JP5441236B2 - 光送受信モジュール、光パルス試験器及び光送受信モジュールの組立調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、光線路に対して光を出射した際に該光線路で反射して帰ってくる戻り光により該光線路の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器に用いられ、光源からの出射と受光器への入射をビームスプリッタを介して行う光送受信モジュールに係り、特にモジュール内での迷光によるデッドゾーンへの悪影響を、低コストの構造および簡単な調整操作によって解消することができる光送受信モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器に関するものである。

光パルス試験器（Optical Time Domain Reflectometer:ＯＴＤＲ）は、光ネットワークの検査に用いられる測定器であって、例えばケーブルの延長距離の短縮や中継局装置の数の減少を図るために光スプリッタ（光カプラ）等の光受動素子で１本の光ケーブルを分岐させてネットワーク化したＰＯＮ(Passive Optical Network) 等の光線路において、光損失位置や障害点位置の検出に有効に使用することができる。

すなわちＯＴＤＲは、光線路に対して光を出射し、この光が該光線路中にある光損失位置や障害点位置で反射して帰ってくる戻り光を検出することにより、該光線路中の光損失位置や障害点位置の測定を行うことができる。
下記特許文献１は、このようなＯＴＤＲの一例を開示するものである。

このようなＯＴＤＲでは、図５にて例示するように、光源としてのＬＤと、受光器としてのＡＰＤと、外部の光線路１に結合されてＬＤからの光を光線路に出射するとともに光線路からの戻り光を入射する光入出力部２と、ＬＤからの光を光入出力部２に導くとともに光入出力部２からの戻り光をＡＰＤへ導くビームスプリッタ３とがブロック４内に組み込まれた光送受信モジュールが搭載されている。
特許第３００２３４３号特許公報

図６のグラフは、横軸の距離に対してＡＰＤが受光する光の強さのレベルを示しており、上述したようなＯＴＤＲにおける理想的な測定波形例（破線）と、迷光の影響が生じている例（実線）を示している。また、この波形は、測定対象である光線路における後方散乱光を検出しているものであって、該光線路中の破断点や接続点等のイベントにあたる位置を表している。

しかし、前記ＯＴＤＲにて使用されているＬＤとＡＰＤが一体化された光送受信モジュールでは、迷光が発生し、その悪影響により図６に示すように波形が裾を引いたようになってしまう。そして、この裾を引いた範囲は、イベントが発生しても裾に隠れて検出できない範囲、すなわちデッドゾーンとなる。

そこで、ＬＤとＡＰＤが一体化された光送受信モジュールではＬＤからＡＰＤへの迷光を極力除去する必要がある。従来は、例えばＡＰＤの前にφ０．１ｍｍのピンホールを配置して迷光を除去していたが、実際にはφ０．１ｍｍのピンホールではアイソレーションが２０ｄＢ程度であり、十分とはいえない。

しかも、ピンホールをＡＰＤに対して位置決めするには、以下に説明するような煩雑な作業が必要であるという問題がある。ピンホールの調整方法を、調整治具を図示した図７で説明する。まずピンホールは迷光を遮断するための部材であるから、ＡＰＤの直前にあるレンズの焦点にピンホールを合せる必要があり、そのために調整用ＰＤ３１をピンホール取り付け位置の後方に仮止めしておき、このＰＤの出力レベルをデジボル３３で見ながらレンズの焦点にピンホールを合せる作業を行う。ピンホールの位置が決まれば調整用ＰＤを取外し、次にピンホールに対してＡＰＤが最適の位置にくるように位置決めして取り付ける作業を行う。調整用ＰＤとＡＰＤの２つの受光器をモジュールに取り付ける作業は非常に煩雑であり、また、ピンホールを透過した光は回折現象を起こすため、ピンホールの光軸調整時のレベルが安定せず光軸調整に時間がかかり、製造コストを増大させていた。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、光パルス試験器の光送受信モジュールにおいて、調整作業が簡単な迷光除去のための手段を提供することを目的としている。

