JP5627848B2

JP5627848B2 - 光パルス試験器及び光パルス試験方法

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Publication number: JP5627848B2
Application number: JP2008311425A
Authority: JP
Inventors: 王亮岩崎; 太一村上
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: JP2010133867A

Description

本発明は、光パルス試験器に関連し、特に背景光の影響を考慮した光ファイバの特性の測定技術に関する。

光パルス試験器は、被測定対象である光ファイバの一端に接続して光パルスを出射する。光ファイバ内では、レイリー散乱による後方散乱光及びフレネル反射によるフレネル反射光が発生し、光ファイバの一端に反射光として戻ってくる。光パルスを出射してから反射光として戻ってくるまでの時間と反射光のレベルを検出することによって、ファイバ長、光損失、損傷の有無、障害点の特定等の光ファイバの特性を測定することができる。

被測定対象である光ファイバが現用回線に使用されていると、光ファイバからは通信用の信号光が背景光として検出される。光パルス試験器で、背景光が存在している現用の光ファイバを測定すると、現用回線に影響を与えてしまう。そのため、光ファイバを測定する際に、現用回線に影響を与えないように、事前に光ファイバからの背景光を測定し、現用回線に使用されていないことを確認した上で、光ファイバの特性を測定していた（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−０７４５９６号公報

従来は、光ファイバから背景光を検出すると、その光ファイバは現用回線に使用されていると判断して測定を中止していたが、現用回線に使用されている場合でも、現用回線に影響を与えない範囲であれば、光ファイバの特性を測定したい場合もある。しかし、現用回線に使用されている場合は、現用回線に影響を与えなくても、背景光によって測定波形に影響が生じてしまうことがある。

そこで、光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、背景光の影響を低減した測定を可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光パルス試験器は、背景光のレベルが予め定めた値以上のときは、光ファイバからの光を受光して光−電気変換するアバランシェフォトダイオードの増倍率を制御することを特徴とする。

具体的には、本発明に係る光パルス試験器は、所定のパルス幅の光パルスを光ファイバに出射する発光素子と、前記光ファイバからの光を受光し、光−電気変換するアバランシェフォトダイオード（以後、「アバランシェフォトダイオード」を「ＡＰＤ」と略記する。）と、前記ＡＰＤの光−電気変換した出力を増幅する増幅回路と、指定された増倍率で前記ＡＰＤが動作するように直流バイアス電圧を前記ＡＰＤに印加するバイアス設定回路と、を備え、前記光ファイバからの反射光を受光して前記光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、前記光ファイバの特性を測定する前に前記増倍率を初期値に設定した上で、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続しない状態で該増幅回路からのサーマルノイズ及び電源ノイズを含むノイズを測定することによって得られる前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを記憶し、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続して前記増幅回路の出力する背景光のレベルを測定することによって得られるノイズから前記記憶されたＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを差し引くことによって算出されるＡＰＤノイズが、前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズのレベル以下になるように、前記バイアス設定回路に増倍率を指定する処理回路をさらに備えることを特徴とする。
具体的には、本発明に係る光パルス試験方法は、所定のパルス幅の光パルスを光ファイバに出射する発光素子と、前記光ファイバからの光を受光し、光−電気変換するアバランシェフォトダイオード（以後、「アバランシェフォトダイオード」を「ＡＰＤ」と略記する。）と、前記ＡＰＤの光−電気変換した出力を増幅する増幅回路と、指定された増倍率で前記ＡＰＤが動作するように直流バイアス電圧を前記ＡＰＤに印加するバイアス設定回路と、を備える光パルス試験器を用いて、前記光ファイバからの反射光を受光して前記光ファイバの特性を測定する光パルス試験方法であって、前記光ファイバの特性を測定する前に前記増倍率を初期値に設定した上で、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続しない状態で該増幅回路からのサーマルノイズ及び電源ノイズを含むノイズを測定することによって得られる前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを記憶するノイズ記憶手順と、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続して前記増幅回路の出力する背景光のレベルを測定することによって得られるノイズから前記ノイズ記憶手順で記憶されたＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを差し引くことによって算出されるＡＰＤノイズが、前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズのレベル以下になるように、前記バイアス設定回路に増倍率を指定する増倍率指定手順と、を有する。

