JP5941877B2 - Optical pulse test apparatus and optical pulse test method - Google Patents

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Description

発明は、光線路の光損失分布や断線位置等を測定するための光パルス試験装置及び光パルス試験方法に関する。   The present invention relates to an optical pulse test apparatus and an optical pulse test method for measuring an optical loss distribution, a disconnection position, and the like of an optical line.

被試験光ファイバ(Fiber under test、以後FUTと称する)に試験光パルスを送出し、FUTからの後方散乱光を受信、解析することで各地点における光の反射率分布を測定する技術として光パルス試験方法(Optical Time Domain Reflectometry、以後OTDRと称する)が知られている。OTDRは、FUTに試験光パルスを送出し、FUTからの反射光やレイリー後方散乱光(以後、単に後方散乱光と称する)を受信、解析することでFUTの各地点における光の反射率分布(以後、OTDR波形と称する)を測定する方法、装置である。この技術は光ファイバの片端からその損失分布評価を試験できるため、敷設された光ファイバの保守運用の観点から重要な技術である。   Optical pulse is a technique for measuring the reflectance distribution of light at each point by sending a test light pulse to a fiber under test (FUT) and receiving and analyzing backscattered light from the FUT. A test method (Optical Time Domain Reflectometry, hereinafter referred to as OTDR) is known. The OTDR sends a test light pulse to the FUT, and receives and analyzes the reflected light from the FUT and Rayleigh backscattered light (hereinafter simply referred to as backscattered light), thereby analyzing the light reflectance distribution at each point of the FUT ( Hereinafter, it is a method and apparatus for measuring (referred to as OTDR waveform). Since this technique can test the loss distribution evaluation from one end of the optical fiber, it is an important technique from the viewpoint of maintenance and operation of the installed optical fiber.

OTDRの最大測定距離はFUTの光損失値とOTDRのダイナミックレンジにより決まる。ここで、ダイナミックレンジとは測定の際に許容される最大損失値である。ダイナミックレンジを拡大する方法として、主にFUTへ入射させる試験光パルスピークパワーを大きくする方法、受信系の最小受信感度を向上させる方法、試験光パルスを繰り返し入射し、測定結果を加算平均処理することによって測定信号の信号対雑音強度比を向上させる方法がある。最小受信感度を向上させる方法として、コヒーレント検波技術があり、このコヒーレント検波技術を用いるOTDR(Coherent OTDR、以後C−OTDRと称する)が長距離の測定方法として実用化されている(非特許文献1参照)。   The maximum measurement distance of OTDR is determined by the optical loss value of FUT and the dynamic range of OTDR. Here, the dynamic range is the maximum loss value allowed in the measurement. As a method of expanding the dynamic range, mainly a method of increasing the peak power of the test light pulse incident on the FUT, a method of improving the minimum reception sensitivity of the receiving system, a test light pulse is repeatedly incident, and the measurement results are added and averaged There is a method for improving the signal-to-noise intensity ratio of the measurement signal. As a method for improving the minimum reception sensitivity, there is a coherent detection technique, and OTDR (Coherent OTDR, hereinafter referred to as C-OTDR) using this coherent detection technique has been put into practical use as a long-distance measurement method (Non-patent Document 1). reference).

この従来のC−OTDRは、非特許文献1に示されるように、コヒーレント光を発する光源からの出力光を光方向性結合器によって試験光と局発光に分岐させる。分岐された試験光は光増幅器によって増幅された後、音響光学素子に入射され、周波数シフトを伴いパルス化される。パルス化された試験光は光サーキュレータを通過し、FUTに入射される。FUTで生じた後方散乱光は光サーキュレータにより光受信器側のみに向かい、光方向性結合器により前述の局発光と結合された後、バランス型光受信器によって受信される。これより、局発光と後方散乱光の干渉によって生じる干渉ビート信号が信号電流として検出される。この信号電流は、A/D(Analog/Digital)変換器によって数値化された後、加算平均処理される。処理された数値列を対数表示することでOTDR波形を得ることができる。   In this conventional C-OTDR, as shown in Non-Patent Document 1, output light from a light source that emits coherent light is branched into test light and local light by an optical directional coupler. The branched test light is amplified by an optical amplifier and then incident on an acousto-optic device, which is pulsed with a frequency shift. The pulsed test light passes through the optical circulator and enters the FUT. Backscattered light generated in the FUT is directed only to the optical receiver side by the optical circulator, and is combined with the local light by the optical directional coupler and then received by the balanced optical receiver. Thereby, an interference beat signal generated by interference between local light and backscattered light is detected as a signal current. This signal current is digitized by an A / D (Analog / Digital) converter and then subjected to an averaging process. An OTDR waveform can be obtained by logarithmically displaying the processed numerical sequence.

