JP4037840B2

JP4037840B2 - 光パルス試験器

Info

Publication number: JP4037840B2
Application number: JP2004074097A
Authority: JP
Inventors: 達幸牧; 雅哉清水
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005265431A

Description

本発明は、光パルスを被測定光ファイバに入射し、その後方散乱及びフレネル反射に起因する戻り光を受光して、被測定光ファイバの特性を測定する光パルス試験器に関し、特に被測定光ファイバから戻り光以外の過大な背景光が入射されるような光ファイバ通信システムの測定を可能にした光パルス試験器に関する。

光パルス試験器は、被測定光ファイバからの戻り光を受光器で電気信号に変換し、増幅器で増幅した後にＡ／Ｄ変換器に入力して、その出力のディジタル値から被測定光ファイバの特性を測定している。ところが、被測定光ファイバから戻り光以外に大きな背景光が同時に入射されると、電気信号の電圧がその背景光によって大きく変化し、そのためにＡ／Ｄ変換器のオフセット電圧が変わり、戻り光を適正なオフセット電圧でＡ／Ｄ変換できなくなる。従来、これを解決するために、戻り光のない背景光のみが入射されている状態で、増幅器のオフセット電圧を設定して、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を戻り光に対して適正となるようにした光パルス試験器があった。（例えば、特許文献1参照）

特開平９−３１８４９２号公報

従来の光パルス試験器の概略構成を図３に示す。光検波回路２０は、被測定光ファイバから入射される後方散乱をプローブ光によって検波し、その出力の検出電圧を差動増幅回路２１へ出力する。差動増幅回路２１は、光検波回路２０から入力される検出電圧と、Ｄ／Ａ変換器２４から入力される基準電圧（オフセット電圧）との差電圧を増幅してＡ／Ｄ変換器２２へ出力する。Ａ／Ｄ変換器２２は、差動増幅回路２１から入力される増幅された信号をディジタル値に変換して演算回路２３に出力する。演算回路２３は、Ａ／Ｄ変換器２２から入力されるディジタル値を２乗演算し、その出力の２乗信号に時間的な累積加算処理を施すことにより２乗平均信号を得て被測定光ファイバの特性を測定する。

また、演算回路２３は、被測定光ファイバの特性を測定する前提として、被測定光ファイバから後方散乱が入射されずに、プローブ光のみが光検波回路２０に入射されるような状態にした場合において、Ａ／Ｄ変換器２２から入力されるディジタル値に基づいて２乗平均信号を演算し、Ｄ／Ａ変換器２４へ出力する。Ｄ／Ａ変換器２４は、演算回路２３から入力されるディジタルの２乗平均信号をアナログに変換して、差動増幅回路の基準電圧（オフセット電圧）として差動増幅回路２１へ出力する。これにより、Ａ／Ｄ変換器２２のオフセット値（電圧）は、自身の電圧変換範囲内の中間値に設定される。すなわち、被測定光ファイバから入射される後方散乱に対して適正なオフセット値（電圧）が設定される。

しかしながら、このような従来の光パルス試験器では、海底光ファイバ通信システム、ＷＤＭ（波長多重）通信システム等をインサービスで測定する場合、次のような問題があった。すなわち、これらのシステムに使用されているＥＤＦＡ（エルビウムドープ光ファイバ増幅器）で発生されるＡＳＥ雑音等が、過大な背景光として光パルス試験器の受光器に入射されるために、一つの増幅器のオフセット電圧の設定だけでは、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を適正に設定するのに要する時間が長くなる。逆に、その時間を短縮しようとして、増幅器のオフセット電圧の設定を粗くすると、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を適正に設定できない。また、測定の際、これらのシステムからの戻り光が微弱であるために、増幅器の利得を大きくすることが必要であるが、一つの増幅器で、必要な周波数帯域（例えばＤＣ〜２０ＭＨｚ）を確保しつつ必要な利得を確保することは困難である。

