JP3298373B2 - 低コヒーレンスリフレクトメータ - Google Patents

低コヒーレンスリフレクトメータ

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JP3298373B2
JP3298373B2 JP21563695A JP21563695A JP3298373B2 JP 3298373 B2 JP3298373 B2 JP 3298373B2 JP 21563695 A JP21563695 A JP 21563695A JP 21563695 A JP21563695 A JP 21563695A JP 3298373 B2 JP3298373 B2 JP 3298373B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路からの後
方レーリィ散乱分布を高空間分解能、かつ高感度で測定
する低コヒーレンスリフクレトメータに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図5は、低コヒーレンスリフレクトメー
タの一例を示す。すなわち、このリフレクトメータは、
光導波路6内で発生する後方レーリィ散乱光をマイクロ
メートルの空間分解能で測定する事により、光導波路自
体の損失分布を測定するものである。図5において、ス
ーパールミネッセントダイオード1からの出射光は、フ
ァイバポート2からファイバ型3dbカプラ3に入射し
て2分される。2分された一方は、ファイバポート4を
伝搬して試験用の光導波路6に入射する。2分された他
方は、ファイバポート5を伝搬して光学的可変遅延回路
7に入射する。この遅延回路7からの戻り光は、参照光
として再びファイバポート5を伝搬した後に、前記光導
波路6からの反射光と前記ファイバ型3dBカプラ3で
合波される。合波光はファイバポート9を伝搬して光検
出器10で受光され、信号処理系11で干渉成分の電力
が検波される。検波方法としては、ファイバポート4の
一部の光ファイバを円筒型電歪振動子に巻き付けた構成
の位相変調器8に発信器12でf=100Hzのランプ
波形の電圧を印加しており、前記光導波路からの反射光
と参照光との干渉成分中に周波数fの成分が発生するの
で、これを信号処理系11で検波する。
【0003】光導波路6からの反射光は、両端面のフレ
ネル反射光や、屈折率がサブミクロンの相関長で長手方
向にランダムに変動することから生じる後方レーリィ散
乱光がある。低コヒーレンスリフレクトメータに、主と
して後者の後方レーリィ散乱光を検波するために用い
る。光源1からの出射光のコヒーレンス長は数十ミクロ
ンと非常に短いので、その光路長が、参照光の光路長と
コヒーレンス長以内で一致する後方レーリィ散乱光のみ
が参照光と干渉することができる。すなわち、遅延回路
7によって与えられる光路長Zに対して光導波路6の特
定の一点が対向し、この点を中心にコヒーレンス長でき
まるマイクロメートル長の光導波路の領域で発生する後
方レーリィ散乱光が本装置で検波される。各光路長Zに
対して検波した信号S(Z)は、その地点で発生する後
方レーリィ散乱係数P(Z)と導波路入射端からその地
点までの透過率T(Z)を用いてS(Z)=CP(Z)
〔T(Z)〕2 で与えられる。ここで、Cは定数であ
り、P(Z)は導波路の場所に依存せず一定であると考
えられるので、検波信号S(Z)より各地点Zまでの透
過率T(Z)を求めることができる。ここで、dB表示
の伝搬損失は、T(Z)の常用対数を取って−10lo
g〔T(Z)〕で与えられる。
【0004】図6は、図5に示す光学的可変遅延回路7
をファイバポート5と共に示す構成であり、ファイバポ
ート5からの出射光は、レンズ13でコリメートされて
空間伝搬する平行ビーム14となる。この光ビームは反
射鏡15で反射されてレンズ13で再びファイバポート
5に入射する。反射鏡15は、ステージ16にマウント
され、ビーム14と平行方向に移動することができる。
このため、ステージの移動により、ファイバポート5か
ら出射した後に再びファイバポート5に入射するまでの
参照光の光路長を連続的に変化させることができる。こ
の結果、反射鏡15で反射された光は参照光として光導
波路6からの後方レーリィ散乱光と3dBカプラ3にて
合波され干渉する。
【0005】図7は、遅延回路7の他の例であり、光ビ
ームを180度方向転換させるリフレクタ17と18、
反射鏡19と20から構成され、リフレクタ17はステ
ージ16上に固定されている。平行ビーム14は、反射
鏡19によりリフレクタ17に入射する。入射光は、リ
フレクタ17で2回反射されてもとの入射光に対して1
80度方向転換して対向するリフレクタ18に入射す
る。入射した光は、2回の反射の後に180度方向転換
してリフレクタ17に入射する。以後、リフレクタ17
と18でそれぞれ180度の方向転換を受けながらリフ
レクタの中心に向かう。中心に向かった光ビームは、リ
フレクタ18の近傍に設置された反射鏡20で反射さ
れ、これまでに伝搬した光路を逆に伝搬して、リフレク
タ17と18で多数回反射された後に、再び反射鏡19
で反射され、レンズ13によりファイバポート5に再度
入射する。リフレクタ17はステージ16で光ギーム方
向に移動するので、参照光の光路長が変化する。この遅
延回路の特徴は、ステージ16の移動に対する光路長の
