JP5483474B2

JP5483474B2 - 光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器および接続不良検出方法

Info

Publication number: JP5483474B2
Application number: JP2011172634A
Authority: JP
Inventors: 福太郎濱岡; 俊哉松田; 明那賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-08-08
Filing date: 2011-08-08
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-08-08
Also published as: JP2013036826A

Description

本発明は、光ファイバコネクタに接続される光ファイバからの反射光（後方散乱光）の光パワーを用いて、光ファイバコネクタ接続点の偏波依存性損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss ）を測定することにより、光ファイバコネクタ接続点の接続不良の有無を検出する接続不良検出器および接続不良検出方法に関する。

光ファイバの断裂点やコネクタ接続点を測定するために、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer ）が広く用いられている。ＯＴＤＲでは、光ファイバ中へパルス光を入射し、光ファイバ中で発生したレイリー散乱によって生じる後方散乱光や、光ファイバコネクタ接続点で発生するフレネル反射光を時間領域で測定する。この時間領域で測定される光ファイバの接続損失や反射減衰量から、光ファイバの断裂点や光ファイバコネクタ接続点までの距離を特定することができる（非特許文献１）。

一方、被測定系のＰＤＬは、被測定系を伝送した後の光パワーから偏波スクランブル法（偏波スキャニング法）やミューラ法を用いて測定する方法が知られている（非特許文献２）。

偏波スクランブル法（偏波スキャニング法）は、入力光の偏波状態（ＳＯＰ：State of Polarization ）を偏波コントローラによりランダムにスクランブルして被測定系に入力し、全てのＳＯＰを作り出している間の出力光強度の最大値と最小値の差分によりＰＤＬを直接測定する方法である。ミューラ法は、偏波コントローラによって設定された４種類の入力偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）におけるパワー測定値を用いて、ミューラ・ストークス法により数学的にＰＤＬを測定する方法である。ミューラ法は、偏波スクランブル法（偏波スキャニング法）に比べて簡単な構成の制御系および測定系で十分な分解能を得ることができる。

佐藤泰史，江間伸明，播磨洋介，佐藤直人，"光ファイバの敷設・保守用新型OTDR AQ7260 シリーズ"，http://www.yokogawa.co.jp/rd/pdf/tr/rd-tr-r04902-003.pdf Agilent Application Note, "Polarization Dependent Loss Measurement of Passive Optical Components", http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-1232EN.pdf. R. M. Craig, S. L. Gilbert, and P. D. Hale, "High-Resolution, Nonmechanical Approach to Polarization-Dependent Transmission Measurements," Journal of Lightwave Technology, vol.16, no.7, pp.1285-1294. July, 1998.

ＯＴＤＲによる光ファイバ伝送路の反射光測定により、光ファイバ伝送路の信号劣化の原因となり得るコネクタ誤接続や半嵌合による接続不良の検出が可能である。しかし、ＯＴＤＲでは、受光部におけるＡＤ(Analog to Digital) コンバータのサンプリング分解能の制約のため、ＯＴＤＲ直近における光ファイバコネクタ接続点の接続不良を検出することが難しい。これを解決するには、ＯＴＤＲ直近のコネクタ接続部前段に別途長距離光ファイバを接続したり、超高速ＡＤコンバータを搭載することが必要になる。しかし、測定系の複雑化や超高速ＡＤコンバータ搭載によるビット数の不足、直線性の性能劣化、また消費電力の増加等の問題が生じる（非特許文献１）。また、非特許文献１に記載のように、ＡＤコンバータのサンプリング周期を一定のままパルス光の発光とのタイミングをずらして測定し、その信号を合成することで基準クロックの数十倍のサンプリングレートに相当する分解能の実現を可能としているが、これもタイミング制御系の追加等により測定系の複雑化を招いてしまう。

本発明は、光ファイバコネクタに接続される光ファイバからの反射光（後方散乱光）の光パワーを用いて、光ファイバコネクタ接続点の偏波依存性損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss ）を測定することにより、直近の光ファイバコネクタ接続点の接続不良を検出することができる光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器および接続不良検出方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、被測定光ファイバコネクタの一端から入力し、その他端に接続される光ファイバ伝送路に出力されるパルス光に対して、当該光ファイバ伝送路の所定位置における後方散乱による反射光を被測定光ファイバコネクタの一端から取り出してそのパワーを検出し、被測定光ファイバコネクタの接続点の接続不良の有無を検出する接続不良検出器において、パルス光を出力するパルス光源と、パルス光源から出力されるパルス光の偏波状態を変化させて出力する偏波コントローラと、偏波コントローラから出力されるパルス光を被測定光ファイバコネクタの一端に入力し、被測定光ファイバコネクタの一端から出力される反射光を分岐する光カプラと、光カプラで分岐された反射光のパワーを検出する光パワーメータと、パルス光源および偏波コントローラを制御し、光パワーメータで測定された反射光のパワーから、被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬ（Polarization Dependent Loss ）を測定し、当該ＰＤＬが所定のＰＤＬ基準値より大きいときに被測定光ファイバコネクタの接続点が接続不良と判定する制御処理部とを備える。

