JP3144446B2

JP3144446B2 - 光パルス試験器

Info

Publication number: JP3144446B2
Application number: JP04026493A
Authority: JP
Inventors: 史泉田; 眞一古川; 泉三川; 弥平小山田; 文彦山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 2001-03-12
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JPH06249750A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光信号の伝送媒体であ
る光ファイバの光損失その他の特性を試験する光パルス
試験器に関する。

【０００２】

【従来の技術】信頼性が高く、経済的な光通信システム
を実現するためには、光信号伝送路となる光ファイバ線
路の信頼性および経済性が重要な課題となる。そのため
に、光ファイバの特性をできるだけ長距離に渡って試験
する必要がある。

【０００３】この要求に応える光パルス試験器（ＯＴＤ
Ｒ）は、被試験光ファイバに光パルスを送出し、その被
試験光ファイバからの反射光や後方散乱光を受信し、こ
れを解析して被試験光ファイバの光損失その他の特性を
画面表示する装置である。この光パルス試験器は、被試
験光ファイバの片端から試験できることから極めて有用
な試験器とされているが、その測定可能距離（以下「ダ
イナミックレンジ」という。）の拡大が課題になってい
る。

【０００４】ダイナミックレンジを拡大するためには、
一般に被試験光ファイバへ送出する光パルス強度を大き
くする必要があり、高出力光パルスの発生方法が検討さ
れている。その一例として、ガスレーザや固体レーザを
用いた構成がある。特に、Ｑスイッチを用いたＮd:ＹＡ
Ｇパルスレーザは、１kW以上のピークパワーの光パルス
を発生させることができる。

【０００５】図７は、Ｎd:ＹＡＧパルスレーザを光パル
ス発生手段として用いた従来の光パルス試験器の構成例
を示すブロック図である。図において、Ｎd:ＹＡＧパル
スレーザで構成された光パルス発生手段７０から所定周
期ごとに出力される光パルスは、３dBカプラ６１を介し
て被試験光ファイバ６２に入射される。また、被試験光
ファイバ６２から戻ってくる反射光および後方散乱光
は、３dBカプラ６１を介して受光器６３に入射され、電
気信号に変換されてＡ／Ｄ変換器６４に入力される。Ａ
／Ｄ変換器６４の出力は、加算処理器６５に逐次入力さ
れ、所定周期ごとに加算して信号対雑音比の改善が図ら
れる。表示器６６では、加算処理器６５における加算信
号から雑音電力を差し引いて対数変換した波形を表示す
る。タイミング発生器６７は、光パルス発生手段７０と
Ａ／Ｄ変換器６４および加算処理器６５に所定周期の同
期信号を送る。

【０００６】光パルス発生手段７０は、Ｎd:ＹＡＧパル
スレーザのロッド７１と、励起光源７２と、レンズ７３
と、光スイッチ７４と、ハーフミラー７５により構成さ
れる。Ｎd:ＹＡＧパルスレーザのロッド７１には、励起
光源７２から出射された励起光がレンズ７３を介して入
射され、励起によって生じたレーザ光が出射される。こ
のレーザ光が入射される光スイッチ７４は、タイミング
発生器６７の同期信号を受けて動作し、一定時間オンと
なり、その他の時間はオフとなる。光スイッチ７４の損
失は、オンのときは約３dBであり、オフのときは60dB以
上でほぼ完全遮断状態になる。この光スイッチ７４を所
定周期で一定時間オンにするＱスイッチ動作をさせる
と、光パルス発生手段７０では1.31μｍ帯の波長でパル
ス発振する。この光パルスをハーフミラー７５を介して
外部に取り出す。なお、ハーフミラー７５は、被試験光
ファイバ６２から戻ってくる反射光および後方散乱光の
入射を阻止する働きをする。

【０００７】図８は、ファブリーペロー型半導体レーザ
（以下「ＦＰ−ＬＤ」という。）を光パルス発生手段と
して用いた従来の光パルス試験器の構成例を示すブロッ
ク図である。

【０００８】図において、光パルス発生手段８０の構成
を除く他の部分は、図７に示す光パルス試験器の構成と
同様であり、同一符号を付して説明に代える。光パルス
発生手段８０は、ＦＰ−ＬＤ８１で構成され、タイミン
グ発生器６７の同期信号を受けて所定パルス幅の光パル
スを発生し、外部に送出する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すＮd:ＹＡＧ
パルスレーザを用いた従来の光パルス試験器では、高出
力光パルスが容易に得られ、ダイナミックレンジを大き
くすることができる。しかし、光パルス発生手段７０を
構成する各光学系は空間で結合されており、光軸その他
の調整が必要であった。また、Ｎd:ＹＡＧパルスレーザ
のロッド７１で発生した熱を放熱するために、放熱板や
冷却水などが必要となり、光パルス試験器の構成が複雑
かつ大がかりになる問題点があった。