また、特許文献1に、所定時間間隔毎に所定周波数間隔だけ変化させた試験光を光パルス化してFUTに入射し、FUTからの反射及び後方散乱光を、試験光を分岐させた局発光とバランス型光受信器によって受信した後に周波数毎に分離して、試験光パルスの複数の周波数成分による反射率分布を求める技術が提案されている。この特許文献1記載の方法は、複数の周波数成分による多重効果によって、従来法のC−OTDR測定に比べ、一回の測定当たりに取得できる反射率分布が多重数分取得できるため、実効上の加算平均処理数を多く実行し、ダイナミックレンジを拡大することができる。   Further, in Patent Document 1, test light that has been changed by a predetermined frequency interval every predetermined time interval is converted into an optical pulse, incident on the FUT, and reflected and backscattered light from the FUT is a local light that branches the test light. There has been proposed a technique for obtaining a reflectance distribution by a plurality of frequency components of a test light pulse after being received by a balanced optical receiver and separated for each frequency. The method described in Patent Document 1 is effective in that the reflectance distribution that can be acquired per measurement is obtained by the number of multiples, as compared with the conventional C-OTDR measurement, due to the multiple effect due to a plurality of frequency components. It is possible to increase the dynamic range by executing a large number of averaging processes.

ここで、非特許文献1や特許文献1のコヒーレントOTDRでは、十分なコヒーレント検波効率を得るために、十分に狭線幅のレーザを光源として用いる必要があり、例えば1kmの距離分解能において、必要な線幅は10kHz程度である。また、FUTからの反射光やレイリー後方散乱光は、入射した試験光と同じ光周波数であると知られており、局発光と試験光の間でシフトした周波数に応じた干渉ビート信号が信号電流として検出され、取り扱われる。   Here, in the coherent OTDR of Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, it is necessary to use a sufficiently narrow linewidth laser as a light source in order to obtain sufficient coherent detection efficiency. For example, it is necessary for a distance resolution of 1 km. The line width is about 10kHz. The reflected light and Rayleigh backscattered light from the FUT are known to have the same optical frequency as the incident test light, and the interference beat signal corresponding to the frequency shifted between the local light and the test light is the signal current. Is detected and treated.

しかしながら、実環境における長距離のFUTは、振動の影響をわずかながら受けることとなり、入射した試験光とは異なる光周波数の後方散乱光が検出される場合がある。本現象による後方散乱光の周波数ドリフトはドップラー周波数シフトと呼ばれ、波の発生源である光源と観測地点との相対的な速度によって、波の周波数が異なって観測されるドップラー効果により発生する現象である。仮に光源に狭線幅のレーザを用いた場合においても、光受信側ではドップラー周波数シフトによって、等価的に線幅の広いレーザを用いた場合や光パルスが自己位相変調による非線形効果を受けて周波数シフトした場合と同様となり、結果としてコヒーレントOTDRの検波効率が低下するという課題がある(非特許文献1参照)。   However, a long-distance FUT in an actual environment is slightly affected by vibration, and backscattered light having an optical frequency different from the incident test light may be detected. The frequency drift of backscattered light due to this phenomenon is called Doppler frequency shift, and is a phenomenon caused by the Doppler effect in which the wave frequency is observed differently depending on the relative speed between the light source and the observation point. It is. Even if a narrow-linewidth laser is used as the light source, the frequency of the optical receiver due to non-linear effects due to self-phase modulation due to Doppler frequency shift, or when a laser with an equivalently wide linewidth is used. There is a problem that the detection efficiency of the coherent OTDR decreases as a result (see Non-Patent Document 1).

尚、一般には、光受信器の受信帯域を広げることで周波数ドリフトした後方散乱光を検出することが可能である。但し、コヒーレントOTDRがよく用いられる海底光増幅中継システムの場合には、光増幅器を光線形中継器として用いているため、後方散乱光と共に光増幅器で発生する自然放出光が雑音として検出されてしまう。このように、受信帯域を広げると検出される雑音も多くなることから、受信帯域は試験光パルスに応じて必要最低限とする方が好ましい。   In general, it is possible to detect backscattered light that has drifted in frequency by widening the reception band of the optical receiver. However, in the case of a submarine optical amplification repeater system in which coherent OTDR is often used, since an optical amplifier is used as an optical linear repeater, spontaneously emitted light generated by the optical amplifier together with backscattered light is detected as noise. . As described above, since the noise to be detected increases when the reception band is widened, it is preferable that the reception band be the minimum necessary according to the test light pulse.

