JP4643828B2 - 光ファイバを試験するための電磁パルス列の生成 - Google Patents
光ファイバを試験するための電磁パルス列の生成 Download PDFInfo
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Description
【技術の分野】
本発明は、電磁パルスを放出するエミッタに、光ファイバ部品を試験するシステムに、そしてそれらの部品を試験する方法に関する。
【0002】
【発明の背景】
前記エミッタは、
少なくとも1つの電磁パルス、特に光パルスを発生する発生器と、
注入する目的で前記発生器により発生する電磁パルスを伝送することができる少なくとも1つの光ファイバと、を備える型式のエミッタであり、より詳細には、排他的ではないが、光ファイバ部品の特性パラメータ、特にファイバベース部品、ファイバベースリンクまたは光ファイバネットワークの特性パラメータ、特に損失を決定する試験システムに適応されることが可能である。
【0003】
米国特許第5,251,002号は、そのような試験システムであって、
光パルスを放出することができるかかる光エミッタすなわち光源と、
該光源によって放出され且つ光ファイバ部品によって伝送される光パルスの光学特性を測定することができる光受信機と、
試験すべき前記光ファイバ部品に対しおよび基準光ファイバ部品に対し前記光受信機によって生成された測定値を受取り、これらの測定値に基づいて、試験すべき前記光ファイバ部品の損失を決定する、データ収集、記憶および処理手段と、を備える試験システムを開示している。
【0004】
既知の方法で、前記光源すなわち前記エミッタは、一定かつ一様の放出立体角及び照明面に関する放出状態を有する。
【0005】
加えて、前記既知の試験システムにより、試験は、前記光源により放出された時に、使用される光ビームの定義された構成に対してのみ実行することが可能である。従って、この既知の試験システムは、前記光源によって放出される1つの定義されたパルスに関する損失のみを測定する方法を使用する。
【0006】
しかしながら、実際には、光源によって生成される光ビームの構成は、常に、前記試験すべき光ファイバ部品に実際に使用されるものであるとは限らない。従って、この試験システムの信頼性は、不十分である。
【0007】
信頼性を向上させるために、放出面の場合はコアの領域の0%〜100%、そして放出立体角の場合は開口数の0%〜100%変化する可能性がある上述した照明すなわち放出状態を、適切にサンプリングすることが必要である。通常遭遇する状況では、放出状態は、70%〜100%変化する可能性がある。
【0008】
この目的で、多くて2%のサンプリング増分を提供することが勧められている。従って、これは、十分なサンプリングを得るために、少なくとも15の異なる光源が使用され、それらの各々が適当な照明状態を有していることを想定している。
【0009】
従って、この解決法は、特にコストが高く、実施時間が長くかつ処理が大量であるため、ほとんど満足のいくものではない。
【0010】
本発明の目的は、これら欠点、特に光源の一定かつ一様の放出状態があることに関連する欠点を取除くことである。
【0011】
【発明の概要】
本発明は、放出の幾何学的特性(放出立体角および発光領域)が可変である電磁パルスを放出することができる、電磁パルスを放出するエミッタに関する。
【0012】
この目的のために、本発明によれば、電磁パルスを放出する前記エミッタは、
少なくとも1つの電磁パルスを発生させる発生器と、
放出する目的で該発生器によって発生された電磁パルスを伝送することができる少なくとも1つの光ファイバと、を備えており、更に少なくとも1つの光キャビティを含み、該光キャビティは、
前記光ファイバによって伝送される入射電磁パルスの経路に配置されており、
第1の部分反射ミラーを備える入力と第2の部分反射ミラーを備える出力とを有し、該第1および第2のミラーが、該光キャビティの出力において、1つの入射電磁パルスから、可変の幾何学的特性を有しかつ該入射電磁パルスに関連する放出電磁パルス列を生成するよう配置されている、という点で注目すべきである。
【0013】
このため、前記光キャビティにより、放出パルス列は、前記第1および第2ミラーから可変数反射され、そのため該キャビティ内を可変距離進行するパルスからなる。しかしながら、上述した幾何学的特性が進行する距離によって既知の方法で変化するため、前記パルス列の種々のパルスは可変の幾何学的特性(放出立体角および発光領域)を有する。