本発明は、これらの課題を解決し、被測定光ファイバから戻り光以外の過大な背景光が入射されるような光ファイバ通信システムの測定を可能にした光パルス試験器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の光パルス試験器では、パルス信号を受けて所定波長の光パルスを発生し被測定光ファイバに出射する光パルス発生手段（１、３）と、前記被測定光ファイバから入射される前記光パルスの戻り光を受光して当該戻り光を電気信号に変換する受光器（５）と、該受光器から前記電気信号を受けてディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１０）とを備え、前記電気信号のディジタル値をデータ処理して前記被測定光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、前記受光器から出力される前記電気信号を受けて、該電気信号と、第１の所定電圧値のステップで変更可能とされた第１のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる第１の増幅信号を出力する第１の増幅手段（６）と、前記第１の増幅信号を受けて、該第１の増幅信号と、前記第１の所定電圧値より小さい第２の所定電圧値のステップで変更可能とされた第２のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる第２の増幅信号を前記Ａ／Ｄ変換器に出力する第２の増幅手段（７）と、前記Ａ／Ｄ変換器から前記第２の増幅信号のディジタル値を受け、該第２の増幅信号のディジタル値に基づいて、前記第１の増幅手段が前記第１のオフセット電圧を前記第１の所定電圧値のステップで変更して設定するための第１のオフセットデータを前記第１の増幅手段に出力し、かつ、前記第２の増幅手段が前記第２のオフセット電圧を前記第２の所定電圧値のステップで変更して設定するための第２のオフセットデータを前記第２の増幅手段に出力する制御手段（１１）とを備えている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項２の光パルス試験器では、上述した請求項1の光パルス試験器において、前記制御手段は、前記被測定光ファイバから前記光パルスの戻り光が前記受光器に入射されていない状態で、かつ、前記第２の増幅手段の前記第２のオフセット電圧がゼロに設定された状態において、前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が第１の所定電圧範囲となるように、前記第１の増幅手段をして、前記第１のオフセット電圧を前記第１の所定電圧値のステップで変更し設定させるための前記第１のオフセットデータを該第１の増幅手段に出力し、更に、前記被測定光ファイバから前記光パルスの戻り光が前記受光器に入射されていない状態で、かつ、前記第１の増幅手段の前記第１のオフセット電圧が前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が前記第１の所定電圧範囲となるように設定された状態において、前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が前記第１の所定電圧範囲内でかつ該第１の所定電圧範囲よりも狭い第２の所定電圧範囲となるように、前記第２の増幅手段をして、前記第２のオフセット電圧を前記第２の所定電圧値のステップで変更し設定させるための前記第２のオフセットデータを該第２の増幅手段に出力するようにしている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項３の光パルス試験器では、上述した請求項２の光パルス試験器において、前記制御手段は、前記第１の増幅手段が前記第１のオフセットデータにしたがって前記第１のオフセット電圧を設定し、かつ、前記第２の増幅手段が前記第２のオフセットデータにしたがって前記第２のオフセット電圧を設定した後に、前記光パルス発生手段が前記光パルスを発生して前記被測定光ファイバへ出射するように、該光パルス発生手段に前記パルス信号を出力するようにしている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項４の光パルス試験器では、上述した請求項１〜３のいずれかの光パルス試験器において、前記第１の増幅手段は、前記第１のオフセットデータを受けて前記第１のオフセット電圧に変換する第１のＤ／Ａ変換器（６ｂ）と、前記受光器から入力される前記電気信号と、前記第１のＤ／Ａ変換器から入力される前記第１のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる前記第１の増幅信号を前記第２の増幅手段に出力する第１の差動増幅器（６ａ）とを備え、前記第２の増幅手段は、前記第２のオフセットデータを受けて前記第２のオフセット電圧に変換する第２のＤ／Ａ変換器（７ｂ）と、前記第１の増幅手段から入力される前記第１の増幅信号と、前記第２のＤ／Ａ変換器から入力される前記第２のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる前記第２の増幅信号を前記Ａ／Ｄ変換器に出力する第２の差動増幅器（７ａ）とを備え、前記制御手段は、前記第１のオフセットデータを前記第１のＤ／Ａ変換器に出力するとともに、前記第２のオフセットデータを前記第２のＤ／Ａ変換器に出力するようにしている。

本発明の請求項１の光パルス試験器では、受光器からの電気信号を増幅する手段として、第１の所定電圧値のステップで変更可能とされた第１のオフセット電圧が設定できる第１の増幅手段、及び第１の所定電圧値より小さい第２の所定電圧値のステップで変更可能とされた第２のオフセット電圧が設定できる第２の増幅手段を備えるようにした。この結果、微弱な戻り光については、二つの増幅手段を用いることにより、必要な周波数帯域を確保しつつ必要な利得も確保することができる。また過大な背景光については、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧が適正となるように、第１の増幅手段の第１のオフセット電圧を粗く設定するとともに、第２の増幅手段の第２のオフセット電圧を細かく設定できるので、従来の一つの増幅器のオフセット電圧を用いて設定する場合に比べて、設定に要する時間が短縮できる。

