JP3223439B2 - ファイバ検査装置 - Google Patents
ファイバ検査装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ファイバ検査装置に関
し、特に従来よりファイバ検査装置として用いられてい
るＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectometer) やＯ
ＦＤＲ(Optical Frequency Domain Reflectometer)とは
測定方法を異にする、新規のファイバ検査装置に関する
ものである。
し、特に従来よりファイバ検査装置として用いられてい
るＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectometer) やＯ
ＦＤＲ(Optical Frequency Domain Reflectometer)とは
測定方法を異にする、新規のファイバ検査装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来よりファイバ検査装置としてはＯＴ
ＤＲやＯＦＤＲが知られている。ＯＴＤＲやＯＦＤＲ
は、その名称からも分かる通り反射点までの距離を時間
軸上または周波数軸上の情報に置き換え測定する方法で
ある。ＯＴＤＲでは100km を超える長さのファイバ（測
定対象）を検査できるが、最小２点分解能が10m 程度と
大きく、問題であった。一方ＯＦＤＲはファイバ検査装
置として要求される10cm以下の２点分解能が可能である
が、最大測定長は使用する半導体レーザのコヒーレント
長で制限され、現状では100m程度が限界である。このよ
うに測定距離と分解能の両方を満足する測定方法は現在
のところ出現していない。
ＤＲやＯＦＤＲが知られている。ＯＴＤＲやＯＦＤＲ
は、その名称からも分かる通り反射点までの距離を時間
軸上または周波数軸上の情報に置き換え測定する方法で
ある。ＯＴＤＲでは100km を超える長さのファイバ（測
定対象）を検査できるが、最小２点分解能が10m 程度と
大きく、問題であった。一方ＯＦＤＲはファイバ検査装
置として要求される10cm以下の２点分解能が可能である
が、最大測定長は使用する半導体レーザのコヒーレント
長で制限され、現状では100m程度が限界である。このよ
うに測定距離と分解能の両方を満足する測定方法は現在
のところ出現していない。
【０００３】これに対し本発明は反射点までの距離をス
ペクトル上の情報に置き換え測定する方法であり、名称
を付けるならばＯＳＤＲ(Optical Spectrum Domain Ref
lectometer) と呼ぶべき測定方法である。本発明の光学
系はＯＦＤＲの光学系と同じであるため、従来例として
ＯＦＤＲの原理と測定距離を制限する問題点について簡
単に説明する。
ペクトル上の情報に置き換え測定する方法であり、名称
を付けるならばＯＳＤＲ(Optical Spectrum Domain Ref
lectometer) と呼ぶべき測定方法である。本発明の光学
系はＯＦＤＲの光学系と同じであるため、従来例として
ＯＦＤＲの原理と測定距離を制限する問題点について簡
単に説明する。
【０００４】図７にＯＦＤＲの構成図を示す。半導体レ
ーザ（以下ＬＤという）６の発振周波数ｆLDは周波数制
御回路７により図８に示すように時間に対し線形に制御
され、１回の測定はａから始まりｂで終わる。ＬＤ６の
出力光はハーフミラー３で２つに分けられ、一方は測定
対象１に入射し、他方はミラー２に入射する。ミラー２
に入射した光は鏡面で反射し参照光としてフォトダイオ
ード（以下ＰＤという）４に向かう。測定対象１に何ら
かの反射点がある場合、そこからの反射光（以下この反
射光を信号光と呼ぶ）はハーフミラー３によりＰＤ４に
向かい参照光と干渉する。
ーザ（以下ＬＤという）６の発振周波数ｆLDは周波数制
御回路７により図８に示すように時間に対し線形に制御
され、１回の測定はａから始まりｂで終わる。ＬＤ６の
出力光はハーフミラー３で２つに分けられ、一方は測定
対象１に入射し、他方はミラー２に入射する。ミラー２
に入射した光は鏡面で反射し参照光としてフォトダイオ
ード（以下ＰＤという）４に向かう。測定対象１に何ら
かの反射点がある場合、そこからの反射光（以下この反
射光を信号光と呼ぶ）はハーフミラー３によりＰＤ４に
向かい参照光と干渉する。
【０００５】このとき測定対象１からの信号光とミラー
２からの参照光の間に光路長差があると、ＬＤ６の発振
周波数が時間に対し線形に掃引されているため、光路長
差に対応する時間だけ信号光と参照光の周波数が異な
り、ＰＤ４に信号光と参照光の差周波のビート信号が現
れる。この差周波が光路長差に比例するため、ビート信
号の周波数を測定すれば信号光と参照光の光路長差、つ
まり測定対象１の反射点の位置が分かり、またビート信
号の強度から反射率が見積もれる。
２からの参照光の間に光路長差があると、ＬＤ６の発振
周波数が時間に対し線形に掃引されているため、光路長
差に対応する時間だけ信号光と参照光の周波数が異な
り、ＰＤ４に信号光と参照光の差周波のビート信号が現
れる。この差周波が光路長差に比例するため、ビート信
号の周波数を測定すれば信号光と参照光の光路長差、つ
まり測定対象１の反射点の位置が分かり、またビート信
号の強度から反射率が見積もれる。
【０００６】信号処理部５でビート信号の周波数と強度