【0014】
従って、前記光キャビティの適切な特性、そして特に部分反射ミラーの反射/伝達率およびそれらの間の距離とを選択することにより、予め決定された放出特性を有する複数のパルスを形成することができる。
【0015】
特に、前記エミッタが上述した型式の試験システムに適用されると、試験すべき部品によって伝送される可能性の高い光ビームの種々のあり得る構成を備えた特定のパルス列を形成することが可能である。
【0016】
これにより、全体試験を実行するために複数の異なる光源を提供する必要が無くなるため、特に米国特許第5,251,002号に述べられている既知の試験システムの上述した欠点を取除くことができる。
【0017】
更に、有利には、前記第1および第2のミラーの少なくとも一方は、光ファイバの2つの部分に
第1の実施の形態では、対向する面によって直接、
第2の実施の形態では、関連する光結合手段により、連結されている。
【0018】
この第2の実施の形態では、前記光結合手段または前記光結合手段の各々は、
第1の実施の形態では、光ファイバの前記2つの部分を光学的に連結する2つのレンズを備え、前記光結合手段に関連するミラーが該2つのレンズの間に配置されており、
第2の実施の形態では、1つの半波屈折率分布型レンズ(half-wave graded-index
lens)を具備し、前記ミラーが前記光結合手段の前記光キャビティの内側の面に配置されており、
第3の実施の形態では、光ファイバの前記2つの部分を光学的に連結する2つの4分の1波屈折率分布型レンズ(quarter-wave graded-index lens)を具備し、前記光結合手段に関連するミラーが該2つのレンズの間に配置されているのが好ましい。
【0019】
更に、本発明によるエミッタは、好適には、前記発生器によって発生したパルスが発生器に戻ることを防止する手段を備えている。この目的のために、該手段は、好ましくは、前記第1のミラーに関連する光結合手段と協動する少なくとも1つのライトトラップを含む。
【0020】
更に、前記発生器は、波長の異なる少なくとも2つのパルスを発生させることができ、それにより、特に試験システムに適用される場合に、例えば0.85μmおよび1.3μmの波長で動作するビデオ通信リンクなど、幾つかの型式のリンクの複数の動作波長における損失を同時に測定することができるのが好ましい。
【0021】
また、本発明は、上述した型式の試験システムに関連する。
【0022】
本発明によれば、前記試験システムは、このシステムの光源が上述したような光パルスエミッタを備えているという点で注目すべきである。
【0023】
上述した利点に加えて、本発明によるこの試験システムは、米国特許第5,251,002号に述べられているものより長い動作寿命(または耐用年数)を有する。これは、電気光学スイッチを含むこの既知の米国特許のシステムが、比較的少ない数の用途のみを可能とし、加えて、環境条件、すなわち機械的可動部分を有していない本発明によるシステムでは当てはまらない何かに対し、影響を受け易いためである。
【0024】
また、パルスエミッタの光ファイバは、概して、試験すべき光ファイバ部品の特性と同じ特性(コア直径および開口数)を有している。これにより、各連続パルス毎に低下する発光領域及び放出立体角(2つの幾何学的特性)を時間の経過により同じ方向に変化させることができる。
【0025】
しかしながら、1つの特定の実施の形態において、電磁パルスエミッタは、前記幾何学的特性の1つが一定であり、他方が変化するように形成される。
【0026】
この目的のために、本発明によれば、
一定の放出立体角を得るためには、試験すべき光ファイバ部品のコア直径と同じコア直径を有するが、開口数がより多い光ファイバが提供され、一定の発光領域を得るためには、試験すべき光ファイバ部品と同じ開口数を有するが、それより大きいコア直径を有する光ファイバが提供される。
【0027】
更に、本発明はまた、電磁強度の減衰など、光ファイバ部品の少なくとも1つの特性パラメータの値を決定する試験方法に関し、この方法により、特に、米国特許第5,251,002号に述べられている試験システムによって実現される既知の方法の上述した欠点を取除くことができる。
【0028】
