JP4918323B2 - 光周波数領域反射測定方法および装置 - Google Patents
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また、前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M−1(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする。
また、前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする。
図1は、従来の方法による光周波数領域反射測定装置の概略構成例を示すブロック図である。図1において、コヒーレント光源1から出力された出力光は、外部変調器2へ入射され、外部変調器2を駆動する駆動回路3のRF信号により変調されて変調側帯波となる。またRF信号の周波数掃引により、変調側帯波は、時間に対して線形に周波数掃引されて光方向性結合器Aへ出力される。外部変調器2から出力される変調側帯波の信号光は、光方向性結合器Aにより2分岐され、一方は参照光4として用いられ、他方は被測定信号光5として遅延器6に入射される。遅延器6を通過した被測定信号光5は、光伝送媒体等の被測定物7へ照射される。当該被測定物7の内部で反射または後方散乱された被測定信号光5は光方向性結合器Bにより取り出され、光方向性結合器Cにより参照光4と合波される。この合波光は受信器8により受光検波されて周波数解析装置9に送られる。このとき、検波信号には、信号光5と参照光4の干渉によって干渉ビート信号が生じている。周波数解析装置9は、干渉ビート信号を周波数解析することで、被測定物7の内部の各位置からの反射光および後方散乱光強度分布を測定する。
図1における光周波数領域反射測定装置の距離分解能Δzminは、被測定物内での光速vgと、コヒーレント光源1の周波数掃引幅ΔFとを用いて次式(1)により与えられる。
外部変調器2を用いた場合の±N次の変調側帯波における周波数掃引幅ΔFNは、RF信号の変調周波数掃引幅Δfmを用いて次式(2)により与えられる。
また、図1のように、遅延器6を用いる場合においては、Kを3以上の整数すると、(K−1)次以下の変調側帯波に起因する各ビート信号を全て周波数軸上で分離するのに必要となる遅延器長Ldは、被測定物長Ltを用いて次式(1)により与えられる。
つまり、高い距離分解能を実現するためには、高次の変調側帯波を使用する必要があるが、より高次の変調側帯波を使用すると、それに伴い、ビート信号を分離するための遅延長が大きくなり、装置の大型化、複雑化が余儀なくされる。
図3は、本発明の第1の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図3において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
図3に示す光周波数領域反射測定装置では、図1に示す外部変調器2に代えて、マッハツェンダ型搬送波抑圧光単側帯波変調器(マッハツェンダ型SSB−SC変調器)10が設置される。
マッハツェンダ型SSB−SC変調器10から出力される(−1)M−1(2M−1)次または(−1)M(2M−1)次の変調側帯波を測定用光源として使用する場合、被測定信号光5として用いる変調側帯波に起因する干渉ビート信号を他の変調側帯波に起因する干渉ビート信号から周波数軸上で分離するのに必要な遅延器6の長さLdは次式(4)により与えられる。
具体例として、1次の変調側帯波を測定用光源として用いる場合を考える。従来では、式(3)より、隣接変調側帯波の干渉ビート信号を分離するために、遅延器長Ldを被測定物長Ltより3倍以上長くする必要があった。これに対し、マッハツェンダ型SSB−SC変調器10を使用する本実施形態では、式(4)から明らかなように、遅延器長Ldは被測定物長Ltより長ければ十分である。したがって、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、従来よりも短い遅延器長で干渉ビート信号を周波数軸上で分離することが可能となる。また、1次以外の変調側帯波を測定用光源として使用する場合も、1次のときと同様に遅延器長Ldが従来と比べて短くなることは明らかである。