請求項１に記載された光送受信モジュール５は、
光線路１に対して光を出射した際に該光線路１で反射して帰ってくる戻り光により該光線路１の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器に用いられ、
光を出力する光源６と、光を受けて信号を出力する受光器７と、前記光線路１に結合されて前記光源６からの光を前記光線路１に出射するとともに前記光線路１からの前記戻り光を入射する光入出力部２と、前記光源６からの光を前記光入出力部２に導くとともに前記光入出力部２からの前記戻り光を前記受光器７へ導くビームスプリッタ３とを備えた光送受信モジュールにおいて、
前記ビームスプリッタ３と前記受光器７の間に、前記ビームスプリッタ３で分離された光線路１からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ１２と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズ１２によって集光された前記戻り光を透過させるフェルール１１と、前記フェルール１１を透過した光を前記受光器７に入射させる第２のレンズ１０とを設け、前記第１のレンズ１２の焦点は前記フェルール１１のコアに調整され、前記第２のレンズ１０の焦点は前記フェルール１１のコアと前記受光器７の両方に調整されていることを特徴としている。

請求項２に記載された光送受信モジュール５は、請求項１記載の光送受信モジュール５において、
前記フェルール１１は、戻り光を導波する導波路としてシングルモードファイバを内蔵していることを特徴としている。

請求項２に記載された光パルス試験器は、
光を出力する光源６と、光を受けて信号を出力する受光器７と、光線路１に結合されて前記光源６からの光を前記光線路１に出射するとともに前記光線路１からの前記戻り光を入射する光入出力部２と、前記光源６からの光を前記光入出力部２に導くとともに前記光入出力部２からの前記戻り光を前記受光器７へ導くビームスプリッタ３とを備えた光送受信モジュール５を有し、光線路１に対して光を出射した際に該光線路１で反射して帰ってくる戻り光により該光線路１の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器において、
前記ビームスプリッタ３と前記受光器７の間に、前記ビームスプリッタ３で分離された光線路１からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ１２と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズ１２によって集光された前記戻り光を透過させるフェルール１１と、前記フェルール１１を透過した光を前記受光器７に入射させる第２のレンズ１０とを設け、前記第１のレンズ１２の焦点は前記フェルール１１のコアに調整され、前記第２のレンズ１０の焦点は前記フェルール１１のコアと前記受光器７の両方に調整されていることを特徴としている。
請求項３に記載された光送受信モジュールの組立調整方法は、
光線路１に対して光を出射した際に該光線路１で反射して帰ってくる戻り光により該光線路１の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器に用いられ、
光を出力する光源６と、光を受けて信号を出力する受光器７と、前記光線路１に結合されて前記光源６からの光を前記光線路１に出射するとともに前記光線路１からの前記戻り光を入射する光入出力部２と、前記光源６からの光を前記光入出力部２に導くとともに前記光入出力部２からの前記戻り光を前記受光器７へ導くビームスプリッタ３とを備え、
前記ビームスプリッタ３と前記受光器７の間に、前記ビームスプリッタ３で分離された光線路１からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ１２と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズ１２によって集光された前記戻り光を透過させるフェルール１１と、前記フェルール１１を透過した光を前記受光器７に入射させる第２のレンズ１０とを設け、前記第１のレンズ１２の焦点は前記フェルール１１のコアに調整され、前記第２のレンズ１０の焦点は前記フェルール１１のコアと前記受光器７の両方に調整されている光送受信モジュール５の組立調整方法において、
前記フェルール１１に治具用フェルール１６を接続し、前記治具用フェルール１６に接続された光ファイバの他端に光センサ１７を介して光パワーメータ１８を接続し、前記光線路１に調整用光源３２を接続し、前記フェルール１１が受光した前記調整用光源３２の光のパワーを前記光パワーメータ１８でモニタし、前記光パワーメータ１８で受光レベルを見ながら前記第１のレンズ１２の焦点が前記フェルール１１のコアの位置になるように前記第１のレンズ１２の光軸を調整し、次に、前記治具用フェルール１６を前記フェルール１１から取り外して、焦点が前記フェルール１１のコアと前記受光器７の両方に調整されるように前記第２のレンズ１０と前記受光器７を取り付けることを特徴としている。