特開2011−164075号公報JP 2011-164075 A

H. Izumita et al, “The Performance Limit of Coherent OTDR Enhanced with Optical Fiber Amplifiers due to Optical Nonlinear Phenomena” JLT., vol. 12, no. 7, pp. 1230-1238 (1994)H. Izumita et al, “The Performance Limit of Coherent OTDR Enhanced with Optical Fiber Amplifiers due to Optical Nonlinear Phenomena” JLT., Vol. 12, no. 7, pp. 1230-1238 (1994)

以上のように、被試験光線路に試験光パルスを送出し、被試験光線路からの後方散乱光を受信、解析することで各地点における光の反射率分布を測定する技術としてC−OTDRが実用化されているが、このC−OTDRによる海底光増幅中継伝送システム等の長距離線路の監視に際して、光ケーブルが受ける微小な振動に起因するドップラー周波数シフト(後方散乱光の周波数ドリフト)が発生する場合があり、このドップラー周波数シフトによりC−OTDRの検波効率が低下してしまう、という問題があった。   As described above, C-OTDR is a technique for measuring the reflectance distribution of light at each point by sending a test light pulse to the optical line under test and receiving and analyzing the backscattered light from the optical line under test. Although being put into practical use, when monitoring a long-distance line such as a submarine optical amplifying repeater transmission system using C-OTDR, a Doppler frequency shift (frequency drift of backscattered light) due to minute vibrations received by an optical cable occurs. In some cases, this Doppler frequency shift has a problem that the detection efficiency of C-OTDR is lowered.

そこで本発明は、C−OTDRによる高感度な長距離測定を経済的に実施することができ、線路監視品質を大きく向上させることができる光パルス試験装置及び光パルス試験方法を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical pulse test apparatus and an optical pulse test method capable of economically implementing a long-range measurement with high sensitivity by C-OTDR and greatly improving line monitoring quality. And

上記の課題を解決するため、本発明に係る光パルス試験装置は、以下の態様で構成される。
(1)コヒーレントな第1の信号光を発する第1の光源と、前記第1の光源の出力光を分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる光周波数制御手段と、前記光周波数制御手段の出力を光パルス化して試験光パルスを生成する第1の光パルス化手段と、前記第1の光源の出力光とは異なる波長の第2の信号光を発生する第2の光源と、前記第2の光源からの出力光を前記試験光パルスとは周期が逆となるようにパルス化してダミー光パルスを生成する第2の光パルス化手段と、前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成する光重畳手段と、前記光パルス信号を被試験光線路に入射し、前記被試験光線路の各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取得する後方散乱光取得手段と、前記後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、前記試験光の被試験光線路からの反射光及び後方散乱光の反射率分布を求める演算処理手段とを具備し、前記演算処理手段は、前記被試験光線路を任意の区間長に区切って周波数ドリフトの補償区間を設定し、前記補償区間それぞれの信号データを抽出して、補償区間毎にそれぞれのピーク周波数を取得する予備処理手段と、前記光パルスのサンプル点毎にパワースペクトルを得て、前記被試験光線路上の位置が前記予備処理手段で設定した補償区間のうちのどの区間に含まれるかを判別して、前記サンプル点毎の開始処理データの開始位置に応じた補償区間を特定し、前記予備処理手段において、当該区間で算出されたピーク周波数を用いて、前記パワースペクトルの振幅値を抽出し、抽出されたパワースペクトルの振幅値を基に光パルス試験波形を算出する算出処理手段とを備える態様とする。
In order to solve the above-described problems, an optical pulse test apparatus according to the present invention is configured in the following manner.
(1) a first light source that emits coherent first signal light, branching means for branching output light from the first light source to generate local light and test light, and a frequency of the test light is predetermined. Optical frequency control means that changes at predetermined frequency intervals for each time interval, first optical pulse generation means for generating a test optical pulse by converting the output of the optical frequency control means into an optical pulse, and the first light source A second light source for generating a second signal light having a wavelength different from that of the output light, and a dummy light by pulsing the output light from the second light source so that the period of the test light pulse is reversed. A second optical pulse generating means for generating a pulse; an optical superimposing means for generating an optical pulse signal by superimposing the dummy optical pulse on the test optical pulse; and the optical pulse signal is incident on the optical line to be tested. By reflection or scattering at each point of the optical line under test Backscattered light acquisition means for acquiring the generated backscattered light, optical coupling means for optically coupling the backscattered light and the local light, and light for receiving the optically coupled optical signal and acquiring a current signal Receiving means; frequency separating means for separating the current signal into a plurality of frequency components; and arithmetic processing means for obtaining a reflectance distribution of the reflected light and backscattered light from the optical path under test of the test light. The arithmetic processing means divides the optical line under test into an arbitrary section length to set a compensation section for frequency drift, extracts signal data for each compensation section, and sets each peak frequency for each compensation section. A power spectrum is obtained for each sample point of the preprocessing means to be acquired and the optical pulse, and it is determined which section of the compensation section set by the preprocessing means the position on the optical path under test is included. Then, the compensation section corresponding to the start position of the start processing data for each sample point is specified, and the preliminary processing means extracts the amplitude value of the power spectrum using the peak frequency calculated in the section. And a calculation processing means for calculating an optical pulse test waveform based on the amplitude value of the extracted power spectrum.