本発明に係る光パルス試験器は、光ファイバの特性を測定する前に光ファイバからの背景光のレベルを測定し、そのレベルが高いときは、ＡＰＤの増倍率を下げて光ファイバの特性を測定するため、背景光の影響を低減して、光ファイバの特性を測定することができる。

本発明に係る光パルス試験器は、ＡＰＤノイズをＡＰＤノイズ以外のノイズのレベル以下になるようにＡＰＤの増倍率を指定するため、背景光の影響を低減して光ファイバの特性を測定することができる。

本発明に係る光パルス試験器は、前記処理回路は、前記光ファイバの特性を測定する前の前記増幅回路の出力する背景光によるレベルが予め定めた値よりも低いときは、前記ＡＰＤの増倍率を一定としてもよい。
本発明に係る光パルス試験器は、背景光のレベルが高いときだけ、ＡＰＤの増倍率を可変とし、背景光のレベルが低いときは、ＡＰＤの増倍率を一定としても、背景光によって測定波形に影響が生じないようにすることができる。

本発明に係る光パルス試験器は、前記発光素子は出射する光パルスの所定のパルス幅が可変であり、前記処理回路は、前記光パルスの所定のパルス幅に対応付けて前記予め定めた値としてもよい。
光パルス試験器の出射する光パルスのパルス幅が広いと、増幅回路の帯域を狭くすることができ、ノイズのレベルが低減するため、測定波形への背景光の影響が小さくなる。そこで、ＡＰＤの増倍率を可変とする範囲を背景光のレベルが低くなる領域に拡大することができる。

本発明に係る光パルス試験器は、前記処理回路は、背景光のレベルを測定する期間は前記発光素子に光パルスを出射させないこととしてもよい。
反射光の影響を受けることなく、背景光のレベルを測定することができる。

本発明に係る光パルス試験器は、前記処理回路は、前記光ファイバの特性を測定する前の前記ＡＰＤの受光する背景光のレベルが所定値以上のときは、前記発光素子に光パルスを出射させないこととしてもよい。
背景光のレベルが所定値以上のときは、光ファイバを使用している現用回線への影響があると判断して発光素子に光パルスを出射させないで、現用回線への影響を回避することができる。

なお、上記発明は可能な限り任意に組み合わせることができる。

本発明によれば、光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、背景光の影響を低減した測定を可能にすることができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。

図１は、本実施形態に係る光パルス試験器の構成概略図である。本実施形態に係る光パルス試験器は、バイアス設定回路１１、光カプラ１２、ＡＰＤ１３、増幅回路１４、Ａ−Ｄコンバータ１５、処理回路１６、タイミングコントローラ２１、駆動回路２２、発光素子２３を備える。処理回路１６及びタイミングコントローラ２１には、情報処理装置を用いてもよい。光カプラ１２には被測定対象である光ファイバ３１が接続される。

図２は、本実施形態に係る光パルス試験器の処理回路１６が実行するフローチャート図である。処理回路１６は、ステップ１０１（Ｓ１０１）のスタートからステップ１０９（Ｓ１０９）の終了までを実行する。

以下、図１及び図２を使用して、光パルス試験器の構成と動作を説明する。光パルス試験器が動作を開始すると（Ｓ１０１）、処理回路１６は、バイアス設定回路１１にＡＰＤ１３の増倍率Ｍを初期値に設定する（Ｓ１０２）。増倍率Ｍの初期値は設定できる範囲で大きいことが望ましい。高感度で背景光のレベルを測定することができるからである。バイアス設定回路１１は、初期値に対応するバイアス電圧をＡＰＤに印加して、背景光のレベルを測定する。このとき、被測定対象である光ファイバ３１からの背景光は、光カプラ１２を経由してＡＰＤ１３で受光され、電気信号に光−電気変換される。光−電気変換された後、増幅回路１４を経て、Ａ−Ｄコンバータ１５でディジタル信号に変換され、処理回路でそのレベルが測定される（Ｓ１０３）。反射光の影響を避けるため、背景光のレベルを測定している間は、発光素子２３に光パルスを出射させないことが好ましい。