本発明の光送受信モジュール５によれば、ビームスプリッタ３で分離された光線路１からの戻り光は、レンズ１２によって集光された後にフェルール１１に入射し、フェルール１１から出射して受光器７に入射する。フェルール１１は、光ファイバーが挿入された筒体であり、汎用品を入手できる。また、光送受信モジュール５内においてフェルール１１を位置決めして取り付ける作業は従来のピンホールの場合よりもはるかに簡単であり、しかも高精度で行える。すなわち、フェルール１１に対して光ファイバーをコネクタによって簡単確実に連結し、この光ファイバーに連結した光パワーメータで出力を見ながらフェルール１１の最適な位置を探して位置決め固定すればよい。

本発明の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、光パルス試験器の一部を構成する光送受信モジュールの模式的構成図であり、図２はこの光送受信モジュールを構成の一部として備えた光パルス試験器のブロック構成図であり、図３は本例の光送受信モジュールを有する光パルス試験器の効果を従来と比較して示した波形表示図であり、図４は本例の光パルス試験器の光送受信モジュールにおける組立調整方法を示す図である。

図１に示す光送受信モジュール５は、共通のブロック４を本体とし、そのブロック４内に以下に説明する各種光学部品が組み込まれて構成されている。ブロック４の第１の壁部４ａには、外側から内側に貫通して光源としてのＬＤ６（レーザーダイオード）が設けられている。
このＬＤによれば、パルス状の光を出力することができる。

ブロック４の第１の壁部４ａと直交し、第１の壁部４ａの隣にある第２の壁部４ｂは、第１の壁部４ａよりも厚さが大きく、この第２の壁部４ｂには受光器としてのＡＰＤ７（アバランシェフォトダイオード）が設けられている。すなわち、第２の壁部４ｂには外部には相対的に大きい開口８で連通し、内部には細い孔９で連通する設置空間Ｓが形成されており、ＡＰＤ７は外部の開口８から挿入されて設置空間Ｓ内に配置されている。設置空間Ｓ内には集光レンズ１０が設けられ、さらに設置空間Ｓの内側の孔９にはフェルール１１が挿入固定されている。設置空間Ｓ内にあるフェルール１１の一端は内側の集光レンズ１０に対向しており、またブロック４内にあるフェルール１１の他端は、ブロック４内に配置された他の集光レンズ１２に対向している。ここで、第１の集光レンズ１２の焦点はフェルール１１のコアに調整され、第２の集光レンズ１０の焦点はフェルール１１のコアとＡＰＤ７の両方に調整されている。
このＡＰＤ７によれば、測定対象であるＰＯＮ等の光線路１に存在する破断点等で反射して帰ってくる戻り光を受け、その強度に応じた信号を出力することができる。

ブロック４の第１の壁部４ａに平行であり、第２の壁部４ｂの隣にある第３の壁部４ｃには、光入出力部２が貫通して設けられており、光入出力部２の外側の端部には測定対象であるＰＯＮ等の光線路１が光パルス試験器の本体筐体に設けられた光コネクタ１５を介して接続されている。この光入出力部２は、ＬＤ６からの光を光線路１に出射する出口になるとともに、光線路１からの前記戻り光が入射する入口ともなる。

そして、ブロック４内において、ＬＤ６とＡＰＤ７の光路の交差点には、ＬＤ６からの光を透過させて光入出力部２に導くとともに、光入出力部２からの戻り光を反射してＡＰＤ７へ導くビームスプリッタ３が設けられている。ビームスプリッタ３としては、例えばハーフミラーが利用可能である。