【００１０】また、励起光源７２から出射される励起光
は連続光であるので、３dBカプラ６１を介して常に被試
験光ファイバ６２に入射される。したがって、被試験光
ファイバ６２には光パルスとともに励起光も入射され、
この励起光による後方散乱光が、光パルスによる反射光
や後方散乱光を覆い隠すことになり、受光感度を劣化さ
せる要因になっていた。また、それを回避するために
は、励起光を遮断するフィルタが別途必要であった。

【００１１】また、試験に用いる光パルスの波長は、主
に1.31μｍ帯、1.55μｍ帯、1.65μｍ帯であるが、1.65
μｍ帯の光パルスの場合には簡単な構成で発生させるこ
とができず、高出力化が困難であった。

【００１２】図８に示すＦＰ−ＬＤを用いた従来の光パ
ルス試験器では、構成が簡単であるが、光パルスのピー
クパワーが小さく、ダイナミックレンジを大きくするこ
とができなかった。

【００１３】図９は、1.31μｍ帯のＦＰ−ＬＤを用いた
光パルス試験器で長さ80kmの標準光ファイバを測定した
結果である。このときの光パルスのパルス幅は 100nsで
ありピークパワーは20mWである。加算処理器６５におけ
る加算回数は、２¹⁶回である。この結果からもわかるよ
うに、この光パルス試験器では被試験光ファイバの64km
までしか測定できず、遠端（80km）までの測定はできな
かった。なお、このときのダイナミックレンジは19dBで
ある。また、試験波長が1.55μｍ帯、1.65μｍ帯の場合
も同様であった。

【００１４】本発明は、簡単な構成で、主要な試験波長
の高出力光パルスを発生でき、高ダイナミックレンジを
達成することができる光パルス試験器を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、所定周期ごとに所定波長および所定パルス幅の光パ
ルスを発生し、被試験光ファイバに繰り返し送出する光
パルス発生手段と、被試験光ファイバから戻ってくる前
記光パルスに対する反射光および後方散乱光を受光し、
所定の信号処理を施して得られた被試験光ファイバの特
性を示す情報を表示する光ファイバ特性測定手段とを備
えた光パルス試験器において、光パルス発生手段は、励
起光源から出射された励起光を光増幅媒体および所定の
周期でオンオフする第１光スイッチを介して周回させ、
そのリング長に応じたパルス幅を有する光パルスを発生
させ、光分岐器を介して外部に分岐出力するＱスイッチ
リングレーザと、光分岐器から分岐出力された光パルス
を取り込み、そのピークに合わせたタイミングで整形し
て出力する第２光スイッチとを備える。

【００１６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光パルス試験器において、第１光スイッチのオンオフ
時間比率をＱスイッチリングレーザのリング長および光
増幅媒体の効率に応じて可変させる構成である。

【００１７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の光パルス試験器において、Ｑスイッチリングレーザ
は、第１光スイッチおよび光分岐器に代えて１×２スイ
ッチを用い、その入力端と一方の出力端を光ループ側に
接続し、他方の出力端を第２光スイッチ側に接続し、所
定の周期で各出力端を交互に切り替える構成である。

【００１８】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の光パルス試験器において、１×２スイッチの切り替え
時間比率をＱスイッチリングレーザのリング長および光
増幅媒体の効率に応じて可変させる構成である。

【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載の光パルス試験器において、
光増幅媒体は、少なくとも１種類以上の希土類元素また
は遷移金属元素を添加した光ファイバまたは光導波路を
用いる構成である。

【００２０】

【作用】請求項１および請求項３に記載の発明は、光パ
ルス発生手段として、Ｑスイッチリングレーザの発振動
作によって光パルスを発生させ、その光パルスをさらに
整形して出力する構成をとることにより、容易に高出力
光パルスを得ることができる。また、光軸調整などの操
作が不要となり、また励起光遮断のためのフィルタも不
要となるので、光パルス試験器の構成を簡単にすること
ができる。なお、請求項３に記載の発明は、１×２スイ
ッチが第１光スイッチおよび光分岐器を兼ねるので、さ
らに構成を簡単にして高出力光パルスを得ることができ
る。