第１の発明の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器において、制御処理部は、偏波コントローラに対して４種類の偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）に対応する４つのパルス光を順次出力するように制御し、各パルス光に対する反射光のパワーからミューラ法を用いて被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬを計算する。

第１の発明の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器において、ＰＤＬ基準値は、被測定光ファイバコネクタの接続点が正常に接続されている場合に測定されるＰＤＬを基準に設定する。

第２の発明は、被測定光ファイバコネクタの一端から入力し、その他端に接続される光ファイバ伝送路に出力されるパルス光に対して、当該光ファイバ伝送路の所定位置における後方散乱による反射光を被測定光ファイバコネクタの一端から取り出してそのパワーを検出し、被測定光ファイバコネクタの接続点の接続不良の有無を検出する接続不良検出方法において、パルス光源から偏波コントローラにパルス光を出力し、偏波コントローラでパルス光源から出力されるパルス光の偏波状態を変化させて出力し、偏波コントローラから出力されるパルス光を光カプラを介して被測定光ファイバコネクタの一端に入力し、被測定光ファイバコネクタの一端から出力される反射光を当該光カプラを介して分岐し、光カプラで分岐された反射光を光パワーメータに入力してそのパワーを検出し、パルス光源および偏波コントローラを制御する制御処理部は、光パワーメータで測定された反射光のパワーから、被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬ（Polarization Dependent Loss ）を測定し、当該ＰＤＬが所定のＰＤＬ基準値より大きいときに被測定光ファイバコネクタの接続点が接続不良と判定する。

第２の発明の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法において、制御処理部は、偏波コントローラに対して４種類の偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）に対応する４つのパルス光を順次出力するように制御し、各パルス光に対する反射光のパワーからミューラ法を用いて被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬを計算する。

第２の発明の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法において、ＰＤＬ基準値は、被測定光ファイバコネクタの接続点が正常に接続されている場合に測定されるＰＤＬを基準に設定する。

本発明は、所定の偏波の光パルスが光ファイバコネクタを通過して光ファイバ伝送路に入力する構成において、その光ファイバ伝送路からの各偏波の反射光（後方散乱光）の光パワーを用いて、光ファイバコネクタ接続点のＰＤＬを測定し、所定のＰＤＬ基準値と比較することにより、光ファイバコネクタ接続点の接続不良の有無を検出することができる。

本発明の接続不良検出器の構成例を示す図である。本発明の接続不良検出器によるＰＤＬ測定結果を示す図である。

図１は、本発明の接続不良検出器の構成例を示す。
図１において、接続不良検出器１０は、パルス光源１１、偏波コントローラ１２、光カプラ１３、光パワーメータ１４および制御処理部１５により構成される。接続不良検出器１０には、被測定光ファイバコネクタ２１を介して光ファイバ伝送路２２が接続される。

パルス光源１１から出力されたパルス光は、偏波コントローラ１２を介してその偏波状態を変化させ、光カプラ１３、被測定光ファイバコネクタ２１を通過して光ファイバ伝送路２２へ入力する。被測定光ファイバコネクタ２１を通過後の光ファイバ伝送路２２からの反射光（後方散乱光）は、被測定光ファイバコネクタ２１を介して光カプラ１３で分岐して光パワーメータ１４に入力し、当該反射光のパワーが測定される。測定された反射光のパワーは制御処理部１５に入力される。

制御処理部１５は、ミューラ法を用いて、反射光のパワーから被測定光ファイバコネクタ２１の接続点のＰＤＬを測定する構成であり、パルス光源１１に対してパルス光出力タイミングを制御し、偏波コントローラ１２に対して４種類の偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）に対応する４つのパルス光を順次出力するように制御する。