図１に示すように、本例の光送受信モジュール５では、光入出力部２とビームスプリッタ３の間と、ビームスプリッタ３とＬＤ６の間に、それぞれ集光レンズが設けられている。

次に、集光レンズ１２、フェルール１１及びＡＰＤの組立調整方法について説明する。図４は、集光レンズ１２を光軸調整する時の調整治具と測定装置の配置を示している。図４によれば、ブロック４に挿入固定されたフェルール１１に治具用フェルール１６がコネクタ接続されている。治具用フェルール１６には光ファイバが接続されており、この光ファイバの他端に接続した光センサ１７を介して、光パワーメータ１８でフェルール１１が受光した調整用光源３２の光のパワーをモニタする。パワーメータ１８で受光レベルを見ながら、集光レンズ１２の焦点がフェルール１１のコアの位置になるように集光レンズ１２の光軸を調整する。集光レンズ１２の光軸調整が終わったら治具用フェルール１６をフェルール１１から取り外して、集光レンズ１０とＡＰＤ７をブロック４に取り付ける。

このように、ピンホールの替わりにフェルール１１で迷光を除去する本実施形態の光送受信モジュールでは、フェルール１１に治具用フェルールをコネクタ接続するだけで光軸調整用の光をモニタできるので、ピンホールで迷光を除去する従来の光送受信モジュールでは必要であった調整用ＰＤ３１の集光レンズ１２に対する光軸調整が不要になる。
また、フェルール１１を迷光除去に使うので、従来の光送受信モジュールの課題であったピンホールの回折現象によって光軸調整時の受光レベルが安定しないということも起こらず、光軸調整を迅速且つ正確に行える。

図２に示すように、本例の光パルス試験器は、図１を参照して説明した光送受信モジュール５を一構成部分として有している他、次に説明するように光送受信モジュール５を制御してその結果を表示する機能を実現するための構成を備えている。
すなわち、光パルス試験器は、操作部と、この操作部２０に接続されるとともに光送受信モジュール５の光源（ＬＤ６）に信号を出力するタイミング発生器２１と、光送受信モジュール５の受光器（ＡＰＤ７）に接続される増幅器２２と、この増幅器２２に接続されるアナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器２３と、このＡ／Ｄ変換器２３及び前記タイミング発生器２１に接続される処理部２４と、この処理部２４に接続される表示部２５とを有している。

ここで、操作部２０は、操作者の操作により、光源（ＬＤ６）から出射される光パルスの波長を所望の値に設定すると共に、その繰り返し周期に関するデータが入力される。なお、本例の光パルス試験器では、操作部２０は、操作者の操作により、光源（ＬＤ６）から出射される光パルスの波長及びパルス幅を所望の値に設定すると共に、その繰り返し周期を所望の値に設定するためのデータが入力されるような機能を有しているものする。

しかし、これに限らず、操作部２０は、操作者の操作により、光源（ＬＤ６）から出射される光パルスのピークレベルを所定レベル以下に抑えるように設定するデータが入力されるような機能を有しているものとしてもよい。

また、タイミング発生器２１は、操作部２０から入力された設定に関するデータに基づいて、光源（ＬＤ６）から所定の波長及びパルス幅を有した光パルスが所定の繰り返し周期で発生されるように、タイミング信号を光源（ＬＤ６）に送出する。

例えば、ＬＤ６である光源は、入力された波長及びパルス幅を設定するデータに対応する波長及びパルス幅を有する光パルスを、入力された繰り返し周期を設定するデータに対応する繰り返し周期で発生して、ビームスプリッタ３から光入出力部２を介して測定対象である光線路１の一端に試験光として出力する。

そして、光線路１に対して光を出射した際に、該光線路１中の破断点や接続点等で反射して帰ってくる戻り光は、光入出力部２から入射され、ビームスプリッタ３で反射して集光レンズ１２に入り、フェルール１１を経てさらに集光レンズ１０からＡＰＤ７に入る。そして、ＡＰＤ７の出力信号が増幅器２２とＡ／Ｄ変換器２３を経て処理部２４で処理され、表示部２５に表示される。