の測定を行う。制御部８は全体の測定シーケンスを制御
すると共に、測定結果を表示部９に表示する。
の測定を行う。制御部８は全体の測定シーケンスを制御
すると共に、測定結果を表示部９に表示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
測定方法で問題となるのは用いるレーザ光源の発振周波
数の揺らぎである。レーザ光源には自然放出光などが原
因となる固有の発振周波数揺らぎが存在し、通常この揺
らぎの大きさをスペクトル線幅で表す。ここで用いられ
る半導体レーザの典型的なスペクトル線幅は1MHz程度で
あり、このことは半導体レーザの発振周波数がスペクト
ル線幅1MHzの逆数である1μs程度の時間で揺らいでいる
ことを意味する。
測定方法で問題となるのは用いるレーザ光源の発振周波
数の揺らぎである。レーザ光源には自然放出光などが原
因となる固有の発振周波数揺らぎが存在し、通常この揺
らぎの大きさをスペクトル線幅で表す。ここで用いられ
る半導体レーザの典型的なスペクトル線幅は1MHz程度で
あり、このことは半導体レーザの発振周波数がスペクト
ル線幅1MHzの逆数である1μs程度の時間で揺らいでいる
ことを意味する。
【０００８】したがって信号光と参照光の時間差が1μs
以上となると、この揺らぎの影響でビート信号の周波数
も揺らぎ、周波数の測定ができなくなる。時間差1μsに
対応する光路長差は真空中で300m程度であり、ファイバ
の屈折率1.5 とファイバ長の２倍が光路長差となること
を考慮すると、測定可能距離は100m程度となる。このよ
うにビート信号の周波数を測定する方法では、レーザ光
源のスペクトル線幅で決まる距離以上では周波数の測定
ができず、測定可能距離が大きく制限されることにな
る。
以上となると、この揺らぎの影響でビート信号の周波数
も揺らぎ、周波数の測定ができなくなる。時間差1μsに
対応する光路長差は真空中で300m程度であり、ファイバ
の屈折率1.5 とファイバ長の２倍が光路長差となること
を考慮すると、測定可能距離は100m程度となる。このよ
うにビート信号の周波数を測定する方法では、レーザ光
源のスペクトル線幅で決まる距離以上では周波数の測定
ができず、測定可能距離が大きく制限されることにな
る。
【０００９】本発明の目的は、このような点に鑑み、測
定距離と分解能の両方を満足する新規な測定方法を用い
たファイバ検査装置を実現することにある。具体的には
ビート信号の周波数を測定するのではなく、ビート信号
のスペクトルの変化を測定し測定対象の反射点までの距
離を求める方式を採り、レーザ光源のスペクトル線幅に
より測定可能距離が制限されないファイバ検査装置を実
現することにある。
定距離と分解能の両方を満足する新規な測定方法を用い
たファイバ検査装置を実現することにある。具体的には
ビート信号の周波数を測定するのではなく、ビート信号
のスペクトルの変化を測定し測定対象の反射点までの距
離を求める方式を採り、レーザ光源のスペクトル線幅に
より測定可能距離が制限されないファイバ検査装置を実
現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明では、レーザ光源からの出力光を分割
し、分割した前記出力光を測定対象および参照ミラーに
入射し、前記測定対象および前記参照ミラーからの反射
光を合波させることにより得られるビート信号を測定
し、前記測定対象の反射点の位置または反射率を得るよ
うにしたファイバ検査装置において、前記レーザ光源の
発振周波数を周波数ｆMOD で変調すると共にその変調周
波数ｆMOD を時間的に変化させ、前記変調周波数ｆMOD
に対する前記ビート信号の変化から前記測定対象の反射
点の位置または反射率を得るように構成したことを特徴
とする。
るために本発明では、レーザ光源からの出力光を分割
し、分割した前記出力光を測定対象および参照ミラーに
入射し、前記測定対象および前記参照ミラーからの反射
光を合波させることにより得られるビート信号を測定
し、前記測定対象の反射点の位置または反射率を得るよ
うにしたファイバ検査装置において、前記レーザ光源の
発振周波数を周波数ｆMOD で変調すると共にその変調周
波数ｆMOD を時間的に変化させ、前記変調周波数ｆMOD
に対する前記ビート信号の変化から前記測定対象の反射
点の位置または反射率を得るように構成したことを特徴
とする。
【００１１】
【作用】半導体レーザの発振周波数をデューティー比50
％の変調周波数ｆMOD で変調すると共に変調周波数ｆ
MOD を時間に対し線形に増加させる。測定対象からの信
号光とミラーからの参照光の間に光路長差があると、こ
の光路長差に対応する時間差Δｔだけ信号光の周波数変
調の位相が遅れる。ＰＤで得られるビート信号のスペク
トルは変調周波数ｆMOD の変化１／Δｔを周期として変
化したものとなり、これに対応してアナログ・デジタル
変換器（以下ＡＤＣという）に加わる電圧も周期的に変
化する。ＡＤＣで得られたデータを信号処理部でＦＦＴ
解析し、得られた周期からΔｔが求められ、Δｔから前
記光路長差つまり測定対象の反射点の位置が求められ
る。また、その強度から反射点の反射率が求められる。
％の変調周波数ｆMOD で変調すると共に変調周波数ｆ
MOD を時間に対し線形に増加させる。測定対象からの信
号光とミラーからの参照光の間に光路長差があると、こ