【００２１】請求項２および請求項４に記載の発明は、
第１光スイッチのオンオフ時間比率または１×２スイッ
チの切り替え時間比率を可変にすることにより、最適な
タイミングで高出力光パルスを出力させることができ
る。

【００２２】請求項５に記載の発明は、Ｑスイッチリン
グレーザを構成する光増幅媒体を適宜選択することによ
り、必要な試験波長を有する光パルスを容易に発生させ
ることができる。

【００２３】

【実施例】図１は、請求項１および請求項２に記載の発
明の光パルス試験器の実施例構成を示すブロック図であ
る。

【００２４】図において、光パルス発生手段１０の構成
およびタイミング発生器３１を除く他の部分は、図７に
示す従来の光パルス試験器の構成と同様であり、同一符
号を付して説明に代える。

【００２５】本実施例の光パルス発生手段１０は、光フ
ァイバ１１，励起光源１２，光合波器１３，光増幅媒体
１４，光スイッチ１５，光分岐器１６および光アイソレ
ータ１７により構成されるＱスイッチリングレーザと、
光分岐器１６で分岐された光パルスを整形して光パルス
発生手段１０の出力とする光スイッチ１８とを有する。

【００２６】Ｑスイッチリングレーザは、光ファイバ１
１を介して、光合波器１３，光増幅媒体１４，光スイッ
チ１５，光分岐器１６および光アイソレータ１７をリン
グ状に接続し、励起光源１２から出射された励起光を光
合波器１３を介して光増幅媒体１４に導く構成である。
光スイッチ１５は、タイミング発生器３１の同期信号を
受けて動作し、一定時間オンとなり、その他の時間はオ
フとなる。その損失は、オンのときは２dBであり、オフ
のときは60dB以上でほぼ完全遮断状態になる。光増幅媒
体１４が励起光により励起された状態で、光スイッチ１
５を所定周期で６μｓだけオンにするＱスイッチ動作を
させると、励起されたエネルギーが瞬間的に正帰還増幅
され、Ｑスイッチリングレーザとして1.31μｍ帯の波長
でパルス発振する。なお、光スイッチ１５のオンオフ時
間間隔は、Ｑスイッチリングレーザのリング長および光
増幅媒体１４の効率に応じて適宜設定される。

【００２７】ここで、光分岐器１６から分岐出力される
光パルス波形の一例を図２に示す。なお、このとき用い
た光増幅媒体１４は、Ｐr(プラセオジウム）添加光ファ
イバであり、長さが15ｍで、Ｐr イオン添加濃度が500p
pmである。励起光源１２は、1.01μｍ帯の半導体レーザ
であり、光スイッチ１５は光チョッパーである。また、
光分岐器１６の損失は、光ループ側および分岐出力側と
もに 3.5dBである。このような条件で得られる1.31μｍ
帯の光パルスは、半値幅 165ns、ピークパワー１Ｗであ
った。

【００２８】この光パルスのパルス幅は、Ｑスイッチリ
ングレーザを発振光が一周回する時間に相当するので、
リング長を変えることにより容易に任意のパルス幅を設
定することができる。

【００２９】Ｑスイッチリングレーザ（光分岐器１６）
から分岐出力される光パルスは、図２に示すように、ピ
ークパワーをもつＰ₀のパルスを中心に、Ｐ₁〜Ｐ₁₀の
ようなサイドローブが存在する。この状態の光パルスを
光パルス発生手段１０の出力として試験を行うと、距離
分解能が劣化する。したがって、光スイッチ１８を用
い、Ｑスイッチリングレーザから分岐出力される光パル
スをそのピークを中心に100nsのパルス幅に整形する。
なお、光スイッチ１８は、Ｑスイッチリングレーザ内の
光スイッチ１５と同様にタイミング発生器３１の同期信
号を受けて動作するが、Ｑスイッチリングレーザから分
岐出力される光パルスのピークでオンとなるようにタイ
ミング制御される。これにより、光パルス発生手段１０
から出力される光パルスは、矩形の単一光パルスとする
ことができる。

【００３０】ここで、光スイッチ１８で整形されて光パ
ルス発生手段１０の出力となる光パルス波形を図３に示
す。光スイッチ１８における損失があるためにピークパ
ワーは約 500mWになっている。

【００３１】また、この光パルスを用いて長さ80kmの標
準光ファイバを測定した結果を図４に示す。加算処理器
６５における加算回数は、２¹⁶回であり、加算周期は1.
64msである。この結果からもわかるように、本実施例の
光パルス試験器では被試験光ファイバの遠端（80km）ま
での測定が可能となり、このときのダイナミックレンジ
は26dBとなり、従来のものに比べて７dB向上している。

