と光分岐結合器６との間、光学スイッチ４と光分
岐結合器６との間の両方に偏光制御器５を設けてもよ
い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光パルス
試験器によれば、フィルタのステップ応答特性によるス
ソヒキ現象で測定不可能であったフレネル反射直後の後
方散乱光の波形観測を行うことができるので、被測定光
ファイバに複数の接続点がある場合でも、切断、障害等
の異常が発生した接続点を確実に特定して高精度な測定
を行うことができる。しかも、複数のポイントを自動的
に測定できるとともに、検波後のフレネル反射光のレベ
ルが自動的に低下して各フレネル反射直後の状態を短時
間で測定することができ、さらに測定精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光パルス試験器の一実施例を示す
ブロック図

【図２】（ａ）ローカル光の偏光状態を変えた後のフレ
ネル反射光の波形図 （ｂ）ローカル光の偏光状態を変える前のフレネル反射
光の波形図

【図３】同光パルス試験器の他の実施例を示すブロック
図

【図４】従来の光パルス試験器の一例を示すブロック図

【図５】（ａ）光パルス試験器と被測定光ファイバとの
接続状態を示す図 （ｂ）同接続状態における波形図

【図６】（ａ）フレネル反射光のコヒーレント検波後の
信号を示す図 （ｂ）検波した信号のバンドパスフィルタ通過後の信号
を示す図 （ｃ）検波した信号のローパスフィルタ通過後の信号を
示す図

【符号の説明】

１…コヒーレント光源、４…光スイッチ、５…偏光制御
器（偏光制御手段）、６…光分岐結合器、９…フィル
タ、１４…被測定光ファイバ、１５…偏光データ記憶部
（記憶手段）、１６…偏光駆動部（偏光制御手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 眞一 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−313030（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−265834（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−79034（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントなプローブパルス光の供給
   に伴う被測定光ファイバからの反射光と、コヒーレント
   なローカル光とによってコヒーレント検波された信号
   を、所定の周波数成分を抽出するフィルタを通過させて
   信号処理し、前記被測定光ファイバの光損失や障害点等
   を測定する光パルス試験器において、予め所定距離毎に
   異なる複数の偏光状態を示すデータが記憶された記憶手
   段と、該記憶手段のデータに基づいて前記ローカル光あ
   るいは前記反射光の少なくとも一方の偏光状態を自動的
   に可変する偏光制御手段とを備えたことを特徴とする光
   パルス試験器。