の光路長差に対応する時間差Δｔだけ信号光の周波数変
調の位相が遅れる。ＰＤで得られるビート信号のスペク
トルは変調周波数ｆMOD の変化１／Δｔを周期として変
化したものとなり、これに対応してアナログ・デジタル
変換器（以下ＡＤＣという）に加わる電圧も周期的に変
化する。ＡＤＣで得られたデータを信号処理部でＦＦＴ
解析し、得られた周期からΔｔが求められ、Δｔから前
記光路長差つまり測定対象の反射点の位置が求められ
る。また、その強度から反射点の反射率が求められる。
【００１２】
【実施例】以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明に係るファイバ検査装置の一実施例を示す
構成図である。
図１は本発明に係るファイバ検査装置の一実施例を示す
構成図である。
【００１３】なお、実施例では、半導体レーザＬＤ１５
の周波数変調がデューティー比50%の周波数推移変調
（デジタル周波数変調）であり、ＬＤ１５のスペクトル
線幅が1MHzであり、ＬＤ１５の周波数変調の最大周波数
偏移がＬＤ１５のスペクトル線幅より大きい10GHz であ
り、ＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の時間的
変化が初期値1MHzから最終値1GHzまで線形に増加し、ビ
ート信号の測定回路がバンドパスフィルター１０と検波
回路１１からなり、バンドパスフィルター１０の中心周
波数がＬＤ１５の周波数変調の最大周波数偏移10GHz に
設定され、かつバンドパスフィルター１０の通過帯域幅
がＬＤ１５のスペクトル線幅の５倍の5MHzに設定され、
検波回路１１がＬＤ１５の周波数変調の最大周波数偏移
の周波数10GHz の信号に同調するように設定され、検波
回路１１の出力を遮断周波数がＬＤ１５の発振周波数の
変調周波数ｆMOD の最小値1MHzより低い100kHzのローパ
スフィルター１２を通し、その出力信号をＡＤＣ１３で
ＡＤ変換し、得られたデータを信号処理部１４でＦＦＴ
解析し、出力信号の周波数と強度から測定対象の反射点
の位置または反射率を得るようにした反射点測定装置を
例にとって示してある。
の周波数変調がデューティー比50%の周波数推移変調
（デジタル周波数変調）であり、ＬＤ１５のスペクトル
線幅が1MHzであり、ＬＤ１５の周波数変調の最大周波数
偏移がＬＤ１５のスペクトル線幅より大きい10GHz であ
り、ＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の時間的
変化が初期値1MHzから最終値1GHzまで線形に増加し、ビ
ート信号の測定回路がバンドパスフィルター１０と検波
回路１１からなり、バンドパスフィルター１０の中心周
波数がＬＤ１５の周波数変調の最大周波数偏移10GHz に
設定され、かつバンドパスフィルター１０の通過帯域幅
がＬＤ１５のスペクトル線幅の５倍の5MHzに設定され、
検波回路１１がＬＤ１５の周波数変調の最大周波数偏移
の周波数10GHz の信号に同調するように設定され、検波
回路１１の出力を遮断周波数がＬＤ１５の発振周波数の
変調周波数ｆMOD の最小値1MHzより低い100kHzのローパ
スフィルター１２を通し、その出力信号をＡＤＣ１３で
ＡＤ変換し、得られたデータを信号処理部１４でＦＦＴ
解析し、出力信号の周波数と強度から測定対象の反射点
の位置または反射率を得るようにした反射点測定装置を
例にとって示してある。
【００１４】図１において、１は測定対象、２はミラ
ー、３はハーフミラー、４はＰＤ、１０はバンドパスフ
ィルタ、１１は検波回路、１２はローパスフィルタ、１
３はＡＤＣ、１４は信号処理部、１５はＬＤ、１６は周
波数制御回路、１７は制御部、９は表示部である。
ー、３はハーフミラー、４はＰＤ、１０はバンドパスフ
ィルタ、１１は検波回路、１２はローパスフィルタ、１
３はＡＤＣ、１４は信号処理部、１５はＬＤ、１６は周
波数制御回路、１７は制御部、９は表示部である。
【００１５】半導体レーザＬＤ１５の発振周波数ｆ
LDは、周波数制御回路１６により図２に示すようにデュ
ーティー比50% 、最大周波数偏移10GHz 、変調周波数ｆ
MOD で周波数推移変調（デジタル周波数変調）されてい
る。また、図２と図３に示すように変調周波数ｆMOD は
初期値1MHzから最終値1GHzまで時間に対し線形に増加
し、１回の測定はａから始まりｂで終わる。
LDは、周波数制御回路１６により図２に示すようにデュ
ーティー比50% 、最大周波数偏移10GHz 、変調周波数ｆ
MOD で周波数推移変調（デジタル周波数変調）されてい
る。また、図２と図３に示すように変調周波数ｆMOD は
初期値1MHzから最終値1GHzまで時間に対し線形に増加
し、１回の測定はａから始まりｂで終わる。
【００１６】ここで変調周波数ｆMOD の変化は変調周波
数ｆMOD や測定対象の反射点までの光の往復時間に比べ
十分緩やかで、ここでは1s程度とする。したがって、Ａ
ＤＣ１３がＡＤ変換する各点での変調周波数ｆMOD は一
定と考えられる。ＬＤ１５の出力光はハーフミラー３で
２分され、一方は測定対象１に入射し、他方はミラー２
に入射する。ミラー２に入射した光は鏡面で反射され参
照光としてＰＤ４に向かう。測定対象１に何らかの反射
BR>点がある場合、そこからの反射光（以下この反射光
を信号光と呼ぶ）はハーフミラー３によりＰＤ４に向か
い参照光と干渉する。
数ｆMOD や測定対象の反射点までの光の往復時間に比べ