この既知の方法は、上述したように、1つの型式のパルスに対してのみ測定を行う。このため、複数の異なるパルスに対して情報が必要である場合、前記パルスの各々に対して前記既知の方法を使用することが必要である。更に、そのように取得された結果を適応させるかまたは比較することができるようにするために、これら異なる試験の各々に対し同じ動作状態を作り出す必要がある。これは、時間を浪費し、単調であり、誤りの原因になる。
【0029】
これら欠点を取除くために、光ファイバ部品の少なくとも1つの特性パラメータの値を決定する本発明による前記方法であって、
a)少なくとも1つの電磁パルスが生成され、それが前記光ファイバ部品に注入され、
b)前記光ファイバ部品によって伝送される前記電磁パルスに関連する測定が実行され、
c)前記特性パラメータが少なくとも前記測定値から決定される
方法は、ステップa)において、電磁パルス列が生成され、その電磁パルスの少なくとも一部が、少なくとも1つの光学的特性、特に発光領域または放出立体角などの放出幾何学的特性に対し、異なる値を有するという点と、ステップc)において、前記特性パラメータの値が前記電磁パルス列の前記異なる電磁パルスの各々に対して決定されるという点で、注目すべきである。
【0030】
このように、本発明により、複数の異なるパルスに対する試験が、本方法の1つの実施態様において実行される。これは、多数の利点、および特に複数の異なるパルスに対して実行されなければならない場合の試験の長さおよびコストの低減と、正確性の向上という利点を有する。複数の異なる試験に対し同一の動作状態を再度作り出す必要がないためである。
【0031】
好適には、前記パルス列を生成するために、
複数のパルスが1つの入射電磁パルスから形成され、
前記複数のパルスは、少なくとも1つの光ファイバにおいて異なる距離を進行するよう生成され、該複数のパルスは該光ファイバの出口で前記パルス列を形成する。
【0032】
これは、好ましくは、上述したエミッタを使用することによりおよび本発明に従って実行される。
【0033】
更に、前記特性パラメータは、有利には、前記光ファイバ部品の損失を表し、ステップb)において、該光ファイバ部品に対しおよび基準光ファイバ部品に対し測定が実行される。
【0034】
添付図面の図は、本発明をいかに実現することができるかを明確に説明する。これら図において、同じ参照符号は、同様の構成要素を示している。
【0035】
【好適な実施態様の説明】
図1乃至図4にそれぞれ示されている本発明によるエミッタ1A,1B,1C,1Dは、電磁パルス、この場合は光パルスを放出することが意図されている。
【0036】
前記エミッタ1A〜1Dは、
光パルスを発生させることができる、発光ダイオード、レーザダイオードまたはスーパルミネセンスダイオードなどの発生器2と、
発生器2に連結され、放出する目的で前記発生器2によって発生される光パルスを伝送することができる、光ファイバFと、を備えた型式のものである。
【0037】
この発生器2の放出幾何学的特性は、既知の方法で、放出立体角(emission solid angle)および発光領域(emission area)に関して一定かつ一様である。
【0038】
本発明によれば、前記エミッタ1A〜1Dは、また、可変の幾何学的特性を得るために、光キャビティ3A〜3Dを含む。
【0039】
前記光キャビティ3A〜3Dの各々は、
光ファイバFの2つの部分F1とF2との間に配置され、該部分F1が既知の方法で発生器2に連結されている、部分反射型式の各第1のミラーM1A,M1B,M1C,M1Dと、
前記第1のミラーと同じ型式のものでよく、光ファイバFの部分F2とF3との間に配置された、各第2のミラーM2A,M2B,M2C,M2Dと、
前記第1および第2のミラーを共に連結するために使用される前記部分F2と、を備えている。
【0040】
このように、発生器2によって発生され光キャビティ3A〜3Dに入る光パルスは、部分的にミラーM2A〜M2Dによって伝送され、部分的にミラーM2A〜M2Dによって反射され、その後反射された部分がまた、前記ミラーM2A〜M2Dに戻るようにミラーM1A〜M1Dによって部分的に反射され、ミラーM2A〜M2Dにおいて、それは再び部分的に反射され部分的に伝送され、以下同様である。これにより、光キャビティ3A〜3Dの出力において時間的にシフトされたパルス列を生成することができる。
【0041】
従って、部分F2における前記パルスの各々は、異なる長さの経路を進行する。