(2)(1)において、さらに、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させる光周波数制御手段を有し、前記複数の周波数成分を有する被試験光線路からの後方散乱光を演算処理手段により周波数分離する手段を有する態様とする。
(3)(1)または(2)において、前記光パルスのパルス幅または前記光周波数制御手段で試験光に与えられた所定の時間間隔によって決まる距離分解能よりも、前記予備処理手段における任意区間が長い態様とする。
(4)(1)において、前記演算処理手段は、前記試験光パルスの複数の周波数成分の入射時間のずれを補正して複数分の光パルス試験波形を取得し、前記抽出したパワースペクトルの振幅より前記複数分の光パルス試験波形を加算平均処理する態様とする。
(2) In (1), there is further provided an optical frequency control means for changing the frequency of the test light by a predetermined interval every predetermined time interval, and backscattering from the optical line under test having the plurality of frequency components The light is frequency-separated by arithmetic processing means.
(3) In (1) or (2), an arbitrary interval in the preliminary processing unit is larger than a distance resolution determined by a pulse width of the optical pulse or a predetermined time interval given to the test light by the optical frequency control unit. Let it be a long aspect.
(4) In (1), the arithmetic processing means obtains a plurality of light pulse test waveforms by correcting a shift in incident time of a plurality of frequency components of the test light pulse, and the amplitude of the extracted power spectrum In addition, the plurality of optical pulse test waveforms for the plurality are added and averaged.

また、本発明に係る光パルス試験方法は、以下の態様で構成される。
(5)コヒーレントな第1の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成し、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させ、前記光周波数制御された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成し、前記第1の信号光とは異なる波長の第2の信号光を発生する第2の光源と、前記第2の光源からの出力光を前記試験光パルスとは周期が逆となるようにパルス化してダミー光パルスを生成し、前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成し、前記光パルス信号を被試験光線路に入射し、前記被試験光線路の各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取得し、前記後方散乱光と前記局発光を光結合し、前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得し、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、前記試験光の被試験光線路からの反射光及び後方散乱光の反射率分布を求める光パルス試験方法であって、予備処理として、前記被試験光線路を任意の区間長に区切って周波数ドリフトの補償区間を設定し、前記補償区間それぞれの信号データを抽出して、補償区間毎にそれぞれのピーク周波数を取得し、算出処理として、前記光パルスのサンプル点毎にパワースペクトルを得て、前記被試験光線路上の位置が前記予備処理手段で設定した補償区間のうちのどの区間に含まれるかを判別して、前記サンプル点毎の開始処理データの開始位置に応じた補償区間を特定し、前記予備処理手段において、当該区間で算出されたピーク周波数を用いて、前記パワースペクトルの振幅値を抽出し、抽出されたパワースペクトルの振幅値を基に光パルス試験波形を算出する態様とする。
The optical pulse test method according to the present invention is configured in the following manner.
(5) The coherent first signal light is branched to generate local light and test light, and the optical frequency is controlled by changing the frequency of the test light at a predetermined frequency interval every predetermined time interval. The test light is converted into an optical pulse to generate a test light pulse, a second light source that generates a second signal light having a wavelength different from that of the first signal light, and output light from the second light source A dummy light pulse is generated by pulsing so that the period is opposite to that of the test light pulse, the light pulse signal is generated by superimposing the dummy light pulse on the test light pulse, and the light pulse signal is converted into the light beam to be tested. Backscattered light that is incident on a path and generated by reflection or scattering at each point of the optical path under test is acquired, the backscattered light and the local light are optically coupled, and the optical signal that is optically coupled is received. Current signal to obtain a current signal. An optical pulse test method for obtaining a reflectance distribution of the reflected light and backscattered light from the optical line under test of the test light separated into several components, wherein the optical line under test is an arbitrary section as a preliminary process A frequency drift compensation section is set by dividing it into lengths, signal data for each of the compensation sections is extracted, each peak frequency is obtained for each compensation section, and power is calculated for each sampling point of the optical pulse as a calculation process. Obtaining a spectrum, determining which section of the compensation section set by the preliminary processing means the position on the optical line under test is included, and according to the start position of the start processing data for each sample point The compensation section is specified, and the preliminary processing means extracts the amplitude value of the power spectrum using the peak frequency calculated in the section, and the extracted power spectrum is extracted. A manner of calculating the OTDR waveform based on the value.