十分緩やかで、ここでは1s程度とする。したがって、Ａ
ＤＣ１３がＡＤ変換する各点での変調周波数ｆMOD は一
定と考えられる。ＬＤ１５の出力光はハーフミラー３で
２分され、一方は測定対象１に入射し、他方はミラー２
に入射する。ミラー２に入射した光は鏡面で反射され参
照光としてＰＤ４に向かう。測定対象１に何らかの反射
BR>点がある場合、そこからの反射光（以下この反射光
を信号光と呼ぶ）はハーフミラー３によりＰＤ４に向か
い参照光と干渉する。
【００１７】ここで測定対象１からの信号光とミラー２
からの参照光の間に光路長差ΔＬがあると、この光路長
差に対応する時間差Δｔだけ信号光の周波数変調の位相
が遅れることとなる。なお前記したように変調周波数ｆ
MOD の変化が測定対称の反射点までの光の往復時間に比
べ十分緩やかなので、変調周波数の変化は無視でき、信
号光と参照光の変調周波数ｆMOD は等しい。信号光と参
照光の周波数の関係と得られるビート信号の周波数を図
４に図示する。
からの参照光の間に光路長差ΔＬがあると、この光路長
差に対応する時間差Δｔだけ信号光の周波数変調の位相
が遅れることとなる。なお前記したように変調周波数ｆ
MOD の変化が測定対称の反射点までの光の往復時間に比
べ十分緩やかなので、変調周波数の変化は無視でき、信
号光と参照光の変調周波数ｆMOD は等しい。信号光と参
照光の周波数の関係と得られるビート信号の周波数を図
４に図示する。
【００１８】ここで図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）は時間差Δｔと変調周波数ｆMOD により決まる信
号光の位相遅れがそれぞれ０、π／２、π、３π／２の
場合である。図４（ａ）は信号光と参照光の光路長差に
対応する時間差Δｔが変調周波数ｆMOD の周期１／ｆ
MOD の整数倍となっている場合で、この場合信号光の周
波数変調の位相遅れが２πの整数倍つまりゼロとなる。
ここで光路長差に対応する時間差ΔｔがＬＤ１５のスペ
クトル線幅に対応する時間1μsに比べ短ければ信号光と
参照光の発振周波数は一致するが（以下この場合を前者
の場合とする）、Δｔがそれよりも長くなるとＬＤ１５
の発振周波数揺らぎの影響により両者の周波数はスペク
トル線幅程度の範囲でばらつくこととなる（以下この場
合を後者の場合とする）。
（ｄ）は時間差Δｔと変調周波数ｆMOD により決まる信
号光の位相遅れがそれぞれ０、π／２、π、３π／２の
場合である。図４（ａ）は信号光と参照光の光路長差に
対応する時間差Δｔが変調周波数ｆMOD の周期１／ｆ
MOD の整数倍となっている場合で、この場合信号光の周
波数変調の位相遅れが２πの整数倍つまりゼロとなる。
ここで光路長差に対応する時間差ΔｔがＬＤ１５のスペ
クトル線幅に対応する時間1μsに比べ短ければ信号光と
参照光の発振周波数は一致するが（以下この場合を前者
の場合とする）、Δｔがそれよりも長くなるとＬＤ１５
の発振周波数揺らぎの影響により両者の周波数はスペク
トル線幅程度の範囲でばらつくこととなる（以下この場
合を後者の場合とする）。
【００１９】したがってＰＤ４に得られるビート信号の
周波数は前者の場合直流（ＤＣ）となり、後者の場合Ｄ
Ｃからスペクトル線幅の1MHz程度の範囲となる。これを
図４（ａ）に示す（スペクトル線幅による1MHz程度の広
がりは縦軸に比較し小さいので明示していない）。どち
らの場合もバンドパスフィルター１０の中心周波数と通
過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されているた
め、ビート信号は全てバンドパスフィルター１０でカッ
トされ信号は出ない。
周波数は前者の場合直流（ＤＣ）となり、後者の場合Ｄ
Ｃからスペクトル線幅の1MHz程度の範囲となる。これを
図４（ａ）に示す（スペクトル線幅による1MHz程度の広
がりは縦軸に比較し小さいので明示していない）。どち
らの場合もバンドパスフィルター１０の中心周波数と通
過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されているた
め、ビート信号は全てバンドパスフィルター１０でカッ
トされ信号は出ない。
【００２０】次に変調周波数ｆMOD が図４（ａ）の条件
から変化すると、参照光と信号光の周波数変化に位相差
が生じる。図４（ｂ）は変調周波数の変化が１／（４Δ
ｔ）となった場合で、この時の参照光と信号光の位相差
はπ／２となる。この場合ＰＤ４に得られるビート信号
の周波数は図４（ｂ）のようにＤＣと最大周波数偏移10
GHz の周波数がデューティー比50% で交互に現れる。た
だし後者の場合ビート信号の周波数は、スペクトル線幅
の1MHz程度の範囲に広がる。このビート信号のスペクト
ルを図５に示す。バンドパスフィルター１０の中心周波
数と通過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されてい
るため、前者の場合も後者の場合も10GHz の信号のみが
検波回路１１に入り、検波回路１１から図４（ｂ）に示
す矩形波の出力信号が得られる。この出力信号がローパ
スフィルター１２により平均化され、矩形波のデューテ
ィー比に比例した電圧がＡＤＣ１３に加わることとな
る。
から変化すると、参照光と信号光の周波数変化に位相差
が生じる。図４（ｂ）は変調周波数の変化が１／（４Δ