以上のように、図1に示す従来方法による光周波数領域反射測定装置では、高次の変調側帯波が抑圧されている、変調側帯波が存在していても比較的長い遅延手段が必要、上側および下側変調側帯波の分離に使用するAOMの帯域を測定用光源として使用する変調側帯波の次数倍だけ大きくする必要がある、との理由から、高次の変調側帯波を測定用光源として用いることは困難であった。これに対し、上記第1の実施形態では、コヒーレント光源1から出力されるコヒーレント光をマッハツェンダ型SSB−SC変調器10に入力し、このマッハツェンダ型SSB−SC変調器10から(−1)M−1(2M−1)次または(−1)M(2M−1)次の変調側帯波として出力するようにしているので、上記の課題を解決することが可能である。つまり、マッハツェンダ型SSB−SC変調器10を用いることにより、高次の変調側帯波の抑圧が回避される。また、従来に比べ、より短い遅延器長にて隣接変調側帯波の干渉ビート信号を分離することができるため、測定に高次の変調側帯波を用いることが可能となる。さらに、各次数の変調側帯波は上側もしくは下側の周波数成分のみとなるので、同次数の変調側帯波に起因するビート信号を分離するためのAOMを必要としない。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図5において、図3と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
図5に示す光周波数領域反射測定装置は、図3に示す光方向性結合器A、光方向性結合器B、及び遅延器6に代えて、光方向性結合器Dを用いた点に特徴がある。
さらに、マッハツェンダ型SSB−SC変調器10の利用により、参照光4および信号光5中の変調側帯波は上側または下側のどちらか一方にのみ存在する。このため、干渉ビート信号を周波数軸上で分離するためのAOMが必要無くなるので、構成がより簡易になり、受信器8の帯域も小さくてすむ。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図7において、図5と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
図7に示す光周波数領域反射測定装置は、図5に示す光方向性結合器Dと光方向性結合器Cの間にAOM11を配置した点に特徴がある。
以上のように、上記第3の実施形態では、5次以上の変調側帯波が1次および−3次の変調側帯波よりも無視できる強度まで縮小された変調側帯波を、参照光5の光路に設置されたAOM11へ通過させることにより、変調側帯波の干渉ビート信号がシフトし、1次の干渉ビート信号と−3次の干渉ビート信号を分離することが可能となる。また、−5次以下の変調側帯波が−1次および3次の変調側帯波よりも無視できる強度まで縮小された変調側帯波も、AOM11を通過させることにより、−1次の干渉ビート信号と3次の干渉ビート信号を分離することが可能となる。
Claims (6)
- コヒーレント光を変調し、高次の変調側帯波を含む単側帯波のみの変調側帯波による信号光を生成し、
前記信号光の変調側帯波を掃引し、
前記信号光を第1及び第2の系統に分岐し、
前記第1の系統の信号光を被測定物に入射してその内部で反射されまたは後方散乱された信号光を被測定光として取得し、
前記被測定光と前記第2の系統の信号光による参照光とを合波して干渉ビート信号光を生成し、
前記干渉ビート信号光を受光して周波数解析することで前記被測定物の特性を測定することを特徴とする光周波数領域反射測定方法。 - 前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M−1(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする請求項1に記載の光周波数領域反射測定方法。
- 前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする請求項1に記載の光周波数領域反射測定方法。
- コヒーレント光を出射する光源と、
前記光源から出射されるコヒーレント光を変調して単側帯波のみの変調側帯波による信号光を生成する搬送波抑圧光単側帯波(Single Side Band Suppressed Carrier:SSB−SC)変調器と、
前記信号光の変調側帯波を掃引する掃引手段と、
前記信号光を第1及び第2の系統に分岐する分岐手段と、
前記第1の系統の信号光を被測定物に入射してその内部で反射または後方散乱された信号光を被測定光として取得する被測定光取得手段と、
前記被測定光と前記第2の系統の信号光による参照光とを合波して干渉ビート信号光を生成する合波手段と、
前記干渉ビート信号光を受光して周波数解析することで前記被測定物の特性を測定する測定手段と
を具備することを特徴とする光周波数領域反射測定装置。 - 前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M−1(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする請求項4に記載の光周波数領域反射測定装置。
- 前記単側帯波の変調側帯波は、Mを0を含まない自然数とした場合、前記コヒーレント光の周波数に対して(−1)M(2M−1)次の変調側帯波であることを特徴とする請求項4に記載の光周波数領域反射測定装置。
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