(6)(5)において、さらに、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させ、前記複数の周波数成分を有する被試験光線路からの後方散乱光を演算処理により周波数分離する態様とする。
(7)(5)または(6)において、前記光パルスのパルス幅または前記光周波数制御手段で試験光に与えられた所定の時間間隔によって決まる距離分解能よりも、前記予備処理手段における任意区間が長い態様とする。
(8)(5)において、前記試験光パルスの複数の周波数成分の入射時間のずれを補正して複数分の光パルス試験波形を取得し、前記抽出したパワースペクトルの振幅より前記複数分の光パルス試験波形を加算平均処理する態様とする。
(6) In (5), the frequency of the test light is further changed by a predetermined interval every predetermined time interval, and the backscattered light from the optical line under test having the plurality of frequency components is frequency-separated by arithmetic processing. It is set as the mode to do.
(7) In (5) or (6), an arbitrary interval in the preliminary processing means is greater than a distance resolution determined by a pulse width of the optical pulse or a predetermined time interval given to the test light by the optical frequency control means. Let it be a long aspect.
(8) In (5), a plurality of light pulse test waveforms are acquired by correcting a shift in incident time of a plurality of frequency components of the test light pulse, and the light for the plurality of light is obtained from the amplitude of the extracted power spectrum. The pulse test waveform is added and averaged.

本発明では、入射する試験光パルスの周波数成分が既知であることに着目し、この試験光パルスの周波数成分と実測した後方散乱光のパワースペクトルのピーク周波数とを照合することで、補正すべき周波数ドリフト量を算出し、これによって高感度な後方散乱光強度分布を得ることを可能としたものである。具体的には、光信号の演算処理過程において、光線路を任意に区間割りした上で、当該区間毎に後方散乱光のパワースペクトルのピーク周波数を算出する予備ステップと、得られた区間毎のピーク周波数を用いてパワースペクトル振幅値の抽出周波数を補正し、補正後の周波数により抽出したパワースペクトルの振幅値を基に後方散乱光強度分布を算出する計算ステップを有するC−OTDRである。   In the present invention, paying attention to the fact that the frequency component of the incident test light pulse is known, the frequency component of the test light pulse should be corrected by checking the peak frequency of the power spectrum of the actually measured backscattered light. By calculating the frequency drift amount, it is possible to obtain a highly sensitive backscattered light intensity distribution. Specifically, in the optical signal calculation process, after dividing the optical line arbitrarily, a preliminary step of calculating the peak frequency of the power spectrum of the backscattered light for each of the sections, and for each obtained section The C-OTDR has a calculation step of correcting the extraction frequency of the power spectrum amplitude value using the peak frequency and calculating the backscattered light intensity distribution based on the amplitude value of the power spectrum extracted based on the corrected frequency.

この構成によれば、FUTの任意の区間毎にドップラー効果による周波数ドリフト量を補正量として知ることができ、当該区間におけるOTDR波形の算出には、前記補正量を用いた周波数における受信信号のパワースペクトルを用いることによって、前記ドップラー効果による周波数ドリフトの影響を低減することが可能となり、振動を有する実環境下においてより高感度な測定が可能となる。   According to this configuration, the amount of frequency drift due to the Doppler effect can be known as a correction amount for each arbitrary section of the FUT, and the power of the received signal at the frequency using the correction amount is used to calculate the OTDR waveform in the section. By using the spectrum, it is possible to reduce the influence of frequency drift due to the Doppler effect, and it is possible to perform measurement with higher sensitivity in an actual environment having vibration.

さらに、1回の試験光パルスの入射毎に上記操作を実施することから、試験光パルスの繰り返し周期に応じてリアルタイムな振動影響の補償が可能となる。
また、光受信器には、受信帯域が広帯域なものを用いる必要はなくなり、上記振動影響を補償することによって、光増幅器を用いた線路における測定においても、雑音検出量を余分に増加させることなく、狭帯域な光受信器を用いることができ、安価な構成で高感度な測定が可能となる。
Furthermore, since the above-described operation is performed every time a test light pulse is incident, it is possible to compensate for vibration effects in real time according to the repetition period of the test light pulse.
In addition, it is no longer necessary to use an optical receiver having a wide reception band, and by compensating for the influence of the vibration, the amount of noise detection is not increased even in measurement on a line using an optical amplifier. A narrow-band optical receiver can be used, and high-sensitivity measurement can be performed with an inexpensive configuration.