ｔ）となった場合で、この時の参照光と信号光の位相差
はπ／２となる。この場合ＰＤ４に得られるビート信号
の周波数は図４（ｂ）のようにＤＣと最大周波数偏移10
GHz の周波数がデューティー比50% で交互に現れる。た
だし後者の場合ビート信号の周波数は、スペクトル線幅
の1MHz程度の範囲に広がる。このビート信号のスペクト
ルを図５に示す。バンドパスフィルター１０の中心周波
数と通過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されてい
るため、前者の場合も後者の場合も10GHz の信号のみが
検波回路１１に入り、検波回路１１から図４（ｂ）に示
す矩形波の出力信号が得られる。この出力信号がローパ
スフィルター１２により平均化され、矩形波のデューテ
ィー比に比例した電圧がＡＤＣ１３に加わることとな
る。
【００２１】この場合デューティー比が50% であるため
最大値（図４（ｃ）で得られる電圧）の半分の値とな
る。図４（ｃ）は変調周波数の変化が１／（２Δｔ）と
なった場合で、この時の参照光と信号光の位相差はπと
なる。この場合ＰＤ４に得られるビート信号の周波数は
図４（ｃ）のように常に最大周波数偏移10GHz となる。
ただし後者の場合ビート信号の周波数は、スペクトル線
幅の1MHz程度の範囲に広がる。
最大値（図４（ｃ）で得られる電圧）の半分の値とな
る。図４（ｃ）は変調周波数の変化が１／（２Δｔ）と
なった場合で、この時の参照光と信号光の位相差はπと
なる。この場合ＰＤ４に得られるビート信号の周波数は
図４（ｃ）のように常に最大周波数偏移10GHz となる。
ただし後者の場合ビート信号の周波数は、スペクトル線
幅の1MHz程度の範囲に広がる。
【００２２】バンドパスフィルター１０の中心周波数と
通過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されているた
め、前者の場合も後者の場合も10GHz の信号が検波回路
１１に入り、検波回路１１から図４の（ｃ）に示すＤＣ
の出力信号が得られる。このＤＣの出力信号はローパス
フィルター１２を通過しＡＤＣ１３に加わる。この場合
デューティー比100%に対応し最大の電圧が得られること
となる。
通過帯域幅がそれぞれ10GHz と5MHzに設定されているた
め、前者の場合も後者の場合も10GHz の信号が検波回路
１１に入り、検波回路１１から図４の（ｃ）に示すＤＣ
の出力信号が得られる。このＤＣの出力信号はローパス
フィルター１２を通過しＡＤＣ１３に加わる。この場合
デューティー比100%に対応し最大の電圧が得られること
となる。
【００２３】図４の（ｄ）は変調周波数の変化が３／
（４Δｔ）となった場合で、この時の参照光と信号光の
位相差は３π／２となる。この場合ＰＤ４に得られるビ
ート信号の周波数は図４（ｄ）のようにＤＣと最大周波
数偏移10GHz の周波数がデューティー比50% で交互に現
れる。この場合図４（ｂ）と同様に検波回路１１から図
４（ｄ）に示す矩形波の出力信号が得られ、最大値（図
４（ｃ）で得られる電圧）の半分の電圧がＡＤＣ１３に
加わることとなる。更に変調周波数の変化が１／Δｔと
なると参照光と信号光の位相差は２πとなり図４の
（ａ）の状態に戻る。
（４Δｔ）となった場合で、この時の参照光と信号光の
位相差は３π／２となる。この場合ＰＤ４に得られるビ
ート信号の周波数は図４（ｄ）のようにＤＣと最大周波
数偏移10GHz の周波数がデューティー比50% で交互に現
れる。この場合図４（ｂ）と同様に検波回路１１から図
４（ｄ）に示す矩形波の出力信号が得られ、最大値（図
４（ｃ）で得られる電圧）の半分の電圧がＡＤＣ１３に
加わることとなる。更に変調周波数の変化が１／Δｔと
なると参照光と信号光の位相差は２πとなり図４の
（ａ）の状態に戻る。
【００２４】以上の変化をまとめ、変調周波数の変化に
対しＡＤＣ１３に加わる電圧を図６に示す。このように
ＰＤ４に得られるビート信号のスペクトルが変調周波数
の変化１／Δｔを周期として変化し、これに対応しＡＤ
Ｃ１３に加わる電圧も周期的に変化する。したがってＡ
ＤＣ１３で得られたデータを信号処理部１４でＦＦＴ
（高速フーリエ変換）解析し、得られた周期からΔｔが
計算でき、Δｔから信号光と参照光の間に光路長差ΔＬ
つまり測定対象１の反射点の位置が求められる。またそ
の強度から反射点の反射率が求められる。制御部１７は
全体の測定シーケンスを制御すると共に、測定結果を表
示部９に表示する。
対しＡＤＣ１３に加わる電圧を図６に示す。このように
ＰＤ４に得られるビート信号のスペクトルが変調周波数
の変化１／Δｔを周期として変化し、これに対応しＡＤ
Ｃ１３に加わる電圧も周期的に変化する。したがってＡ
ＤＣ１３で得られたデータを信号処理部１４でＦＦＴ
（高速フーリエ変換）解析し、得られた周期からΔｔが
計算でき、Δｔから信号光と参照光の間に光路長差ΔＬ
つまり測定対象１の反射点の位置が求められる。またそ
の強度から反射点の反射率が求められる。制御部１７は
全体の測定シーケンスを制御すると共に、測定結果を表
示部９に表示する。
【００２５】以上説明したように、信号光と参照光の光
路長差に対応する時間差ΔｔがＬＤ１５のスペクトル線
幅に対応する時間1μsに比べ長くなり、ＬＤ１５の発振
周波数揺らぎの影響により両者のビート信号の周波数が
測定できない場合でも、測定対象１の反射点までの距離