本発明の請求項２の光パルス試験器では、上述の請求項１において、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を、先ず第１の増幅手段の第１のオフセット電圧で第１の所定電圧範囲となるようし、次に第２の増幅手段の第２のオフセット電圧で第１の所定電圧範囲よりも狭い第２の所定電圧範囲となるようにしたので、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を粗い範囲に追い込んでから、細かい範囲に追い込むことにより、Ａ／Ｄ変換器の正確なオフセット電圧の設定が可能となる。

本発明の請求項３の光パルス試験器では、上述の請求項２において、Ａ／Ｄ変換器のオフセット電圧を第２の所定電圧範囲となるようにした後に、光パルス発生手段が光パルスを被測定光ファイバへ出射するので、被測定光ファイバからの戻り光を、常にＡ／Ｄ変換器のオフセット電圧が適正な状態でディジタル値に変換でき、正確な測定が可能となる。

以下に本発明の実施例を記載する。

本発明の実施例１の光パルス試験器の構成を図１に示す。光源１は、例えばＤＦＢ半導体レーザで構成されており、所定波長の連続光（コヒーレント光）を音響光学変調器（ＡＯＭ）３へ出射する。音響光学変調器３は、光源１から入射される連続光を制御手段１１から入力されるパルス信号ｐでオン／オフ（パルス変調）して光パルスを発生し、被測定光ファイバ１２へ出射する。なお、光源１及び音響光学変調器３は、光パルス発生手段を構成している。

ところで、被測定光ファイバ１２は、例えば海底光ファイバ通信システムを測定対象とする場合、図２に示すように、数千ｋｍ〜１万ｋｍの長さを有するものであり、所定の距離、例えば５０ｋｍごとに、光増幅器１３及び上り線路と下り線路とを結ぶ光パス１４を設けた光増幅中継器１５が配置されている。一般に、光増幅器１３は発振防止のために光アイソレータ１３ａを内蔵しているために、逆方向に光を伝搬しない。このために、光パルス試験器から光パルスが、例えば上り線路に入射されると、フレネル反射や後方散乱光の戻り光は、光パス１４を経由して下り線路から光パルス試験器に入射される。

そして、この被測定光ファイバ１２からの戻り光は受光器（ＰＤ）５へ入射される。受光器５は、例えばアバランシェフォトダイオードで構成されており、被測定光ファイバ１２からの戻り光を検波して、その出力の電気信号を差動増幅器６ａへ出力する。差動増幅器６ａは、受光器５から入力される電気信号と、Ｄ／Ａ変換器６ｂから入力される第１のオフセット電圧ａ１との差電圧を増幅して得られる第１の増幅信号ｂ１を差動増幅器７ａへ出力する。Ｄ／Ａ変換器６ｂは、制御手段１１から入力される第１のオフセットデータｃ１を第１のオフセット電圧ａ１に変換して差動増幅器６ａへ出力する。なお、差動増幅器６ａ及びＤ／Ａ変換器６ｂは、第１の増幅手段６を構成している。

差動増幅器７ａは、差動増幅器６ａから入力される第１の増幅信号ｂ１と、Ｄ／Ａ変換器７ｂから入力される第２のオフセット電圧ａ２との差電圧を増幅して得られる第２の増幅信号ｂ２を加算器８へ出力する。Ｄ／Ａ変換器７ｂは、制御手段１１から入力される第２のオフセットデータｃ２を第２のオフセット電圧ａ２に変換して差動増幅器７ａへ出力する。なお、差動増幅器７ａ及びＤ／Ａ変換器７ｂは、第２の増幅手段７を構成している。

