JP3692510B2 - 光ファイバ検査装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの検査装置に関し、特に検出可能距離が長い光ファイバ検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の光ファイバの検査装置としては一般に知られているOTDR(Optical Time Domain Reflectmeter)やOFDR(Optical Frequency Domain Reflectmeter)がある。OFDRは周波数を掃引した電気信号を光信号に変換した後光ファイバに入射し、光ファイバ内の障害点からの反射光を検出してその周波数情報から前記障害点を特定する。
【0003】
ここで、図5はこのような従来の強度変調形OFDRの一例を示す構成ブロック図である。図5において1は出力周波数を掃引する発振器、2は分配器、3は半導体レーザ等の外部信号で出力光の制御が可能な光源、4は光結合器、5は光ファイバ等のDUT(Device Under Test )、6は光検出器、7はミキサ、8は周波数アナライザである。
【0004】
また、1〜3は強度変調光源50を、4は光学手段51を、6は検出手段52を、7及び8は解析手段53をそれぞれ構成している。
【0005】
発振器1の出力は分配器2に接続され、分配器2の一方の出力は光源3に接続され、他方の出力はミキサ7の一方の入力端子に接続される。光源3の出力光は光結合器4を介してDUT5に入射される。
【0006】
DUT5からの反射光は光結合器4を介し光検出器6に入射される。光検出器6の出力はミキサ7の他方の入力端子に接続され、ミキサ7の出力は周波数アナライザ8に接続される。
【0007】
ここで、図5に示す従来例の動作を説明する。発振器1の出力は分配器2で2つに分配され、その一方の出力で光源3を駆動する。この時、光源3の出力光は発振器1の出力により強度変調される。
【0008】
この強度変調された光はDUT5に入射され、DUT5内に存在する障害点において反射が生じる。この反射光は光検出器6で検出され、ミキサ7において分配器2の他方の出力、言い換えれば発振器1の出力と合成される。
【0009】
周波数アナライザ8ではミキサ7の出力である2つの入力信号の差周波数に基づき光ファイバ等のDUT5を検査する。
【0010】
即ち、発振器1を単位時間当たり一定の周波数変化でリニアに掃引すると、ミキサ7に接続される2つの入力信号の差周波数は遅れ時間差に比例し、さらに、この遅れ時間差はDUT5内の障害点までの距離に比例するので、前記差周波数からDUT5内の障害点までの距離が求まり、前記差周波数の信号強度から障害点の大きさが求まり、光ファイバを検査することができる。
【0011】
例えば、発振器1を”1GHz/sec”の割合で掃引し、DUT5を群屈折率”n=1.5”の光ファイバとし、真空中の光速を”C”とした場合、光ファイバ”1m”を光が往復する時間”t”は、
t=1×2×n/C=1×10-8 [sec] (1)
となる。
【0012】
さらに、掃引の割合から、
となり、”10Hz”の差周波数が生じることになる。
【0013】
言い換えれば、DUT5内の障害点までの距離が”1m”であれば”10Hz”、”10m”であれば”100Hz”、”100m”であれば”1KHz”と言った周波数出力がミキサ7の周波数出力として得られることになる。
【0014】
この結果、この具体例においては差周波数”10Hz”がDUT5内の障害点までの距離”1m”に相当するので、周波数アナライザ8において差周波数を解析することにより、DUT5内の障害点までの距離等を得ることができる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、障害点の検出可能距離は反射光の強度に依存する一方、強度変調光のスペクトラム純度にも依存する。このスペクトラム純度が低い場合、遠方の障害点からの反射光は正弦波からずれてしまいミキサ7の出力を周波数解析しても周波数、ピークパワーの測定が困難になる。
【0016】
例えば、周波数アナライザ8で測定される”1000m”先の障害点からの信号は”100m”先の障害点からの信号と比較して”1/10”になる。
【0017】
即ち、スペクトラム純度が高い場合には、その信号は、
sin(f0・t) (3)
で表される。
【0018】
一方、スペクトラム純度が低い場合は少しずつ周波数のずれた波の重なりとみなされ、
但し、A0+A1+A2+.....=1である。