以上説明した構成及び作用において、光送受信モジュール５のブロック４内では、測定対象である外部の光線路１のいずれかの位置で反射し、ブロック４内に帰ってくる戻り光は、ビームスプリッタ３で反射した後は、集光レンズ１２で集光されて例えばコア径が１０μｍ程度であるシングルモードファイバが内蔵されたフェルール１１の一端に入射し、所定長さのフェルール１１の他端から密閉された設置空間Ｓ内に出射し、該設置空間Ｓ内でさらに集光レンズ１０に集光されて直接ＡＰＤ７に入る。

このように、本例では、ＡＰＤ７の光入射面が設置空間Ｓ内に密閉されており、しかもブロック４内でＡＰＤ７に入射しうる光がとりうる経路が光学的に極めて限定されているため、迷光がＡＰＤ７に入り込む可能性は低い。このように光送受信モジュール５におけるＬＤ６とＡＰＤ７の間のアイソレーションは良好であり、実験に基づく数値例を挙げれば、本例によれば４０ｄＢ程度改善している。すなわち、迷光の影響でＡＰＤ７の出力波形が大きく裾を引くようなことはなく、ＡＰＤ７の復帰時間はピンホールを使用していた従来に比べて早く、光パルス試験器に接続された外部の光線路１の長い範囲にデッドゾーンを生じる従来のような不都合は回避される。

図３のグラフは、本例の光パルス試験器（Ａ）とフェルール等の迷光対策を持たない比較例の光パルス試験器（Ｂ）による各測定波形を示すものであって、横軸の距離に対してＡＰＤが受光する光の強さのレベルを縦軸に示している。この波形は、測定対象である光線路１における後方散乱光を検出しているものであって、該光線路１中の破断点や接続点等にあたる位置を検出し、例えば両方の波形とも同一の位置（Ｌ２）に光コネクタ１５に相当する波形が現れている。

図３の比較例のグラフによれば、本例の光パルス試験器（Ａ）では、外部のある位置（Ｌ３）に光線路１のマイクロベント（光ファイバーが曲がっている部分）がグラフの段部として検出されているが、比較例の光パルス試験器（Ｂ）では光入出力部２の位置（Ｌ２）よりも外側に広がるデッドゾーンの影響のために光線路１のマイクロベントは検出できていない。

また、本例の光パルス試験器によれば、汎用品で安価なフェルール１１を利用しているので、コストが低廉で済む。また、光送受信モジュール５内においてフェルール１１を位置決めして取り付ける作業は従来のピンホールの場合よりもはるかに簡単であり、しかも高精度で行える。すなわち、フェルール１１に対して光ファイバーをコネクタによって簡単確実に連結し、この光ファイバーに連結した光パワーメータで出力を見ながらフェルール１１の最適な位置を探して位置決め固定すればよい。

図１は、光パルス試験器の一部を構成する光送受信モジュールの模式的構成図である。 図２はこの光送受信モジュールを構成の一部として備えた光パルス試験器のブロック構成図である。 図３は本例の光送受信モジュールを有する光パルス試験器の効果を従来と比較して示した波形表示図である。 図４は、本例の光パルス試験器の一部を構成する光送受信モジュールにおける集光レンズ１２、フェルール１１及びＡＰＤの組立調整方法を示す図である。 図５は従来の光送受信モジュールの模式的構成図の一例である。 図６は従来の光送受信モジュールを有する光パルス試験器において測定範囲に生じる迷光の影響により裾が生じた波形を模式的に示す波形表示図である。 図７は従来の光送受信モジュールにおける調整治具を用いて行うピンホールの調整方法を示す図である。

符号の説明

１…光線路
２…光入出力部
３…ビームスプリッタ
４…ブロック
５…光送受信モジュール
６…光源としてのＬＤ
７…受光器としてのＡＰＤ
１０…第２のレンズとしての第２の集光レンズ
１２…第１のレンズとしての第１の集光レンズ
１３，１４…集光レンズ
１１…フェルール
１５…光コネクタ
１６…治具用フェルール
１７…光センサ
１８…光パワーメータ
３２…調整用光源