背景光レベルＬが予め定めた値Ｌ_０以上のときは（Ｓ１０４）、光パルスの出射が現用回線に影響があると判断できるため、処理回路１６は測定を中止して（Ｓ１０５）、測定を終了する（Ｓ１０９）。測定の中止は少なくとも、発光素子２３に光パルスを出射させないこととする。発光素子２３に光パルスを出射させないためには、処理回路１６はタイミングコントローラ２１に指示して、駆動回路２２に駆動パルスを出力させないようにすることで実現できる。測定中止の際には、その旨の表示をしたり、警報を発したりする構成としてもよい。

背景光レベルＬが予め定めた値Ｌ_０より小さいときは（Ｓ１０４）、光ファイバが現用回線に使用されていても光パルスの出射が現用回線に影響がないと判断して、さらに、処理回路１６は背景光レベルＬを判定する。背景光レベルＬが所定値Ｌ_ｘ以上のときは（Ｓ１０６）、現用回線には影響がないが、光ファイバの特性測定には影響があると判断して、処理回路１６はバイアス設定回路１１にＡＰＤ１３の増倍率Ｍを可変させ、光ファイバ３１の特性を測定する。

光ファイバ３１の特性の測定について説明する。タイミングコントローラ２１が駆動回路２２に駆動パルスを出力させる。発光素子２３は駆動パルスを受けて所定のパルス幅の光パルスを光カプラ１２経由で光ファイバ３１に出射する。光ファイバ３１からの反射光は、再び光カプラ１２を経由してＡＰＤ１３で受光され、光−電気変換される。バイアス設定回路１１は、処理回路１６からの指定により、ＡＰＤ１３の増倍率Ｍが指定値となるようにＡＰＤ１３に直流バイアス電圧を印加する。増幅回路１４は、光−電気変換された反射光を増幅し、Ａ−Ｄコンバータ１５がディジタル信号に変換する。処理回路１６は、光パルスを出射してから反射光を受光するまでの往復時間と反射光のレベルを測定する（Ｓ１０８）。

反射光には、光ファイバ内の不均一性で生じるレイリー散乱による後方散乱光と光ファイバの接続点等で生じるフレネル反射によるフレネル反射光が含まれる。光パルスを出射してから反射光として戻ってくるまでの時間と反射光のレベルを検出することによって、ファイバ長、光損失分布、光損失の局在、光ファイバの損傷の有無、障害点の特定等の光ファイバの特性を測定することができる。光ファイバが現用回線に使用されているときは、現用回線の通信光が背景光として反射光に重畳される。ＡＰＤ１３は、反射光と共に背景光もアバランシェ増幅する。このとき、アバランシェ増幅された背景光はショットノイズとして観測される。ＡＰＤ１３は、結晶構造の不完全性等によって生じる暗電流ノイズも発生し、アバランシェ増幅する。ショットノイズと暗電流ノイズの合計をＡＰＤノイズと称する。背景光のレベルが高くなるとショットノイズも増大するが、暗電流は背景光のレベルに依存しない。どちらも大きさは、ＡＰＤの増倍率Ｍに依存する。増幅回路１４は、反射光による信号と共にＡＰＤノイズも増幅して出力する。

ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路から出力されるノイズには、主に増幅回路１４の初段の特性に依存するサーマルノイズ、電源の変動や電圧、電流の揺らぎによって生じる電源ノイズがある。ここで、ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路から出力されるノイズとは、ＡＰＤ１３をＡＰＤ１３の次段の増幅回路１４に接続しないときの増幅回路からのノイズをいう。

ステップＳ１０８において、処理回路１６は、ＡＰＤノイズをＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズのレベル以下になるように、ＡＰＤ１３の増倍率Ｍを指定する。このように増倍率Ｍを指定すれば、光ファイバの特性測定における背景光によるノイズの影響を軽減することができる。ＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズは、まず、ＡＰＤ１３を増幅回路１４に接続しない状態で増幅回路１４からのノイズを測定するとＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズが得られ、これを処理回路１６で記憶しておく。次に、Ｓ１０３で背景光のレベルを測定すると、増幅回路１４から出力されるＡＰＤノイズとＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズの和が得られる。この和から先のＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズを差し引けばＡＰＤノイズが算出できる。