【００３２】なお、このとき、光スイッチ１８は連続光
としてＱスイッチリングレーザから出力されていた励起
光についても同様にパルス化するので、励起光が試験に
もたらす影響を抑えることができる。

【００３３】図５は、請求項３および請求項４に記載の
発明の光パルス試験器の実施例構成を示すブロック図で
ある。図において、光パルス発生手段１０の構成および
タイミング発生器３２を除く他の部分は、図７に示す従
来の光パルス試験器の構成と同様であり、同一符号を付
して説明に代える。

【００３４】本実施例の光パルス発生手段２０は、光フ
ァイバ１１，励起光源１２，光合波器１３，光増幅媒体
１４，１×２スイッチとして用いる音響光学スイッチ２
１および光アイソレータ１７により構成されるＱスイッ
チリングレーザと、音響光学スイッチ２１の０次側出力
端から取り出された光パルスを整形して光パルス発生手
段２０の出力とする光スイッチ１８とを有する。

【００３５】Ｑスイッチリングレーザは、光ファイバ１
１を介して、光合波器１３，光増幅媒体１４，音響光学
スイッチ２１の１次側出力端および光アイソレータ１７
をリング状に接続し、励起光源１２から出射された励起
光を光合波器１３を介して光増幅媒体１４に導く構成で
ある。音響光学スイッチ２１は、タイミング発生器３２
の同期信号を受けて動作し、一定時間オンとなり、その
他の時間はオフとなる。光増幅媒体１４が励起光により
励起された状態で、音響光学スイッチ２１を所定周期で
６μｓだけオンにするＱスイッチ動作をさせると、同様
にＱスイッチリングレーザとして1.31μｍ帯の波長でパ
ルス発振する。その光パルス波形は図２に示すものと同
様である。ただし、オンのときの０次側の損失は７dBで
あり、出力光パルスのピークパワーは約半分になる。

【００３６】一方、音響光学スイッチ２１がオフのとき
の０次側の損失は３dBである。そこで、光パルスのピー
クパワーに対応する時点Ｔ₀で、音響光学スイッチ２１
をオフにして光パルスを取り出せば、出力時の損失は３
dBに抑えることができる。このときの光パルス波形の一
例を図６に示す。なお、このとき得られる1.31μｍ帯の
光パルスは、半値幅 165ns、ピークパワー 1.1Ｗであっ
た。

【００３７】以下同様に、光スイッチ１８を用い、Ｑス
イッチリングレーザから分岐出力される光パルスをその
ピークを中心に整形する。このように、音響光学スイッ
チ２１を用いた場合でも、同様にして高出力光パルスを
発生させることができる。なお、この光パルスのパルス
幅は、同様にＱスイッチリングレーザを発振光が一周回
する時間に相当するので、リング長を変えることにより
容易に任意のパルス幅を設定することができる。

【００３８】また、請求項５に対応する実施例として、
図１および図５に示す光パルス発生手段１０，２０の各
Ｑスイッチリングレーザにおいて、光増幅媒体１４とし
て希土類元素であるＥr(エルビウム）イオンを100ppm添
加した長さ20ｍのＥr 添加光ファイバを用い、励起光源
１２として1.48μｍ帯で出力パワー約15mWの半導体レー
ザを用いた場合には、1.55μｍ帯で約２Ｗの光パルス
（パルス幅100ns)を出力させることができた。したがっ
て、この光パルス発生手段を用いて光パルス試験器を構
成しても、高ダイナミックレンジを達成することができ
る。なお、励起光源１２として0.98μｍ帯、0.8 μｍ
帯、0.65μｍ帯の半導体レーザを用いても同様であっ
た。

【００３９】また、光増幅媒体１４として希土類元素で
あるＴm(ツリウム）イオンを100ppm添加した長さ３ｍの
Ｔm 添加光ファイバを用い、励起光源１２として0.78μ
ｍ帯で出力パワー約50mWの半導体レーザを用いた場合に
は、1.65μｍ帯で約１Ｗの光パルス（パルス幅100ns)を
出力させることができた。したがって、この光パルス発
生手段を用いて光パルス試験器を構成しても、高ダイナ
ミックレンジを達成することができる。なお、励起光源
１２として1.21μｍ帯の半導体レーザを用いても同様で
あった。