加算器８は、差動増幅器７ａから入力される第２の増幅信号ｂ２と、基準電圧発生器９から入力される基準電圧ｄとを加算してＡ／Ｄ変換器１０へ出力する。基準電圧発生器９は、Ａ／Ｄ変換器１０の入力電圧範囲の中心電圧、例えばＡ／Ｄ変換器１０の入力電圧範囲が０〜１．２Ｖとすると、０．６Ｖを発生して加算器８へ出力する。これは、差動増幅器７ａからの第２の増幅信号ｂ２が０ＶのときにＡ／Ｄ変換器１０の中心電圧となるようにしている。Ａ／Ｄ変換器１０は、加算器８から入力される第２の増幅信号ｂ２と基準電圧ｄとの加算電圧ｅをディジタル値ｆに変換して、制御手段１１に出力する。

制御手段１１は、Ａ／Ｄ変換器１０からのディジタル値ｆに基づいて、第１のオフセットデータｃ１及び第２のオフセットデータｃ２を、それぞれ、Ｄ／Ａ変換器６ｂ及びＤ／Ａ変換器７ｂに出力するとともに、パルス信号ｐを音響光学変調器３へ出力して被測定光ファイバ１２の特性を測定する。

次に、差動増幅器６ａの第１のオフセット電圧ａ１及び差動増幅器７ａの第２のオフセット電圧ａ２をそれぞれ設定して、Ａ／Ｄ変換器１０のオフセット電圧を適正な電圧に設定する手順、例えば、上述の基準電圧ｄを０．６Ｖとし、Ａ／Ｄ変換器１０のオフセット電圧を０．６Ｖ±０．０５Ｖに設定する手順について説明する。

（１）先ず、被測定光ファイバ１２から光パルスの戻り光が受光器５に入射されていない状態において、制御手段１１は差動増幅器７ａの第２のオフセット電圧ａ２を０Ｖにするための第２のオフセットデータｃ２（０Ｖに相当するディジタル値）をＤ／Ａ変換器７ｂに出力する。この場合、差動増幅器６ａから出力される第１の増幅信号ｂ１が仮に０Ｖとすると、差動増幅器７ａから出力される第２の増幅信号ｂ２も０Ｖとなり、Ａ／Ｄ変換器１０のオフセット電圧は０．６Ｖとなる。

（２）次に、制御手段１１は、Ａ／Ｄ変換器１０から出力されるディジタル値ｆが０．６Ｖ±０．２５Ｖ（第１の所定電圧範囲）となるように、差動増幅器６ａの第１のオフセット電圧ａ１（すなわち、Ｄ／Ａ変換器６ｂに出力する第１のオフセットデータｃ１）を、粗く、例えば０．０５Ｖ（第１の所定電圧値）のステップで順次変える。これにより、先ず粗く変えて、すばやく粗い範囲に追い込むことができる。

（３）次に、制御手段１１は、Ａ／Ｄ変換器１０から出力されるディジタル値ｆが０．６Ｖ±０．０５Ｖ（第２の所定電圧範囲）となるように、差動増幅器７ａの第２のオフセット電圧ａ２（すなわち、Ｄ／Ａ変換器７ｂに出力する第２のオフセットデータｃ２）を、細かく、例えば０．０１Ｖ（第２の所定電圧値）のステップで順次変える。これにより、次に細かく変えて、すばやく正確に、狭い範囲に追い込むことができる。

そして、制御手段１１は、以上の（１）、（２）及び（３）の手順により、Ａ／Ｄ変換器１０のオフセット電圧を適正な電圧（例えば、上述の０．６Ｖ±０．０５Ｖ）に設定した後に、パルス信号ｐを音響光学変調器３へ出力する。これにより、音響光学変調器３で発生された光パルスは被測定光ファイバ１２へ出射され、その戻り光が受光されて被測定光ファイバ１２の特性が測定される。なお、これらの手順、すなわちＡ／Ｄ変換器１０のオフセット電圧の設定、光パルスの被測定光ファイバ１２への出射、戻り光の受光と測定の手順は、加算平均化処理の回数分繰り返される。

本発明の実施例１の構成を示す図被測定光ファイバの構成例を示す図従来例の概略構成を示す図

符号の説明

１・・・光源、３・・・音響光学変調器、５・・・受光器、６・・・第１の増幅手段、６ａ，７ａ・・・差動増幅器、６ｂ，７ｂ，２４・・・Ｄ／Ａ変換器、７・・・第２の増幅手段、８・・・加算器、９・・・基準電圧発生器、１０，２２・・・Ａ／Ｄ変換器、１１・・・制御手段、１２・・・被測定光ファイバ、１３・・・光増幅器、１３ａ・・・光アイソレータ、１４・・・光パス、１５・・・光増幅中継器、２０・・・光検波回路、２１・・・差動増幅回路、２３・・・演算回路。