図３は、光ファイバの測定におけるノイズのレベルを示す図である。図３において、横軸は背景光のレベル、縦軸はノイズのレベルを示す。ＡＰＤノイズ以外の増幅回路から出力されるノイズは背景光のレベルによらず一定となる。しかし、ＡＰＤノイズはＡＰＤの増倍率Ｍに依存する。そこで、増倍率Ｍを指定する際に、常にＡＰＤノイズをＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路から出力されるノイズのレベル以下になるように、背景光のレベルに対してＡＰＤの増倍率Ｍを連続的に可変してＡＰＤノイズが一定となるように指定してもよいし（直線Ａ）、ＡＰＤの増倍率Ｍを例えば、４０から３０へ、３０から２０へ、２０からＭ_ＭＩＮへと数段階に分けてステップ状に可変させてもよい（曲線Ｂ）。なお。ここでは、処理回路１６はバイアス設定回路１１にＡＰＤの増倍率Ｍを指定しているが、指定の増倍率となるように直流バイアス電圧を指定してもよい。

ここで、光パルスのパルス幅に対応付けて、所定値Ｌ_ｘを変えることが望ましい。図４は、光パルス幅に対応付けて、所定値Ｌ_ｘを可変とすることを説明する図である。図４において、例えば、光パルスのパルス幅が１００ｎｓｅｃのときは１０ｎｓｅｃのときに比較して、所定値Ｌ_ｘを１０ｄＢ低い値としてもよい。発光素子２３の出射する光パルスの所定のパルス幅を可変とし、発光素子２３の出射する光パルスのパルス幅に応じて増幅回路１４の帯域幅を可変とすることができる。光パルスのパルス幅を広くすると距離分解能は劣化するが、後方散乱光が増大するため後方散乱光による反射光のレベルが増加する。一方、光パルスのパルス幅を広くすると、増幅回路１４の帯域幅を狭くしても、帯域幅を狭くすることによる測定波形の劣化はなく、逆に、ノイズのレベルを低減することができる。つまり、背景光レベルが低いときには、ＡＰＤの増倍率Ｍを大きくしても、測定波形に対するノイズの影響を抑えることができるので、光パルスの所定のパルス幅を広くすると、所定値Ｌ_ｘも低く設定できることになる。

図５は、背景光のレベルに応じてＡＰＤの増倍率Ｍを変えることによる効果を示す図である。図５（１）はＡＰＤの増倍率Ｍを３０、図５（２）はＡＰＤの増倍率Ｍを１０としたときの反射光の測定波形である。ＡＰＤの増倍率Ｍを３０のときよりも１０に下げたときの方がノイズは低減できることが分かる。背景光のレベルが低いときは、ＡＰＤの増倍率Ｍが高くてもＡＰＤノイズの影響が少ないが、背景光のレベルが高いときは、ＡＰＤの増倍率Ｍを下げることによって、ＡＰＤノイズを低減できる。

背景光レベルＬが所定値Ｌ_ｘよりも低いときは（Ｓ１０６）、現用回線にも影響がなく、光ファイバの特性測定にも影響がないと判断して、処理回路１６はバイアス設定回路１１にＡＰＤ１３の増倍率Ｍを一定とし、光ファイバ３１の特性を測定する（Ｓ１０７）。背景光レベルＬが所定値Ｌ_ｘよりも低いときは、ＡＰＤの増倍率Ｍを下げることなく光ファイバ３１の特性を測定しても背景光による測定波形の影響が小さい。一定とするＡＰＤ１３の増倍率Ｍは、背景光のレベルを測定するときの初期値としてもよい。背景光のレベルを測定するときのＡＰＤの増倍率Ｍは設定できる範囲で大きく設定されているが、この増倍率でも背景光による影響がなければ、初期値の増倍率としても問題がない。