光ファイバ伝送路２２からの反射光（後方散乱光）は、４種類の偏波に対応する４つのパルス光のそれぞれの入射時と測定時の時間差Δｔに応じた反射光を用いる。この時間差Δｔは、観測する反射光（後方散乱光）の光ファイバ伝送路２２における発生位置に対応するが、本発明は、被測定光ファイバコネクタ２１の接続点におけるＰＤＬを反射光のパワーから測定するもので、時間差Δｔの違いが光ファイバコネクタ２１の接続点の接続不良の有無の判定に大きな影響を与えるものではない。

ミューラ法では、計算機を用いて、４種類の偏波に対する送信光パワー（Ｐa ，Ｐb ，Ｐc ，Ｐd ）および受信光パワー（Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，Ｐ₄）、計８個の値を用いて、まず被測定物の偏波特性を表現するミューラ行列の要素ｍ₁₁，ｍ₁₂，ｍ₁₃，ｍ₁₄を計算する。
ｍ₁₁＝((Ｐ₁／Ｐa)＋(Ｐ₂／Ｐb))／２
ｍ₁₂＝((Ｐ₁／Ｐa)−(Ｐ₂／Ｐb))／２
ｍ₁₃＝Ｐ₃／Ｐc−ｍ₁₁
ｍ₁₄＝Ｐ₄／Ｐd−ｍ₁₁

次に、最大伝送Ｔmax と最小伝送Ｔmin を計算する。
Ｔmax ＝ｍ₁₁＋(ｍ₁₂ ²＋ｍ₁₃ ²＋ｍ₁₄ ²)^1/2
Ｔmin ＝ｍ₁₁−(ｍ₁₂ ²＋ｍ₁₃ ²＋ｍ₁₄ ²)^1/2

次に、その差分よりＰＤＬ（ｄＢ）を算出する（非特許文献２）。
ＰＤＬ＝10 log(Ｔmax／Ｔmin)

非特許文献３によると、光ファイバコネクタの誤接続や接続部のギャップにより高いＰＤＬが生じるため、本発明により被測定光ファイバコネクタ２１の接続点のＰＤＬ測定を実施すれば、直近の被測定光ファイバコネクタ２１の接続不良の有無を検出することが可能である。

なお、ＰＤＬ測定において、各偏波ごとの送信光パワーを予め測定しておくことにより、図１に示す構成ように送信光パワーの測定系は不要である。ただし、送信光パワーをその都度測定してもよく、その場合には、偏波コントローラ１２と被測定光ファイバコネクタ２１との間から送信されるパルス光を分岐して光パワーメータ１４に入力する。このとき、対応する受信光パワーは、送信光パワーを測定してから時間差Δｔ後に測定する。

図２は、本発明の接続不良検出器によるＰＤＬ測定結果を示す。
図２において、横軸で示されるＰＤＬ測定値は、接続不良検出器１０の直近の被測定光ファイバコネクタ２１の接続点のＰＤＬを、光ファイバ伝送路２２からの反射光のパワーからミューラ法により計算した結果を示す。縦軸で示される反射量測定値は、被測定光ファイバコネクタ２１の前段に１ｋｍの光ファイバを挿入し、従来のＯＴＤＲを用いて測定した反射量を示す。すなわち、それぞれ別個に測定されたＰＤＬおよび反射量を横軸と縦軸に対応付けてプロットしている。なお、被測定光ファイバコネクタ２１の前段に１ｋｍの光ファイバを挿入し、ＯＴＤＲと同様の構成でＰＤＬを測定しても、光ファイバコネクタ２１の接続点の接続不良の有無の判定に影響はない。

測定には、４芯のＭＴコネクタを用いて、通常接続および接続不良の２通りの条件において＃１〜＃４の４つの芯線について、ＰＤＬ測定およびＯＴＤＲによる反射量測定をそれぞれ実施した。ここで、ＭＴコネクタの接続条件は、光ファイバのコアと同じ屈折率をもつ整合剤を付与した場合を通常接続、整合剤を付与しない場合を接続不良とした。

図２の測定結果より、ＭＴコネクタの通常接続時においてはＰＤＬおよびＯＴＤＲの反射量は小さいが、接続不良時においてはＯＴＤＲの反射量が増大するとともに、ＰＤＬも増加していることが確認できる。よって、図２のように通常接続時のＭＴコネクタのＰＤＬ基準値（例えば 0.1ｄＢ）をあらかじめ設定し、その基準値を超えたＰＤＬが測定された場合に、被測定光ファイバコネクタ２１が接続不良と判定することができる。