Claims (3)

1. 光線路（１）に対して光を出射した際に該光線路で反射して帰ってくる戻り光により該光線路の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器に用いられ、
   光を出力する光源（６）と、光を受けて信号を出力する受光器（７）と、前記光線路に結合されて前記光源からの光を前記光線路に出射するとともに前記光線路からの前記戻り光を入射する光入出力部（２）と、前記光源からの光を前記光入出力部に導くとともに前記光入出力部からの前記戻り光を前記受光器へ導くビームスプリッタ（３）とを備えた光送受信モジュールにおいて、
   前記ビームスプリッタと前記受光器の間に、前記ビームスプリッタで分離された光線路からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ（１２）と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズによって集光された前記戻り光を透過させるフェルール（１１）と、前記フェルールを透過した光を前記受光器に入射させる第２のレンズ（１０）とを設け、前記第１のレンズの焦点は前記フェルールのコアに調整され、前記第２のレンズの焦点は前記フェルールのコアと前記受光器の両方に調整されていることを特徴とする光送受信モジュール（５）。
2. 光を出力する光源（６）と、光を受けて信号を出力する受光器（７）と、光線路（１）に結合されて前記光源からの光を前記光線路に出射するとともに前記光線路からの前記戻り光を入射する光入出力部（２）と、前記光源からの光を前記光入出力部に導くとともに前記光入出力部からの前記戻り光を前記受光器へ導くビームスプリッタ（３）とを備えた光送受信モジュール（５）を有し、光線路に対して光を出射した際に該光線路で反射して帰ってくる戻り光により該光線路の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器において、
   前記ビームスプリッタと前記受光器の間に、前記ビームスプリッタで分離された光線路からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ（１２）と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズによって集光された前記戻り光を透過させるフェルール（１１）と、前記フェルールを透過した光を前記受光器に入射させる第２のレンズ（１０）とを設け、前記第１のレンズの焦点は前記フェルールのコアに調整され、前記第２のレンズの焦点は前記フェルールのコアと前記受光器の両方に調整されていることを特徴とする光パルス試験器。
3. 光線路（１）に対して光を出射した際に該光線路で反射して帰ってくる戻り光により該光線路の損失分布特性の測定を行う光パルス試験器に用いられ、
   光を出力する光源（６）と、光を受けて信号を出力する受光器（７）と、前記光線路に結合されて前記光源からの光を前記光線路に出射するとともに前記光線路からの前記戻り光を入射する光入出力部（２）と、前記光源からの光を前記光入出力部に導くとともに前記光入出力部からの前記戻り光を前記受光器へ導くビームスプリッタ（３）とを備え、
   前記ビームスプリッタと前記受光器の間に、前記ビームスプリッタで分離された光線路からの前記戻り光を集光させる第１のレンズ（１２）と、戻り光を導波する導波路としてのシングルモードファイバが挿入された筒体であり前記第１のレンズによって集光された前記戻り光を透過させるフェルール（１１）と、前記フェルールを透過した光を前記受光器に入射させる第２のレンズ（１０）とを設け、前記第１のレンズの焦点は前記フェルールのコアに調整され、前記第２のレンズの焦点は前記フェルールのコアと前記受光器の両方に調整されている光送受信モジュール（５）の組立調整方法において、
   前記フェルールに治具用フェルール（１６）を接続し、前記治具用フェルールに接続された光ファイバの他端に光センサ（１７）を介して光パワーメータ（１８）を接続し、前記光線路に調整用光源（３２）を接続し、前記フェルールが受光した前記調整用光源の光のパワーを前記光パワーメータでモニタし、前記光パワーメータで受光レベルを見ながら前記第１のレンズの焦点が前記フェルールのコアの位置になるように前記第１のレンズの光軸を調整し、次に、前記治具用フェルールを前記フェルールから取り外して、焦点が前記フェルールのコアと前記受光器の両方に調整されるように前記第２のレンズと前記受光器７を取り付けることを特徴とする光送受信モジュールの組立調整方法。

Images