で表される。
【0019】
このため、障害点が近くて各波の位相差が小さい場合は式(3)で近似できるが、障害点が遠くなると1つの波とは近似できず、周波数アナライザ8で検出すると強度が低下し、周波数情報も広がりを持ってしまい周波数、ピークパワーの測定が困難になってしまうと言った問題点がある。
従って本発明が解決しようとする課題は、遠方の障害点を検出することが可能な光ファイバ検査装置を実現することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明の第1では、
発振器により単位時間当たり一定の周波数変化でリニアに掃引した電気信号を光信号に変換した後光ファイバに入射し、光ファイバ内の障害点からの反射光を検出してその周波数情報から前記障害点を特定する光ファイバ検査装置において、
発振器により周波数を掃引した電気信号に基づき強度変調した光を出力する強度変調光源と、
この強度変調光源の出力光を前記光ファイバに入射すると共に前記光ファイバからの前記反射光及び一定時間遅延させた前記強度変調光源の出力光をそれぞれ出射する光学手段と、
この光学手段の2つの出力光をそれぞれ電気信号に変換する検出手段と、
この検出手段の2つの出力信号間の差周波数に基づき前記光ファイバを検査する解析手段と
を備えたことを特徴とするものである。
【0021】
このような課題を達成するために、本発明の第2では、
発振器により単位時間当たり一定の周波数変化でリニアに掃引した電気信号を光信号に変換した後光ファイバに入射し、光ファイバ内の障害点からの反射光を検出してその周波数情報から前記障害点を特定する光ファイバ検査装置において、
発振器により周波数を掃引した電気信号に基づき強度変調した光を出力する強度変調光源と、
この強度変調光源の出力光を前記光ファイバに入射すると共に前記光ファイバからの前記反射光を出射する光学手段と、
この光学手段の出力光を電気信号に変換する検出手段と、
前記一定時間遅延させた周波数を掃引した電気信号と前記検出手段の出力信号との差周波数に基づき前記光ファイバを検査する解析手段と
を備えたことを特徴とするものである。
【0022】
このような課題を達成するために、本発明の第3では、
本発明の第1若しくは第2において前記光学手段が強度変調光源の出力光の遅延量を、若しくは、前記解析手段が周波数を掃引した電気信号の遅延量をそれぞれ適宜選択することを特徴とするものである。
【0023】
【作用】
遅延手段において基準となる光若しくは信号を一定時間遅延させることにより、被測定信号と基準となる信号とは遅延時間の差が小さくなるため位相差も小さくなって信号劣化を防ぐことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る光ファイバ検査装置の第1の実施例を示す構成ブロック図である。ここで、1,3〜8及び53は図5と同一符号を付してある。
【0025】
図1において9は光ファイバ等の光遅延素子、10は光検出器であり、1及び3は強度変調光源50aを、4及び9は光学手段51aを、6及び10は検出手段52aをそれぞれ構成している。
【0026】
発振器1の出力は光源3に接続され、光源3の出力光は光結合器4に入射される。光結合器4の一方の出力光はDUT5に入射され、他方の出力光は光遅延素子9に入射される。
【0027】
また、DUT5からの反射光は光結合器4を介し光検出器6に入射され、光遅延素子9の出力光は光検出器10に入射される。光検出器6及び10の出力はミキサ7の2つの入力端子に接続され、ミキサ7の出力は周波数アナライザ8に接続される。
【0028】
ここで、図1に示す実施例の動作を説明する。発振器1の出力は光源3を駆動するので光源3の出力光は発振器1の出力により強度変調される。
【0029】
この強度変調された光はDUT5及び光遅延素子9に入射され、DUT5内に存在する障害点において生じた反射光は光検出器6で検出される。一方、強度変調された光は光遅延素子9において一定時間遅延された後光検出器10で検出される。
【0030】
これらの検出信号はミキサ7において合成され、周波数アナライザ8ではミキサ7の出力である2つの入力信号の差周波数に基づき光ファイバ等のDUT5を検査する。
【0031】
例えば、光遅延素子9が”2000m”、DUT5内の障害点までの距離が”1100m”である場合、基準となる信号は”2000m”、言い換えれば片道”1000m”の距離を進むのでDUT5内の障害点からの信号と光遅延素子9の出力信号との位相差はDUT5内での”100m”の距離に相当する位相差となる。