を計測することができる。また、分解能は、ＬＤ１５の
発振周波数の変調周波数ｆMOD の周波数変化幅ΔｆMOD
（つまり初期値ｆMOD1から最終値ｆMOD2までの変化量）
で決まり、測定対象１の屈折率をｎ、光速をｃとする
と、ｃ／２ｎΔｆMOD となる。実施例では周波数変化幅
ΔｆMOD ＝1GHz-1MHz ≒1GHzであるので、ファイバの屈
折率を1.5として測定分解能は約10cmとなる。このよう
に本測定法は、ファイバ検査装置として要求される測定
距離と分解能の両方を満足する測定方法である。
路長差に対応する時間差ΔｔがＬＤ１５のスペクトル線
幅に対応する時間1μsに比べ長くなり、ＬＤ１５の発振
周波数揺らぎの影響により両者のビート信号の周波数が
測定できない場合でも、測定対象１の反射点までの距離
を計測することができる。また、分解能は、ＬＤ１５の
発振周波数の変調周波数ｆMOD の周波数変化幅ΔｆMOD
（つまり初期値ｆMOD1から最終値ｆMOD2までの変化量）
で決まり、測定対象１の屈折率をｎ、光速をｃとする
と、ｃ／２ｎΔｆMOD となる。実施例では周波数変化幅
ΔｆMOD ＝1GHz-1MHz ≒1GHzであるので、ファイバの屈
折率を1.5として測定分解能は約10cmとなる。このよう
に本測定法は、ファイバ検査装置として要求される測定
距離と分解能の両方を満足する測定方法である。
【００２６】なお、本発明は実施例に限定されるもので
はない。例えば、実施例ではＬＤ１５の発振周波数の変
調周波数ｆMOD を1MHzから1GHzまで約1GHz変化させた
が、分解能は周波数変化幅ΔｆMOD で決まるため変調周
波数ｆMOD の初期値と最終値に制限はなく、例えば1GHz
から2GHzまで1GHz変化させてもよい。
はない。例えば、実施例ではＬＤ１５の発振周波数の変
調周波数ｆMOD を1MHzから1GHzまで約1GHz変化させた
が、分解能は周波数変化幅ΔｆMOD で決まるため変調周
波数ｆMOD の初期値と最終値に制限はなく、例えば1GHz
から2GHzまで1GHz変化させてもよい。
【００２７】また、上記実施例で信号光の偏波状態によ
るビート信号の強度変化を防ぐため、受光部ＰＤ４に偏
波ダイバシティー方式を用いてもよい。更にまた、上記
実施例ではＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD を
初期値1MHzから最終値1GHzまで時間に対し線形に増加さ
せローパスフィルター１２の出力信号の周期を測定して
いるが、ＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の変
化は時間に対し線形でなくてもよい。この場合にはＬＤ
１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の周波数変化量が
所定の値ΔｆMOD となる毎にトリガー信号を発生させ、
このトリガー信号でＡＤＣ１３のサンプリングを行えば
よい。
るビート信号の強度変化を防ぐため、受光部ＰＤ４に偏
波ダイバシティー方式を用いてもよい。更にまた、上記
実施例ではＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD を
初期値1MHzから最終値1GHzまで時間に対し線形に増加さ
せローパスフィルター１２の出力信号の周期を測定して
いるが、ＬＤ１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の変
化は時間に対し線形でなくてもよい。この場合にはＬＤ
１５の発振周波数の変調周波数ｆMOD の周波数変化量が
所定の値ΔｆMOD となる毎にトリガー信号を発生させ、
このトリガー信号でＡＤＣ１３のサンプリングを行えば
よい。
【００２８】またバンドパスフィルタの代わりにハイパ
スフィルターを用いてもよい。この場合、ハイパスフィ
ルタの遮断周波数をレーザ光源の周波数変調の最大周波
数偏移より低く設定する。
スフィルターを用いてもよい。この場合、ハイパスフィ
ルタの遮断周波数をレーザ光源の周波数変調の最大周波
数偏移より低く設定する。
【００２９】上記実施例で、ＬＤ、ＰＤ、ミラー、ハー
フミラー間の空間光による結合にファイバまたは偏波面
保存ファイバを用いてもよい。また、ハーフミラーをフ
ァイバを用いたカップラーに置き換えてもよい。
フミラー間の空間光による結合にファイバまたは偏波面
保存ファイバを用いてもよい。また、ハーフミラーをフ
ァイバを用いたカップラーに置き換えてもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、受光部に光ヘテロダイ
ン検波を用い、かつビート信号のスペクトルの変化を測
定して測定対象の反射点までの距離を求めるため、ＳＮ
比を向上させ、かつビート信号の周波数揺らぎの影響が
ない測定法が可能となる。これにより受光部に光ヘテロ
ダイン検波を用いた高分解能なファイバ検査装置におい
て、レーザ光源のスペクトル線幅により測定可能距離が
制限されなくなるという効果がある。
ン検波を用い、かつビート信号のスペクトルの変化を測
定して測定対象の反射点までの距離を求めるため、ＳＮ
比を向上させ、かつビート信号の周波数揺らぎの影響が
ない測定法が可能となる。これにより受光部に光ヘテロ
ダイン検波を用いた高分解能なファイバ検査装置におい
て、レーザ光源のスペクトル線幅により測定可能距離が