Claims

パルス信号を受けて所定波長の光パルスを発生し被測定光ファイバに出射する光パルス発生手段（１、３）と、前記被測定光ファイバから入射される前記光パルスの戻り光を受光して当該戻り光を電気信号に変換する受光器（５）と、該受光器から前記電気信号を受けてディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１０）とを備え、前記電気信号のディジタル値をデータ処理して前記被測定光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、
前記受光器から出力される前記電気信号を受けて、該電気信号と、第１の所定電圧値のステップで変更可能とされた第１のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる第１の増幅信号を出力する第１の増幅手段（６）と、
前記第１の増幅信号を受けて、該第１の増幅信号と、前記第１の所定電圧値より小さい第２の所定電圧値のステップで変更可能とされた第２のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる第２の増幅信号を前記Ａ／Ｄ変換器に出力する第２の増幅手段（７）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から前記第２の増幅信号のディジタル値を受け、該第２の増幅信号のディジタル値に基づいて、前記第１の増幅手段が前記第１のオフセット電圧を前記第１の所定電圧値のステップで変更して設定するための第１のオフセットデータを前記第１の増幅手段に出力し、かつ、前記第２の増幅手段が前記第２のオフセット電圧を前記第２の所定電圧値のステップで変更して設定するための第２のオフセットデータを前記第２の増幅手段に出力する制御手段（１１）とを備えたことを特徴とする光パルス試験器。
前記制御手段は、
前記被測定光ファイバから前記光パルスの戻り光が前記受光器に入射されていない状態で、かつ、前記第２の増幅手段の前記第２のオフセット電圧がゼロに設定された状態において、前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が第１の所定電圧範囲となるように、前記第１の増幅手段をして、前記第１のオフセット電圧を前記第１の所定電圧値のステップで変更し設定させるための前記第１のオフセットデータを該第１の増幅手段に出力し、更に、
前記被測定光ファイバから前記光パルスの戻り光が前記受光器に入射されていない状態で、かつ、前記第１の増幅手段の前記第１のオフセット電圧が前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が前記第１の所定電圧範囲となるように設定された状態において、前記Ａ／Ｄ変換器からのディジタル値が前記第１の所定電圧範囲内でかつ該第１の所定電圧範囲よりも狭い第２の所定電圧範囲となるように、前記第２の増幅手段をして、前記第２のオフセット電圧を前記第２の所定電圧値のステップで変更し設定させるための前記第２のオフセットデータを該第２の増幅手段に出力することを特徴とする請求項１記載の光パルス試験器。
前記制御手段は、前記第１の増幅手段が前記第１のオフセットデータにしたがって前記第１のオフセット電圧を設定し、かつ、前記第２の増幅手段が前記第２のオフセットデータにしたがって前記第２のオフセット電圧を設定した後に、前記光パルス発生手段が前記光パルスを発生して前記被測定光ファイバへ出射するように、該光パルス発生手段に前記パルス信号を出力することを特徴とする請求項２記載の光パルス試験器。
前記第１の増幅手段は、前記第１のオフセットデータを受けて前記第１のオフセット電圧に変換する第１のＤ／Ａ変換器（６ｂ）と、前記受光器から入力される前記電気信号と、前記第１のＤ／Ａ変換器から入力される前記第１のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる前記第１の増幅信号を前記第２の増幅手段に出力する第１の差動増幅器（６ａ）とを備え、
前記第２の増幅手段は、前記第２のオフセットデータを受けて前記第２のオフセット電圧に変換する第２のＤ／Ａ変換器（７ｂ）と、前記第１の増幅手段から入力される前記第１の増幅信号と、前記第２のＤ／Ａ変換器から入力される前記第２のオフセット電圧との差電圧を増幅して得られる前記第２の増幅信号を前記Ａ／Ｄ変換器に出力する第２の差動増幅器（７ａ）とを備え、
前記制御手段は、前記第１のオフセットデータを前記第１のＤ／Ａ変換器に出力するとともに、前記第２のオフセットデータを前記第２のＤ／Ａ変換器に出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光パルス試験器。