【0032】
即ち、被測定光の検出信号と基準となる光の検出信号とを合成して周波数差を周波数アナライザ8で測定すると位相差が同じ様にずれた信号間の測定が主になされ、従来例で問題となった極度の信号劣化を防ぐことができる。
【0033】
また、前述の条件下ではDUT5内の障害点までの距離が”1100m”であれば”1kHz”、”2000m”であれば”10kHz”と言った周波数出力がミキサ7の周波数出力として得られることになる。
【0034】
これは基準となる光も片道”1000m”分の周波数変化を生じているためで、従って”1000m”分の周波数変化分が引かれた状態になっている。
【0035】
この結果、光遅延素子9において基準となる光を一定時間遅延させることにより、極度の信号劣化が防止でき遠方の障害点を検出することが可能になる。
【0036】
また、図2は本発明に係る光ファイバ検査装置の第2の実施例を示す構成ブロック図である。ここで、1〜8,50,51及び52は図5と同一符号を付してある。
【0037】
図2において11は遅延素子であり、7,8及び11は解析手段53aを構成している。
【0038】
発振器1の出力は分配器2に接続され、分配器2の一方の出力は光源3に接続され、他方の出力は遅延素子11に接続される。光源3の出力光は光結合器4を介してしてDUT5に入射される。
【0039】
DUT5からの反射光は光結合器4を介し光検出器6に入射される。光検出器6の出力はミキサ7の一方の入力端子に接続される。また、遅延素子11の出力はミキサ7の他方の入力端子に接続され、ミキサ7の出力は周波数アナライザ8に接続される。
【0040】
ここで、図2に示す実施例の動作を説明する。図2に示す実施例では基準となる信号を分配器2で分配しその信号を遅延素子11によって一定時間遅延させる。
【0041】
また、ミキサ7において光検出器6で検出された検出信号と合成することにより、第1に実施例と同様に位相差が同じ様にずれた信号間の測定が主になされるので従来例で問題となった極度の信号劣化を防ぐことができる。
【0042】
例えば、遅延素子11の遅延時間を”10μsec”にすれば第1の実施例と同様の周波数出力を得ることができる。
【0043】
但し、第1及び第2の実施例においては基準となる光若しくは信号は片道”1000m”分の周波数変化を生じているので、常に”1000m”分の周波数変化分が引かれた状態になっている。
【0044】
従って、障害点が”100m”のところにあった場合、遅延がなければ”1KHz”であるが遅延による影響のため”10KHz”分が減算され、”9KHz”が周波数出力として得られることになる。しかし、この信号が”100m”の障害点若しくは”900m”の障害点のどちらの信号であるか識別することはできない。
【0045】
図3は本発明に係る光ファイバ検査装置の第3の実施例を示す構成ブロック図である。ここで、1,3〜8,10,50a,52a及び53は図1と同一符号を付してある。
【0046】
図3において9a及び9bは光遅延素子、12a及び12bは光スイッチ回路であり、4,9a,9b,12a及び12bは光学手段51bを構成している。
【0047】
接続関係については図1に示す第1の実施例とほぼ同様であり、異なる点は以下の通りである。
【0048】
即ち、光結合器4の他方の出力光は光スイッチ回路12aの入力端子に入射され、光スイッチ回路12aの一方の出力光が光遅延素子9aに、他方の出力光が光遅延素子9bにそれぞれ入射される。
【0049】
また、光遅延素子9a及び9bの出力光はそれぞれ光スイッチ回路12bの2つの入力端子に入射され、光スイッチ回路12bの出力光が光検出器10に入射される。
【0050】
ここで、図3に示す第3の実施例の動作を説明する。光遅延素子9aを”2000m”、光遅延素子9bは遅延ゼロとする。
【0051】
そして、”0m”〜”1000m”のDUT5内を測定する場合は光スイッチ回路12a及び12bで光遅延素子9bを選択し、”1000m”〜”2000m”のDUT5内を測定する場合は光スイッチ回路12a及び12bで光遅延素子9aを選択して測定する。
【0052】
”1000m”〜”2000m”のDUT5内の測定時においても第1及び第2の実施例と同様の識別問題が生じるが、”0m”〜”1000m”のDUT5内の測定結果を参照することにより、例えば、”100m”の障害点若しくは”900m”の障害点のどちらの信号であるかを識別することができる。
【0053】