変化量が図6に示した構成よりもM=10倍大きいとい
うことである。ここでMは、移動するリフレクタ17で
の光ビームが180度方向転換する回数である。このた
め、この遅延回路を用いると、測定距離レンジが図2よ
りも10倍拡大するという利点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図6、図7の例において、ファイバポート5の出射端面
やレンズ13にて反射した光(以下残留反射光という)
もファイバポート5を戻り、図5に示すファイバポート
4や光導波路6上で反射した光のうち、この残留反射光
と光路長が一致する光(その地点をZ0 とする)が存在
する場合には、この双方の光が干渉して信号処理回路1
1からの出力中に残留出力S0 が発生する。この場合、
図6に示すステージ16が移動したとしてもファイバポ
ート5やレンズ13は移動しないので、残留出力S0
一定であり、信号処理回路11からの出力のバイアスと
なる。
【0007】かかる状態で導波路のある地点Z1 からの
信号S1 (Z1 )が非常に小さい場合には、S(Z1
がS0 に隠れて測定できないという場合が生ずる。例え
ば、残留反射光とファイバポート4上のある点Z0 で発
生した後方レーリィ散乱光が干渉する場合を考えるに、
図6に示す遅延回路での参照光の光パワー損失を3d
B、残留反射光のリターンロスを40dBとすると、点
0 から光導波路6のZ 1 地点までの往復の伝搬損失が
37dB以上大きい場合には、信号S(Z1 )<残留出
力S0 という関係となり、信号S(Z1 )が測定できな
くなるという事態が生ずる。なお、この場合後方レーリ
ィ散乱係数P(Z)は地点Z0 とZ1 とで同一に仮定し
た。
【0008】また、図7に示すように遅延回路での参照
光の減衰が大き過ぎる場合も同様の問題が生ずる。つま
り、リフレクタ間で多数回の反射を繰り返すために、こ
の遅延回路での参照光の光パワー損失は約20dBであ
り、他方、残留反射は依然として−40dBで変化がな
いことから、ファイバポート4上のある点Z0 からZ 1
までの往復の伝搬損失が20dB以上ある場合のこの点
1 での光導波路からの後方レーリィ散乱信号S
(Z1 )は測定できないという問題が生じている。すな
わち、現在の技術では片道10dBの伝搬損失までしか
分布を測定できない。
【0009】本発明は、上述の問題に鑑み、光学部品に
基づく残留反射によって、検出信号中に発生するバイア
ス成分のために後方レーリィ散乱信号の検出限界の制限
を除くべく、バイアス成分を除くようにした低コヒーレ
ンスリフレクトメータの提供を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は次の構成を特徴とする。 (1)光源からの光を光導波路と光学的可変遅延回路に
向って分け、この光導波路と光学的可変遅延回路から戻
った光を干渉計を介して信号処理系に入射し、上記光導
波路の反射分布を測定する低コヒーレンスリフレクトメ
ータにおいて、上記光学的可変遅延回路は、入射・出射
兼用ポートと反射光学系との外に入射光の位相を一定周
波数にて変調する変調光学系を有し、上記信号処理系
は、上記一定周波数の成分あるいはこの一定周波数成分
から所定周波数だけ遷移した周波数成分を検波する検波
系を備え、たことを特徴とする。 (2)(1)において、変調光学系は反射光学系とその
駆動系よりなることを特徴とする。
【0011】スペクトル幅の広い光源と干渉計と光学的
可変遅延回路と信号処理系を用いて高空間分解能で光導
波路の反射分布を測定するリフクレトメータであり、前
記遅延回路として、前記干渉計から取捨する光ビームを
反射させた後に前記干渉計に再度入射させる反射光学系
と、該反射光学系を前記光ビーム方向に移動する移動系
とを有するリフレクトメータに関わり、前記光ビームを
一定の周波数で位相変調するための光学変調系と、前記
信号処理系において前記位相変調周波数成分あるいは、
前記位相変調周波数から一定波数だけ遷移した成分を検
波する機構を具備させる。また、前記光学変調系とし
て、前記遅延回路内の前記反射光学系またはその一部を
一定の周波数で振動させる駆動系を具備させる。なお、
空間分解能をδL(<10m)とするためには、光源は
中心波長λに対してスペクトルの半値全幅が0.31λ
2 /(nδL)以上でなければいけない。ただし、nは
被測定光導波路(光ファイバも含む)のコアの屈折率で
ある。こうして、バイアスの除去が可能となり、30d
B以上の伝搬損失が存在する導波路の後方レーリィイ散
乱信号も測定できるようになり、高感度低コヒーレンス
リフレクトメータが実現する。
【0012】
【発明の実施の形態】ここで、図1〜図4にて発明の実
施の形態について述べる。図1は光学的可変遅延回路の
一例である。本例においては、ファイバポート5及びレ
ンズ13と反射鏡15及びステージ16との間に位相変
調器21及び発信器22を介在させている。すなわち、
レンズ13と反射鏡15の間に液晶を利用した位相変調
器21を設置した。この位相変調器は、発信器22から
の周波数f=70Hzの正弦波形の電圧に応じて屈折率
が周期的に変化するので、光ビーム14がこの液晶を往
復する間に周波数f1 の位相変調を受ける。ここで、液
晶表面からの反射光がファイバポート5に入射するのを
防ぐため、液晶表面は光ビームに対してわずかに傾けて