したがって、本発明によれば、C−OTDRによる高感度な長距離測定を経済的に実施することができ、海底光増幅中継伝送システム等の光伝送システムの監視品質を大きく向上させることができる光パルス試験装置及び光パルス試験方法を提供することができる。   Therefore, according to the present invention, high-sensitivity long-distance measurement by C-OTDR can be carried out economically, and the monitoring quality of an optical transmission system such as a submarine optical amplification repeater transmission system can be greatly improved. A pulse test apparatus and an optical pulse test method can be provided.

本発明の一実施形態に係る光パルス試験装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an optical pulse test apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1に示す光パルス試験装置の演算処理装置における演算処理内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the arithmetic processing content in the arithmetic processing unit of the optical pulse test apparatus shown in FIG. 図1に示す光パルス試験装置の実験系を表す模式図。The schematic diagram showing the experimental system of the optical pulse test apparatus shown in FIG. 図1に示す光パルス試験装置で図3の実験系を測定した場合の実験結果を示す波形図。The wave form diagram which shows the experimental result at the time of measuring the experimental system of FIG. 3 with the optical pulse test apparatus shown in FIG. 図4に示す実験結果においても各々の補償区間における周波数ドリフト量の分布を示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the distribution of the frequency drift amount in each compensation section even in the experimental results shown in FIG. 4.

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は本発明の実施形態の光パルス試験装置を示すブロック図である。同図に示す光パルス試験装置は、試験光の各周波数成分による被試験光ファイバからの反射光および後方散乱光の反射率分布を求めることができるものであり、かつ光増幅器を光線形中継器として用いた海底光増幅中継システムの測定において、試験光パルスの光サージを抑圧するためのダミー光を構成するため、第2の光源を用いたものである。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiment described below is an example of the configuration of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
FIG. 1 is a block diagram showing an optical pulse test apparatus according to an embodiment of the present invention. The optical pulse test apparatus shown in the figure can determine the reflectance distribution of reflected light and backscattered light from the optical fiber under test for each frequency component of the test light, and the optical amplifier is an optical linear repeater. In the measurement of the submarine optical amplifying and relaying system used for the above, a second light source is used to construct dummy light for suppressing the optical surge of the test light pulse.

コヒーレント光を発する第1の光源11からの出力光は分岐素子12で2系統に分岐される。分岐された光の一方は局発光として用いられ、他方は試験光として光周波数制御器13に入射される。この光周波数制御器13は所定の時間間隔W(秒)毎に試験光の周波数を所定の周波数幅だけ全部でM個の周波数f1,…fi,i+1,…,fMを持つように段階的にシフトされる。Mは多重数となり、i番目の周波数とi+1番目の周波数には入射遅延W(秒)が設けられている。   The output light from the first light source 11 that emits coherent light is branched into two systems by the branch element 12. One of the branched lights is used as local light, and the other is incident on the optical frequency controller 13 as test light. This optical frequency controller 13 is stepwise so that the frequency of the test light has a total of M frequencies f1,..., Fi, i + 1,..., FM for a predetermined frequency width every predetermined time interval W (seconds). Shifted. M is a multiplexing number, and an incident delay W (seconds) is provided for the i-th frequency and the i + 1-th frequency.

ここで、第1の光源11の出力光の線幅は、光周波数制御器13により所定周波数を持続させる時間Wの逆数よりも小さい幅とする必要がある。これは、光パルス試験装置に要求される距離分解能に対応した、光の振幅および周波数の持続した時間幅の逆数よりも小さい線幅を持った光源を用意する必要があることを意味しており、本実施形態では10kHz以下としている。   Here, the line width of the output light of the first light source 11 needs to be smaller than the reciprocal of the time W during which the optical frequency controller 13 maintains the predetermined frequency. This means that it is necessary to prepare a light source with a line width smaller than the reciprocal of the sustained time width of the light amplitude and frequency, corresponding to the distance resolution required for the optical pulse test equipment. In this embodiment, the frequency is 10 kHz or less.

ここで、分岐素子12は具体的には光カプラまたはハーフミラーで構成される。また、光周波数制御器13は、具体的には駆動源となる正弦波発生器14からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能をもつ外部変調器であればよく、LiNbO3を用いた位相変調器や振幅変調器、SSB−SC(搬送波抑圧光単側波帯)変調器がその機能を持つことはよく知られている。 Here, the branch element 12 is specifically composed of an optical coupler or a half mirror. The optical frequency controller 13 may be an external modulator having a function of changing the frequency of the modulation sideband in accordance with the signal frequency from the sine wave generator 14 serving as a drive source. 3 phase modulator and an amplitude modulator using, SSB-SC (carrier suppressed optical single sideband) modulator is well known to have its function.