制限されなくなるという効果がある。
【図１】本発明に係るファイバ検査装置の一実施例を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】発振周波数ｆLDの周波数推移変調の様子を示す
図である。
図である。
【図３】変調周波数ｆMOD の変化の様子を示す図であ
る。
る。
【図４】信号光と参照光の周波数の関係およびビート信
号の周波数と検波回路の出力を示す図である。
号の周波数と検波回路の出力を示す図である。
【図５】ビート信号のスペクトルの一例を示す図であ
る。
る。
【図６】変調周波数の変化に対しＡＤＣに加わる電圧を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来のファイバ検査装置の一例を示す構成図で
ある。
ある。
【図８】従来のファイバ検査装置における変調周波数ｆ
LDの変化の様子を示す図である。
LDの変化の様子を示す図である。
１ 測定対象 ２ ミラー ３ ハーフミラー ４ ＰＤ ９ 表示部 １０ バンドパスフィルタ １１ 検波回路 １２ ローパスフィルタ １３ ＡＤＣ １４ 信号処理部 １５ ＬＤ １６ 周波数制御回路 １７ 制御部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08 G01B 11/00 - 11/30 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (12)
- 【請求項１】レーザ光源からの出力光を分割し、分割し
た前記出力光を測定対象および参照ミラーに入射し、前
記測定対象および前記参照ミラーからの反射光を合波さ
せることにより得られるビート信号を測定し、前記測定
対象の反射点の位置または反射率を得るようにしたファ
イバ検査装置であって、 前記レーザ光源の発振周波数を周波数ｆMOD で変調する
と共にその変調周波数ｆMOD を時間的に変化させ、前記
変調周波数ｆMOD に対する前記ビート信号の変化から前
記測定対象の反射点の位置または反射率を得るように構
成したことを特徴とするファイバ検査装置。 - 【請求項２】前記レーザ光源の周波数変調がデューティ
ー比50％の周波数推移変調であることを特徴とする請求
項１記載のファイバ検査装置。 - 【請求項３】前記レーザ光源の周波数変調の最大周波数
偏移が前記レーザ光源のスペクトル線幅より大きいこと
を特徴とする請求項１記載のファイバ検査装置。 - 【請求項４】前記変調周波数ｆMOD に対する前記ビート
信号の変化の周期解析を行い、その周期と強度から前記
測定対象の反射点の位置または反射率を得るようにした
ことを特徴とする請求項１記載のファイバ検査装置。 - 【請求項５】前記レーザ光源の周波数変調をデューティ
ー比50％の周波数推移変調とすると共に前記周波数変調
の最大周波数偏移をレーザ光源のスペクトル線幅より大
きくし、 前記ビート信号に含まれる、前記最大周波数偏移近傍の
周波数成分の信号のデューティー比の前記変調周波数ｆ
MOD に対する周期的変化から、前記測定対象の反射点の
位置または反射率を得るようにしたことを特徴とする請
求項１記載のファイバ検査装置。 - 【請求項６】前記レーザ光源の発振周波数の変調周波数
ｆMOD の時間的変化が、初期値ｆMOD1から最終値ｆMOD2
まで変化率一定で増加または減少するようにしたことを
特徴とする請求項１記載のファイバ検査装置。 - 【請求項７】前記ビート信号を測定する回路がハイパス
フィルターと検波回路からなり、前記ハイパスフィルタ
ーの遮断周波数が前記レーザ光源の周波数変調の最大周
波数偏移より低く設定され、前記検波回路が前記レーザ
光源の周波数変調の最大周波数偏移の周波数の信号に同
調するように設定されていることを特徴とする請求項１
記載のファイバ検査装置。 - 【請求項８】前記ビート信号を測定する回路がバンドパ
スフィルターと検波回路からなり、前記バンドパスフィ
ルターの中心周波数が前記レーザ光源の周波数変調の最
大周波数偏移に設定され、かつ前記バンドパスフィルタ
ーの通過帯域幅が前記レーザ光源のスペクトル線幅と同
程度かまたは広く設定され、前記検波回路が前記レーザ
光源の周波数変調の最大周波数偏移の周波数の信号に同
調するように設定されていることを特徴とする請求項１
記載のファイバ検査装置。 - 【請求項９】前記レーザ光源の周波数変調をデューティ
ー比50％の周波数推移変調とすると共に、前記レーザ光
源の周波数変調の最大周波数偏移を前記レーザ光源のス
ペクトル線幅より大きくし、 前記レーザ光源の発振周波数の変調周波数ｆMOD の時間
的変化が初期値ｆMOD1から最終値ｆMOD2まで変化率一定
で増加または減少し、前記ビート信号を測定する回路が
ハイパスフィルターと検波回路からなり、前記ハイパス
フィルターの遮断周波数が前記レーザ光源の周波数変調
の最大周波数偏移より低く設定され、前記検波回路が前
記レーザ光源の周波数変調の最大周波数偏移の周波数の
信号に同調するように設定され、 前記検波回路の出力を、遮断周波数が前記レーザ光源の
発振周波数の変調周波数の最小値より低いローパスフィ
ルターを通し、その出力信号をデジタル変換し、得られ
たデータをＦＦＴ解析して前記出力信号の周波数と強度
から前記測定対象の反射点の位置または反射率を得るよ
うにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバ検査