すなわち、制御処理部１５において、４種類の偏波に対応する４つのパルス光の各入射時に対する測定時の時間差Δｔを設定し、光パワーメータ１４で測定される各反射光のパワーから被測定光ファイバコネクタ２１の接続点のＰＤＬを計算し、ＰＤＬとＰＤＬ基準値とを比較することにより、被測定光ファイバコネクタ２１の接続点の接続不良の有無を容易に判定することができる。

一方、図２に示すように、ＯＴＤＲを用いて測定した反射量からも被測定光ファイバコネクタ２１の接続点の接続不良の有無を判定することができるが、これは、上記のように被測定光ファイバコネクタ２１の前段に１ｋｍの光ファイバを挿入して測定したもので、手間が余計にかかっている。

したがって、反射光のパワーから被測定光ファイバコネクタ接続点のＰＤＬを測定する本発明の構成は、ＯＴＤＲにより反射量を測定する従来方法に比べて、より簡便に直近の光ファイバコネクタの接続不良を検出することができる。

１０接続不良検出器
１１パルス光源
１２偏波コントローラ
１３光カプラ
１４光パワーメータ
１５制御処理部
２１被測定光ファイバコネクタ
２２光ファイバ伝送路

Claims

被測定光ファイバコネクタの一端から入力し、その他端に接続される光ファイバ伝送路に出力されるパルス光に対して、当該光ファイバ伝送路の所定位置における後方散乱による反射光を被測定光ファイバコネクタの一端から取り出してそのパワーを検出し、被測定光ファイバコネクタの接続点の接続不良の有無を検出する接続不良検出器において、
前記パルス光を出力するパルス光源と、
前記パルス光源から出力される前記パルス光の偏波状態を変化させて出力する偏波コントローラと、
前記偏波コントローラから出力される前記パルス光を前記被測定光ファイバコネクタの一端に入力し、前記被測定光ファイバコネクタの一端から出力される前記反射光を分岐する光カプラと、
前記光カプラで分岐された前記反射光のパワーを検出する光パワーメータと、
前記パルス光源および前記偏波コントローラを制御し、前記光パワーメータで測定された前記反射光のパワーから、前記被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬ（Polarization Dependent Loss ）を測定し、当該ＰＤＬが所定のＰＤＬ基準値より大きいときに被測定光ファイバコネクタの接続点が接続不良と判定する制御処理部と
を備えたことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器。
請求項１に記載の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器において、
前記制御処理部は、前記偏波コントローラに対して４種類の偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）に対応する４つのパルス光を順次出力するように制御し、各パルス光に対する前記反射光のパワーからミューラ法を用いて前記被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬを計算する
ことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器。
請求項１に記載の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器において、
前記ＰＤＬ基準値は、前記被測定光ファイバコネクタの接続点が正常に接続されている場合に測定されるＰＤＬを基準に設定する
ことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出器。
被測定光ファイバコネクタの一端から入力し、その他端に接続される光ファイバ伝送路に出力されるパルス光に対して、当該光ファイバ伝送路の所定位置における後方散乱による反射光を被測定光ファイバコネクタの一端から取り出してそのパワーを検出し、被測定光ファイバコネクタの接続点の接続不良の有無を検出する接続不良検出方法において、
パルス光源から偏波コントローラに前記パルス光を出力し、
前記偏波コントローラで前記パルス光源から出力される前記パルス光の偏波状態を変化させて出力し、
前記偏波コントローラから出力される前記パルス光を光カプラを介して前記被測定光ファイバコネクタの一端に入力し、前記被測定光ファイバコネクタの一端から出力される前記反射光を当該光カプラを介して分岐し、
前記光カプラで分岐された前記反射光を光パワーメータに入力してそのパワーを検出し、
前記パルス光源および前記偏波コントローラを制御する制御処理部は、前記光パワーメータで測定された前記反射光のパワーから、前記被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬ（Polarization Dependent Loss ）を測定し、当該ＰＤＬが所定のＰＤＬ基準値より大きいときに被測定光ファイバコネクタの接続点が接続不良と判定する
ことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法。
請求項４に記載の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法において、
前記制御処理部は、前記偏波コントローラに対して４種類の偏波（水平、垂直、＋45度、右回り円）に対応する４つのパルス光を順次出力するように制御し、各パルス光に対する前記反射光のパワーからミューラ法を用いて前記被測定光ファイバコネクタの接続点のＰＤＬを計算する
ことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法。
請求項４に記載の光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法において、
前記ＰＤＬ基準値は、前記被測定光ファイバコネクタの接続点が正常に接続されている場合に測定されるＰＤＬを基準に設定する
ことを特徴とする光ファイバコネクタ接続点の接続不良検出方法。