また、図4は本発明に係る光ファイバ検査装置の第4の実施例を示す構成ブロック図である。ここで、1〜8,11,50,51及び52は図2と同一符号を付してある。
【0054】
図4において13a及び13bはスイッチ回路であり、7,8,11,13a及び13bは解析手段53bを構成している。
【0055】
接続関係については図2に示す第2の実施例とほぼ同様であり、異なる点は以下の通りである。
【0056】
即ち、分配器2の他方の出力がスイッチ回路13aの入力端子に接続され、スイッチ回路13aの一方の出力が遅延素子11に接続され、他方の出力がスイッチ回路13bの一方の入力端子に接続される。
【0057】
また、遅延素子11の出力はスイッチ回路13bの他方の入力端子に接続され、スイッチ回路13bの出力はミキサ7の他方の入力端子に接続される。
【0058】
ここで、図4に示す第4の実施例の動作を説明する。構成上は図2に示す第2の実施例とほぼ同様であり、スイッチ回路13a及び13bにより遅延量を適宜選択して、第3の実施例のように、例えば、”100m”の障害点若しくは”900m”の障害点のどちらの信号であるかを識別することができるようにしたものである。
【0059】
なお、図3及び図4の実施例においては2つの遅延量を切り替えて測定を行っているが、勿論これに限る訳ではなく2以上の任意の遅延量切り替えて測定しても良い。
【0060】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
遅延手段において基準となる光若しくは信号を一定時間遅延させることにより、遠方の障害点を検出することが可能な光ファイバ検査装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る光ファイバ検査装置の第1の実施例を示す構成ブロック図である。
【図2】本発明に係る光ファイバ検査装置の第2の実施例を示す構成ブロック図である。
【図3】本発明に係る光ファイバ検査装置の第3の実施例を示す構成ブロック図である。
【図4】本発明に係る光ファイバ検査装置の第4の実施例を示す構成ブロック図である。
【図5】従来の強度変調形OFDRの一例を示す構成ブロック図である。
【符号の説明】
1 発振器
2 分配器
3 光源
4 光結合器
5 DUT
6,10 光検出器
7 ミキサ
8 周波数アナライザ
9,9a,9b 光遅延素子
11 遅延素子
12a,12b 光スイッチ回路
13a,13b スイッチ回路
50,50a 強度変調光源
51,51a,51b 光学手段
52,52a 検出手段
53,53a,53b 解析手段
Claims (3)
- 発振器により単位時間当たり一定の周波数変化でリニアに掃引した電気信号を光信号に変換した後光ファイバに入射し、光ファイバ内の障害点からの反射光を検出してその周波数情報から前記障害点を特定する光ファイバ検査装置において、
発振器により周波数を掃引した電気信号に基づき強度変調した光を出力する強度変調光源と、
この強度変調光源の出力光を前記光ファイバに入射すると共に前記光ファイバからの前記反射光及び一定時間遅延させた前記強度変調光源の出力光をそれぞれ出射する光学手段と、
この光学手段の2つの出力光をそれぞれ電気信号に変換する検出手段と、
この検出手段の2つの出力信号間の差周波数に基づき前記光ファイバを検査する解析手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバ検査装置。 - 発振器により単位時間当たり一定の周波数変化でリニアに掃引した電気信号を光信号に変換した後光ファイバに入射し、光ファイバ内の障害点からの反射光を検出してその周波数情報から前記障害点を特定する光ファイバ検査装置において、
発振器により周波数を掃引した電気信号に基づき強度変調した光を出力する強度変調光源と、
この強度変調光源の出力光を前記光ファイバに入射すると共に前記光ファイバからの前記反射光を出射する光学手段と、
この光学手段の出力光を電気信号に変換する検出手段と、
前記一定時間遅延させた周波数を掃引した電気信号と前記検出手段の出力信号との差周波数に基づき前記光ファイバを検査する解析手段と
を備えたことを特徴とする光ファイバ検査装置。 - 前記光学手段が強度変調光源の出力光の遅延量を、若しくは、前記解析手段が周波数を掃引した電気信号の遅延量をそれぞれ適宜選択することを特徴とする
特許請求の範囲請求項1若しくは範囲請求項2記載の光ファイバ検査装置。
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