装置。 - 【請求項１０】前記レーザ光源の周波数変調をデューテ
ィー比50％の周波数推移変調とすると共に、前記レーザ
光源の周波数変調の最大周波数偏移を前記レーザ光源の
スペクトル線幅より大きくし、前記レーザ光源の発振周
波数の変調周波数ｆMOD の時間的変化が初期値ｆMOD1か
ら最終値ｆMOD2まで変化率一定で増加または減少し、前
記ビート信号を測定する回路がバンドパスフィルターと
検波回路からなり、前記バンドパスフィルターの中心周
波数が前記レーザ光源の周波数変調の最大周波数偏移に
設定され、かつ前記バンドパスフィルターの通過帯域幅
が前記レーザ光源のスペクトル線幅と同程度かまたは広
く設定され、前記検波回路が前記レーザ光源の周波数変
調の最大周波数偏移の周波数の信号に同調するように設
定され、 前記検波回路の出力を、遮断周波数が前記レーザ光源の
発振周波数の変調周波数の最小値より低いローパスフィ
ルターを通し、その出力信号をデジタル変換し、得られ
たデータをＦＦＴ解析して前記出力信号の周波数と強度
から前記測定対象の反射点の位置または反射率を得るよ
うにしたことを特徴とする請求項１記載のファイバ検査
装置。 - 【請求項１１】前記ビート信号を測定する回路の受光部
が、偏波ダイバシティー方式であることを特徴とする請
求項９または請求項１０記載のファイバ検査装置。 - 【請求項１２】前記レーザ光源の発振周波数の変調周波
数ｆMOD を初期値ｆMOD1から最終値ｆMOD2まで変化さ
せ、所定の周波数変化量ΔｆMOD 毎にトリガー信号を発
生させ、このトリガー信号で前記デジタル変換のサンプ
リングを行うことを特徴とする請求項９または請求項１
０記載のファイバ検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29417194A JP3223439B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | ファイバ検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29417194A JP3223439B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | ファイバ検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08152376A JPH08152376A (ja) | 1996-06-11 |
| JP3223439B2 true JP3223439B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=17804238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29417194A Expired - Fee Related JP3223439B2 (ja) | 1994-11-29 | 1994-11-29 | ファイバ検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3223439B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107727227A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 南京大学 | 基于φ‑otdr的高压输电线路覆冰舞动监测方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2443661B (en) | 2006-11-08 | 2011-08-31 | Polarmetrix Ltd | Detecting a disturbance in the phase of light propogating in an optical waveguide |
| KR101605837B1 (ko) * | 2014-12-24 | 2016-03-23 | 주식회사 쏠리드 | 파장 가변 레이저를 이용한 광선로 검사기 |
| CN106124033B (zh) * | 2016-08-25 | 2020-06-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | 一种激光测振校准用大触发延迟的累积校准方法 |
-
1994
- 1994-11-29 JP JP29417194A patent/JP3223439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107727227A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-02-23 | 南京大学 | 基于φ‑otdr的高压输电线路覆冰舞动监测方法 |
| CN107727227B (zh) * | 2017-09-30 | 2019-05-21 | 南京大学 | 基于φ-otdr的高压输电线路覆冰舞动监测方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08152376A (ja) | 1996-06-11 |
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