ここで、光周波数制御器13による周波数シフト間隔は、周波数を持続させる所定時間間隔Wの逆数の自然数倍である必要がある。これは、複数の周波数成分による後方散乱光の信号を周波数成分毎に分離し測定するために必要であり、シフトさせた各周波数成分によるパワースペクトル成分がそれぞれ互いに直交するように設定しなければ、一つの周波数による後方散乱光パワーを測定することができないためである。   Here, the frequency shift interval by the optical frequency controller 13 needs to be a natural number multiple of the reciprocal of the predetermined time interval W for maintaining the frequency. This is necessary for separating and measuring the signal of the backscattered light by a plurality of frequency components for each frequency component, and unless the power spectrum components by the shifted frequency components are set to be orthogonal to each other, This is because the backscattered light power at one frequency cannot be measured.

上記光周波数制御器13で周波数制御を受けた試験光は、光増幅器15で信号光パワーが増幅された後、光パルス化処理器16でパルス発生器19の発生パルスに基づいて光パルス化される。この光パルス化処理器16は、具体的には音響光学素子をパルス駆動した音響光学スイッチであるが、LiNbO3 を用いた電気光学素子をパルス駆動した導波路スイッチや高速な可変光減衰器で構成されてもよい。本実施形態では、光周波数制御器13による周波数シフト間隔を800kHzとしてM=40段シフトさせており、FUT22への入射端において、局発光との周波数差にして8.4〜39.6MHzになるような構成を用いている。 The test light subjected to frequency control by the optical frequency controller 13 is amplified by the optical amplifier 15 and then optically pulsed by the optical pulse processor 16 based on the pulse generated by the pulse generator 19. The The optical pulse processor 16 is specifically an acousto-optic switch in which an acousto-optic element is pulse-driven, but is a waveguide switch in which an electro-optic element using LiNbO 3 is pulse-driven or a high-speed variable optical attenuator. It may be configured. In this embodiment, the frequency shift interval by the optical frequency controller 13 is set to 800 kHz and M = 40 stages are shifted, and the frequency difference from the local light becomes 8.4 to 39.6 MHz at the incident end to the FUT 22. Such a configuration is used.

なお、上記光周波数制御器13と光パルス化処理器16は互いに同期させるようにし、光パルス化させる時間幅を、光周波数制御器13により全て周波数シフトさせた時間幅と等しくなるように、信号タイミング制御器20によりタイミング制御する。
第2の光源17は、第1の光源11とは波長の異なる光源であり、ダミー光として試験光パルスに重畳させて試験光全体の強度変動を抑えることで、その強度を通信用の信号光強度とほぼ同程度に調整し、光サージの影響を抑制するためのものである。
The optical frequency controller 13 and the optical pulse processor 16 are synchronized with each other, and the signal width is made equal to the time width obtained by shifting the frequency by the optical frequency controller 13. Timing control is performed by the timing controller 20.
The second light source 17 is a light source having a wavelength different from that of the first light source 11, and is superposed on the test light pulse as dummy light to suppress the intensity fluctuation of the entire test light, thereby reducing the intensity of the signal light for communication. It is for adjusting the intensity to be almost the same as the intensity and suppressing the influence of the light surge.

上記第2の光源17は、別の光パルス化処理器18にて、パルス発生器19の発生パルスに基づいて試験光パルスとパルス周期が逆となるように駆動されている。このようにして生成された光パルスはダミー光パルスとして光パルス化処理器16に入力され、試験光パルスとて重畳される。このとき、FUT22への入射端において、時間的に試験光パルスとダミー光パルスが重畳された光の強度がほぼ一様になるように出力が調整されている。本実施形態では、一様化された重畳光も強度が0dBm程度になるよう調整している。   The second light source 17 is driven by another optical pulse processor 18 so that the pulse period of the test light pulse is reversed based on the pulse generated by the pulse generator 19. The optical pulse generated in this way is input to the optical pulse processor 16 as a dummy optical pulse and superimposed as a test optical pulse. At this time, at the incident end to the FUT 22, the output is adjusted so that the intensity of the light in which the test light pulse and the dummy light pulse are superimposed over time is substantially uniform. In the present embodiment, the uniformed superimposed light is adjusted so that the intensity is about 0 dBm.

ここで、第2の光源17の出力光の波長は、本測定の受信には必要のない光信号となるため、第1の光源11の波長と後述のバランス型光受信器25の受信帯域以上離しておく必要がある。一方、海底光増幅中継伝送システムにおける光増幅器には増幅利得波長依存性があり、増幅利得波長依存性による第1の光源11からの試験光パルスと第2の光源17からのダミー光パルスの強度差を抑制するため、波長は近い方が望ましい。本実施形態では、第2の光源17と第1の光源11の波長差は、約1nm程度としている。   Here, since the wavelength of the output light of the second light source 17 is an optical signal that is not necessary for reception of the main measurement, the wavelength of the first light source 11 and the reception band of the balanced optical receiver 25 described later or higher. It is necessary to keep them apart. On the other hand, the optical amplifier in the submarine optical amplification repeater transmission system has an amplification gain wavelength dependency, and the intensity of the test light pulse from the first light source 11 and the dummy light pulse from the second light source 17 due to the amplification gain wavelength dependency. In order to suppress the difference, it is desirable that the wavelengths are close. In this embodiment, the wavelength difference between the second light source 17 and the first light source 11 is about 1 nm.