本発明の光パルス試験器は、ファイバ長、光損失、損傷の有無、障害点の特定等の光ファイバの特性測定に利用することができる。

本実施形態に係る光パルス試験器の構成概略図である。本実施形態に係る光パルス試験の処理回路のフローチャート図である。光ファイバの測定におけるノイズのレベルを示す図である。光パルス幅に対応付けて、所定値Ｌ_ｘを可変とすることを説明する図である。背景光のレベルに応じてＡＰＤの増倍率を変えることによる効果を示す図である。

符号の説明

１１バイアス設定回路
１２光カプラ
１３ＡＰＤ
１４増幅回路
１５Ａ−Ｄコンバータ
１６処理回路
２１タイミングコントローラ
２２駆動回路
２３発光素子

Claims

所定のパルス幅の光パルスを光ファイバに出射する発光素子と、
前記光ファイバからの光を受光し、光−電気変換するアバランシェフォトダイオード（以後、「アバランシェフォトダイオード」を「ＡＰＤ」と略記する。）と、
前記ＡＰＤの光−電気変換した出力を増幅する増幅回路と、
指定された増倍率で前記ＡＰＤが動作するように直流バイアス電圧を前記ＡＰＤに印加するバイアス設定回路と、
を備え、前記光ファイバからの反射光を受光して前記光ファイバの特性を測定する光パルス試験器において、
前記光ファイバの特性を測定する前に前記増倍率を初期値に設定した上で、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続しない状態で該増幅回路からのサーマルノイズ及び電源ノイズを含むノイズを測定することによって得られる前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを記憶し、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続して前記増幅回路の出力する背景光のレベルを測定することによって得られるノイズから前記記憶されたＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを差し引くことによって算出されるＡＰＤノイズが、前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズのレベル以下になるように、前記バイアス設定回路に増倍率を指定する処理回路をさらに備えることを特徴とする光パルス試験器。
前記処理回路は、前記光ファイバの特性を測定する前の前記増幅回路の出力する背景光によるレベルが予め定めた値よりも低いときは、前記ＡＰＤの増倍率を一定とすることを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験器。
前記発光素子は出射する光パルスの所定のパルス幅が可変であり、
前記処理回路は、前記光パルスの所定のパルス幅に対応付けて前記予め定めた値とすることを特徴とする請求項２に記載の光パルス試験器。
前記処理回路は、背景光のレベルを測定する期間は前記発光素子に光パルスを出射させないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光パルス試験器。
前記処理回路は、前記光ファイバの特性を測定する前の前記ＡＰＤの受光する背景光のレベルが所定値以上のときは、前記発光素子に光パルスを出射させないことを特徴とする請求項１から４のいずれかにに記載の光パルス試験器。
所定のパルス幅の光パルスを光ファイバに出射する発光素子と、
前記光ファイバからの光を受光し、光−電気変換するアバランシェフォトダイオード（以後、「アバランシェフォトダイオード」を「ＡＰＤ」と略記する。）と、
前記ＡＰＤの光−電気変換した出力を増幅する増幅回路と、
指定された増倍率で前記ＡＰＤが動作するように直流バイアス電圧を前記ＡＰＤに印加するバイアス設定回路と、
を備える光パルス試験器を用いて、前記光ファイバからの反射光を受光して前記光ファイバの特性を測定する光パルス試験方法であって、
前記光ファイバの特性を測定する前に前記増倍率を初期値に設定した上で、前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続しない状態で該増幅回路からのサーマルノイズ及び電源ノイズを含むノイズを測定することによって得られる前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを記憶するノイズ記憶手順と、
前記ＡＰＤを前記増幅回路に接続して前記増幅回路の出力する背景光のレベルを測定することによって得られるノイズから前記ノイズ記憶手順で記憶されたＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズを差し引くことによって算出されるＡＰＤノイズが、前記ＡＰＤノイズ以外の前記増幅回路の出力するノイズのレベル以下になるように、前記バイアス設定回路に増倍率を指定する増倍率指定手順と、
を有することを特徴とする光パルス試験方法。