【００４０】また、光増幅媒体１４として遷移金属元素
であるＮi(ニッケル）イオンを1000ppm 添加した長さ10
ｍのＮi 添加光ファイバを用い、励起光源１２として1.
31μｍ帯の半導体レーザを用いた場合にも、同様の光パ
ルスを発生させることができた。さらに、Ｃo(コバル
ト）添加光ファイバを用いても同様であった。

【００４１】また、光増幅媒体１４として、以上示した
希土類元素または遷移金属元素を光導波路に添加したも
のを用いても同様であった。光増幅媒体１４としてこの
ような光ファイバあるいは光導波路を用いることによ
り、それらを冷却する必要がなく、簡単な構成で高出力
光パルスを発生させることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｑスイッ
チリングレーザを有する光パルス発生手段を用いること
により、発生させる光パルスの高出力化を容易に実現す
ることができ、光パルス試験器のダイナミックレンジを
大幅に高めることができる。

【００４３】また、励起光遮断のためのフィルタや光軸
調整などの操作が不要となり、さらに光増幅媒体の冷却
機構も不要であるので、光パルス試験器の構成を簡単に
することができる。また、試験波長として用いられる1.
31μｍ帯、1.55μｍ帯、1.65μｍ帯の高出力光パルスも
容易に発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１および請求項２に記載の発明の光パル
ス試験器の実施例構成を示すブロック図。

【図２】光分岐器１６から分岐出力される光パルス波形
の一例を示す図。

【図３】光パルス発生手段１０の出力となる光パルス波
形を示す図。

【図４】本実施例の光パルス試験器を用いて標準光ファ
イバを測定した結果を示す図。

【図５】請求項３および請求項４に記載の発明の光パル
ス試験器の実施例構成を示すブロック図。

【図６】音響光学スイッチ２１から分岐出力される光パ
ルス波形の一例を示す図。

【図７】従来の光パルス試験器の構成例を示すブロック
図。

【図８】従来の光パルス試験器の構成例を示すブロック
図。

【図９】1.31μｍ帯のＦＰ−ＬＤを用いた光パルス試験
器で標準光ファイバを測定した結果を示す図。

【符号の説明】

１０，２０，７０，８０光パルス発生手段１１光ファイバ１２励起光源１３光合波器１４光増幅媒体１５光スイッチ１６光分岐器１７光アイソレータ１８光スイッチ２１音響光学スイッチ３１，３２，６７タイミング発生器６１３dBカプラ６２被試験光ファイバ６３受光器６４Ａ／Ｄ変換器６５加算処理器６６表示器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小山田弥平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 (72)発明者山本文彦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 (56)参考文献特開昭61−54421（ＪＰ，Ａ) 特開平４−357892（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定周期ごとに所定波長および所定パル
ス幅の光パルスを発生し、被試験光ファイバに繰り返し
送出する光パルス発生手段と、前記被試験光ファイバから戻ってくる前記光パルスに対
する反射光および後方散乱光を受光し、所定の信号処理
を施して得られた前記被試験光ファイバの特性を示す情
報を表示する光ファイバ特性測定手段とを備えた光パル
ス試験器において、前記光パルス発生手段は、励起光源から出射された励起光を光増幅媒体および所定
の周期でオンオフする第１光スイッチを介して周回さ
せ、そのリング長に応じたパルス幅を有する光パルスを
発生させ、光分岐器を介して外部に分岐出力するＱスイ
ッチリングレーザと、前記光分岐器から分岐出力された光パルスを取り込み、
そのピークに合わせたタイミングで整形して出力する第
２光スイッチとを備えたことを特徴とする光パルス試験
器。
【請求項２】請求項１に記載の光パルス試験器におい
て、第１光スイッチのオンオフ時間比率をＱスイッチリング
レーザのリング長および光増幅媒体の効率に応じて可変
させる構成であることを特徴とする光パルス試験器。
【請求項３】請求項１に記載の光パルス試験器におい
て、Ｑスイッチリングレーザは、第１光スイッチおよび光分
岐器に代えて１×２スイッチを用い、その入力端と一方
の出力端を光ループ側に接続し、他方の出力端を第２光
スイッチ側に接続し、所定の周期で各出力端を交互に切
り替える構成であることを特徴とする光パルス試験器。
【請求項４】請求項３に記載の光パルス試験器におい
て、１×２スイッチの切り替え時間比率をＱスイッチリング
レーザのリング長および光増幅媒体の効率に応じて可変
させる構成であることを特徴とする光パルス試験器。
【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載の光パルス試験器において、光増幅媒体は、少なくとも１種類以上の希土類元素また
は遷移金属元素を添加した光ファイバまたは光導波路を
用いる構成であることを特徴とする光パルス試験器。