【0042】
ここで、実験によって確認された理論[エス・ディー・ペルソニック、ベルシステムテック、ジェイ、50、843、(1971)/(S.D. Personick, Bell Syst. Tech. J. 50, 843, (1971)]は、光ファイバの光波の伝搬に対する状態が光ファイバの長さ、この場合は部分F2によって変化するということを論証している。この変化(注入されるパルスの時間的広がりまたは幾何学的性質、すなわち立体角に関連するコア直径および開口数の変化)は、モード平衡長さ(modal equilibrium length)として定義されるファイバ長さまでは長さによって決まる変化であり、これ以上はパルス広がりの変化は、長さの平方根によって決まり、幾何学的性質は一定である。このモード平衡状態は、1つのモードにおいて混合される光がそこからもれる光によって十分に補償される場合に達せられる。
【0043】
結果として、エミッタ1A〜1Dによって放出されるパルス列の種々のパルスは、可変の放出幾何学的特性を有している。
【0044】
このため、特にファイバ部分F2の長さと前記第1および第2のミラーの伝送/反射率とに関し、光キャビティ3A〜3Dを適切に選択することにより、放出される種々のパルスの幾何学的特性を正確に定義し、そのため本発明により、発生器2によって発生される1つのパルスから可変かつ正確に定義されたパルス列を得ることが可能である。
【0045】
なお、長さlの光キャビティによって注入パルスからパルス列を生成することにより、ランクNの出力パルスに対し、長さl(2N−1)のファイバにおいて等価伝搬(モード分散、波長分散、幾何学的性質の変化)を得ることができる。
【0046】
例として、本発明によるエミッタ1A〜1Dを、以下の範囲の間で15の異なる放出特性を生成するパルス列を放出するために使用することができる。すなわち、
照明された光ファイバの開口数の70%〜100%と、
前記照明された光ファイバのコア直径の70%〜100%と、である。
【0047】
図1に示す実施の形態では、ミラーM1A,M2Aは、各々光ファイバFの一部に直接配置された部分反射材料の層を有しており、隣接する部分は共に接合されており、図2乃至図4に示す実施の形態では、ミラーM1B,M2B,M1C,M2C,M1D,M2Dは、それぞれ後述する光結合手段C1B,C2B,C1C,C2C,C1D,C2Dに連結されている。
【0048】
図2において分かるように、結合手段C1B,C2Bは各々、2つのレンズ4,5および6,7、例えば球面または非球面レンズを備えており、それらの間には、対応するミラーM1B,M2Bが配置されている。
【0049】
更に、既知の方法で、レンズ4は部分F1に連結されており、レンズ5,7は部分F2に連結されており、レンズ6は部分F3に連結されている。
【0050】
更に、図3に示すように、光結合手段C1C,C2Cは、各々、4分の1波屈折率分布型の2つのレンズ(quarter-wave traded-index type lens)8,9および10,11を備えており、これらは光ファイバFの部分F1〜F3に連結されており、それらレンズの間には対応するミラーM1C,M2Cが配置されている。
【0051】
図4に示す光連結手段C1D,C2Dに関して、これらは各々、半波屈折率分布型のレンズ(half-wave graded-index type lens)12,13を備えており、光キャビティ3Dの内側の前記光結合手段C1D,C2Dの面14,15に、対応するミラーM1D,M2Dが配置されている。
【0052】
更に、前記手段C1Dは、ミラーM1Dによって反射される光を除去し、それによって発生器2によって放出されるパルス、またはこのパルスの一部が発生器に戻るのを防止することが意図された、光トラップ16を含んでいる。当然ながら、かかる光トラップは、種々のあり得る実施の形態で提供されてよい。
【0053】
更に、本発明によれば、
光ファイバの部分および結合手段の配置および取付けの技術は、いかなる既知の型式のものであってもよく、
ミラーの反射層の堆積は、光キャビティのファイバF2の両端かまたは結合手段において行われてよく、
光キャビティの光ファイバF2の長さは、広範囲の値の中で選択されてよい。例として、この長さは50メートルであってよく、
エミッタ1A〜1Dは、あらゆる型式のマルチモード光ファイバF、そのあらゆるコア直径およびクラッディング直径、およびそれを作成するために使用されるあらゆる材料(シリカ、シリコン、ポリマ)に適用され、