ある。他方、ファイバポート5の出射端やレンズ13で
生じる残留反射光は、位相変調器21を通過しないた
め、周波数f1 の位相変調を受けることはない。したが
って、反射鏡15で反射され周波数f1 にて位相変調を
受けた参照光と図5に示す光導波路6からの後方レーリ
ィ散乱光との干渉信号は、ファイバポート4にて発信器
12の周波数fによって位相変調を受けることから、f
+f1 の周波数で変化する成分が含まれるが、残留反射
光とファイバポート4又は光導波路6にて発生した反射
光との干渉成分は周波数fのみで変化する。このため信
号処理系11において、検波周波数をf+f1 に設定
し、周波数f成分が混入しないように検波バンド幅を調
整することにより、前記残留反射によって発生する出力
0 を除去することができる。図2は10cm長の石英
系導波路の入射端から4cmー8cmまでの反射分布を
測定した結果である。(a)では、従来例を用いてお
り、残留反射によって発生したS0 成分のため、6cm
地点から信号がほぼ一定となるのが観測された。(b)
は、本例図1に示す構成を用いて反射分布を測定した結
果であり、6cm以後も信号(dB表示)は距離に対し
て直線的に減衰することがわかり、石英系導波路の損失
係数が長手方向に一定であることが確かめられた。
【0013】図3は、他の例を示しており、23は電歪
振動子、24は発信器である。この例では、反射鏡15
が電歪振動子23に固定されており、発信器24からの
電圧に応じてf1 =70Hzの周波数で光ビームの方向
に振動するように設定されている。この反射鏡の振動に
より、光ビームが反射される位置が周期的に変化するの
で、光ビームが伝搬する光路長が変化し、その結果、参
照光に位相変調が印加されることになる。信号処理系1
1がf+f1 の周波数成分を検波するように設定して前
記石英系導波路の反射分布を測定した結果、第一の実施
例と同様、残留反射によりS0 を除去することに成功
し、図2の(b)と同一の反射分布を得ることができ
た。
【0014】図4は、図7に対応する第三の例を示し、
この例ではリフレクタ17を前述の例にも示した電歪振
動子23に固定し、リフレクタ17を光ビーム方向に周
波数f1 =70Hzで振動させた。実験の結果、本発明
の第一、第二の例と同様、残留反射によるS0 成分を除
去することができた。この例では、リフレクタ17を振
動させているが、反射鏡19あるいは20を振動させて
も同一の効果を得ることが可能である。
【0015】今までの例は図5に基づき電歪振動子の位
相変調器8を前提として説明したが、この発明では干渉
光からf1 成分を検波できれば良いので、周波数fによ
り位相変調は無くしても残留反射を除去することができ
る。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、残
留成分による成分を除去できて高感度リフレクトメータ
を実現することができるので、10m以上の石英系導波
路といった損失の大きな光導波路の診断に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係る構成図。
【図2】石英系導波路の反射測定結果を示す特性線図。
【図3】本発明の他の例の構成図。
【図4】本発明の更に他の例の構成図。
【図5】低コヒーレンスリフレクトメータの一例の構成
図。
【図6】従来の光学的遅延回路の一例構成図。
【図7】従来の光学的遅延回路の他の例の構成図。
【符号の説明】
1 スーパールミネッセントダイオード 2、4、5、9 ファイバポート 3 ファイバ型3dBカプラ 6 試験用の光導波路 7 光学的可変遅延回路 8 ファイバ型位相変調器 10 光検出器 11 信号処理系 13 レンズ 14 平行ビーム 15 反射鏡 16 ステージ 17、18 リフレクタ 19、20 反射鏡 21 位相変調器 22 発信器 23 電歪振動子 24 発信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−234042(JP,A) 特開 昭63−196829(JP,A) 特開 平2−251730(JP,A) 特開 平2−140639(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 11/00 - 11/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源からの光を光導波路と光学的可変遅
    延回路に向って分け、この光導波路と光学的可変遅延回
    路から戻った光を干渉計を介して信号処理系に入射し、
    上記光導波路の反射分布を測定する低コヒーレンスリフ
    レクトメータにおいて、 上記光学的可変遅延回路は、入射・出射兼用ポートと反
    射光学系との外に入射光の位相を一定周波数にて変調す
    る変調光学系を有し、 上記信号処理系は、上記一定周波数の成分あるいはこの
    一定周波数成分から所定周波数だけ遷移した周波数成分
    を検波する検波系を備え、 たことを特徴とする低コヒーレンスリフレクトメータ。
  2. 【請求項2】 変調光学系は反射光学系とその駆動系よ
    りなることを特徴とする請求項1記載の低コヒーレンス
    リフレクトメータ。
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