前記エミッタ1A〜1Dは、故障の原因となるいかなる機械的可動部分も有していない。
【0054】
また、特に測定、特に以下のような種々の特性パラメータの測定に対し、上述したエミッタ1A〜1Dの多くの適用が可能である。すなわち、
光ファイバ部品またはハーネスのあるいはマルチモードファイバネットワークの減衰、
光ファイバ部品またはハーネスのモード伝達関数、
光ファイバリンクの誤り率、あるいは、
マルチモード光ファイバの帯域幅、である。
【0055】
この目的のために、本発明はまた、光ファイバ部品のかかる特性パラメータ、特にその中の損失を測定する方法に関する。
【0056】
より詳細には、それは、
a)少なくとも1つの電磁パルス、特に光パルスが生成され、それが前記光ファイバ部品に注入され、
b)前記光ファイバ部品によって伝送される前記電磁パルスに関連する測定が実行され、
c)前記特性パラメータが少なくとも前記測定値から決定される、方法に関する。
【0057】
本発明によれば、ステップa)において、電磁パルス列が生成され、その電磁パルスの少なくとも一部が、少なくとも1つの光学的特性、特に放出幾何学的特性に対し、異なる値を有し、ステップc)において、前記特性パラメータの値が前記パルス列の前記異なる電磁パルスの各々に対して決定される。
【0058】
図5は、本発明による試験システム18を示し、それは、上述した方法が実現されること可能にし、光ファイバ部品19、例えばファイバ部品、ファイバリンクまたは光ファイバネットワークの損失を決定することが意図されている。
【0059】
この目的のために、前記システム18は、本発明により、
本発明による、およびこの場合例として図4の実施の形態1Dのものに対応する、上述したような光パルスエミッタと、
前記エミッタ1Dによって放出され光ファイバ部品19または20によって伝送される光パルスの強度などの特性を測定することができる、例えばPINフォトダイオードかまたはAPDフォトダイオードなどの既知の型式の光受信機20と、
電気的リンク23により光受信機20に連結され、前記光受信機20によって測定される測定値を記録するよう意図された、例えばメモリなどの手段22と、
電気的リンク25,26により発生器2と手段22とにそれぞれ連結され、一方では試験すべき前記部品19に対し、他方では基準部品21、例えば短い長さの1つの光ファイバに対し、光受信機20によって受信され実行される測定値から、前記部品19の損失を決定する手段24と、を備えている。
【0060】
このように実行された試験の結果は、電気的リンク28を介して前記手段24に連結された手段27によって表示されてよい。
【0061】
測定を実行するために、部品19,21は、共に作用し例えば汎用ソケットを形成する既知の手段E1,E2によって、光ファイバの部分F3および部分F4(光受信機20に取付けられている)に連結されてもよい。
【0062】
部分F3および部品19は、同じコア直径と同じ開口数とを有している。しかしながら、本発明のコンテキスト内では、一定の幾何学的特性(例えば発光領域)と可変の幾何学的特性(例えば放出立体角)とを同時に得るために、これら特性の1つが部品毎に異なってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるエミッタを示す図である。
【図2】 本発明によるエミッタの1つの実施の形態を概略的かつ非排他的に示す図である。
【図3】 本発明によるエミッタの別の実施の形態を概略的かつ非排他的に示す図である。
【図4】 本発明によるエミッタのさらに別の実施の形態を概略的かつ非排他的に示す図である。
【図5】 光ファイバ部品を試験する本発明による試験システムを概略的に示す図である。
Claims (10)
- 電磁パルスを放出するエミッタであって、
少なくとも1つの電磁パルスを発生させる発生器(2)と、
放出する目的で該発生器(2)によって発生した電磁パルスを伝送することができる少なくとも1つの光ファイバ(F)と、
1つの光キャビティ(3A,3B,3C,3D)であって、
前記光ファイバ(F)によって伝送される入射電磁パルスの経路に配置され、
第1の部分反射ミラー(M1A,M1B,M1C,M1D)が設けられた入力端と第2の部分反射ミラー(M2A,M2B,M2C、M2D)が設けられた出力端とを有する、該光キャビティと、を備え、
前記第1の部分反射ミラーは、前記光ファイバの第1の部分(F1)と第2の部分(F2)との間に配置され、前記第1の部分(F1)は前記発生器(2)に連結されており、
前記第2の部分反射ミラーは、前記光ファイバの第2の部分(F2)と第3の部分(F3)との間に配置され、前記第2の部分(F2)は前記第1の部分反射ミラー及び前記第2の部分反射ミラーを共に連結するために使用され、
前記第2の部分の長さと前記第1の部分反射ミラー及び前記第2の部分反射ミラーの伝送/反射率とは、前記光キャビティ(3A,3B,3C,3D)の出力において、1つの入射電磁パルスから、異なる放出立体角及び発光領域を有しかつ該入射電磁パルスに関連する放出電磁パルス列を生成するよう選択されることを特徴とするエミッタ。 - 前記第1の部分反射ミラーおよび前記第2の部分反射ミラー(M1A,M2A)の少なくとも1つは、前記光ファイバ(F)の前記第1の部分、前記第2の部分及び前記第3の部分の内の2つの部分に、該部分反射ミラーの対向する面により直接連結されることを特徴とする請求項1記載のエミッタ。
- 前記第1の部分反射ミラーおよび前記第2の部分反射ミラー(M1B,M2B,M1C,M2C,M1D,M2D)の少なくとも1つは、該部分反射ミラーに連結された光結合手段(C1B,C2B,C1C,C2C,C1D,C2D)により前記光ファイバ(F)の前記第1の部分、前記第2の部分及び前記第3の部分の内の2つの部分に連結されることを特徴とする請求項1記載のエミッタ。
- 前記光結合手段(C1B、C2B)は、前記光ファイバ(F)の前記第1の部分、前記第2の部分及び前記第3の部分の内の2つの部分に光学的に連結されている2つのレンズ(4,5;6,7)を備え、該光結合手段(C1B,C2B)に関連する前記部分反射ミラー(M1B,M2B)が該2つのレンズ(4,5;6,7)の間に配置されることを特徴とする請求項3記載のエミッタ。
- 前記光結合手段は、少なくとも1つの屈折率分布型レンズ(8,9;10,11;12;13)を備えることを特徴とする請求項3記載のエミッタ。
- 前記発生器(2)によって発生される電磁パルスが該発生器(2)に戻るのを防止する手段(16)を備えることを特徴とする請求項1乃至5の内のいずれか1項記載のエミッタ。
- 前記発生器(2)は、波長が異なる少なくとも2つのパルスを発生させ得ることを特徴とする請求項1乃至6の内のいずれか1項記載のエミッタ。
- 光ファイバ部品の損失を決定する試験システムであって、
少なくとも1つの電磁パルスを放出することができる光源(1D)と、
前記光源(1D)によって放出され、前記光ファイバ部品(19,21)によって伝送される前記電磁パルスの特性を測定することができる光受信機(20)と、
試験すべき前記光ファイバ部品(19)に対しおよび基準光ファイバ部品(21)に対し前記光受信機(20)によって生成された測定値を受取り、これら測定値に基づいて試験すべき前記光ファイバ部品(19)の損失を決定する、データ収集、記憶および処理手段(22,24)と、を備え、前記光源は、請求項1乃至7の内のいずれか1項に記載の前記エミッタ(1D)を備えることを特徴とする試験システム。 - 電磁パルスを放出する前記エミッタ(1D)の前記光ファイバ(F)は、予め決められた特性、すなわちコア直径および開口数を有し、前記光ファイバ(F)の前記特性の少なくとも1つは、試験すべき前記光ファイバ部品(19)の特性と同じであることを特徴とする請求項8記載の試験システム。
- 請求項1乃至7の内のいずれか1項に記載のエミッタの使用することにより、光ファイバ部品(19)の少なくとも1つの特性パラメータの値を決定する方法において、
a)少なくとも1つの電磁パルスが前記光ファイバ部品(19)に放出され、
b)前記光ファイバ部品(19)によって伝送される前記少なくとも1つの電磁パルスに関連する測定値が計測され、
c)少なくとも前記測定値から前記特性パラメータが決定され、
ステップa)において、前記エミッタにより電磁パルス列が生成され、その電磁パルスの少なくとも一部が、少なくとも1つの光学的特性に対し異なる値を有し、ステップc)において、前記特性パラメータの値が前記パルス列の前記異なる電磁パルスの各々に対して決定されることを特徴とする特性パラメータの値を決定する方法。
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