光パルス化処理器16で光パルス化された試験光は、光サーキュレータ21を通過し、FUT22に入射される。FUT22では、試験光パルスによる後方散乱光が生じる。この後方散乱光は戻り光となるが、光サーキュレータ21によって光パルス化処理器16の方向には戻らず、光受信器25側のみに向かう。光サーキュレータ21から出力された後方散乱光は、上記局発光と結合素子24で光結合される。この結合素子24の出力光は、バランス型光受信器25で光受信されて電流信号となる。バランス型光受信器25から出力される電流信号は、帯域ろ過フィルタ26で不要な帯域成分が除去された後、数値化処理器27で信号タイミング制御器20からのタイミング情報に基づいて数値化されてから演算処理装置28に入力される。   The test light that has been optically pulsed by the optical pulse processor 16 passes through the optical circulator 21 and enters the FUT 22. In the FUT 22, backscattered light is generated by the test light pulse. Although this backscattered light becomes return light, it does not return to the direction of the optical pulse processor 16 by the optical circulator 21 but goes only to the optical receiver 25 side. The backscattered light output from the optical circulator 21 is optically coupled with the local light by the coupling element 24. The output light of the coupling element 24 is received by the balanced optical receiver 25 and becomes a current signal. The current signal output from the balanced optical receiver 25 is digitized based on the timing information from the signal timing controller 20 by the digitizing processor 27 after unnecessary band components are removed by the band filtering filter 26. And then input to the arithmetic processing unit 28.

ここで、よく知られたナイキストの定理により、バランス型光受信器25及び数値化処理器27の受信帯域は、前記局発光と試験光パルスの所定周波数シフト総量の2倍以上である必要がある。このため、本実施形態では、バランス型光受信器25及び数値化処理器27の受信帯域は100MHzとしている。前述のとおり、局発光との周波数差にして8.4〜39.6MHz(約40MHz以下)になるような構成としているため、2倍以上ある受信帯域100MHzで十分であることが分かる。   Here, according to the well-known Nyquist theorem, the reception band of the balanced optical receiver 25 and the digitizing processor 27 needs to be at least twice the total predetermined frequency shift amount of the local light and the test light pulse. . For this reason, in this embodiment, the reception band of the balanced optical receiver 25 and the digitizing processor 27 is 100 MHz. As described above, since the frequency difference from the local light is 8.4 to 39.6 MHz (about 40 MHz or less), it can be seen that a reception band of 100 MHz that is twice or more is sufficient.

図2は、本発明に係る演算処理装置28における最終的なOTDR波形を得るまでの演算処理の流れを示している。まず、1回の試験光パルスをFUT22に入射すると(ステップS11)、これによって得られる後方散乱光がバランス型光受信器25及び数値化処理器26を経て離散的な信号として入力される(ステップS12)。なお、この信号には、上記光周波数制御器13にて多重化された周波数成分が含まれる。また、この信号には、試験光パルスに重畳されたダミー光は、バランス型光受信器25及び数値化処理器26の受信帯域の範囲外となり含まれていない。   FIG. 2 shows the flow of arithmetic processing until the final OTDR waveform is obtained in the arithmetic processing unit 28 according to the present invention. First, when one test light pulse is incident on the FUT 22 (step S11), the backscattered light obtained thereby is input as a discrete signal through the balanced optical receiver 25 and the digitizing processor 26 (step S11). S12). This signal includes the frequency component multiplexed by the optical frequency controller 13. Also, the dummy light superimposed on the test light pulse is not included in this signal because it is outside the reception band range of the balanced optical receiver 25 and the digitizing processor 26.

次に、OTDR波形の演算を行うが、まず予備ステップとして、FUT22を任意の区間長に区切り、周波数ドリフトの補償区間Xiを設定しておき(ステップS21)、補償区間Xi分の信号データを抽出する(ステップS22)。本実施形態では、FUT22の全長に対して非常に局所的な振動印加が無い環境を想定して100kmとし、Xi(i=1〜5)の5つの補償区間を設定した。   Next, the OTDR waveform is calculated. First, as a preliminary step, the FUT 22 is divided into arbitrary section lengths, a frequency drift compensation section Xi is set (step S21), and signal data for the compensation section Xi is extracted. (Step S22). In the present embodiment, assuming that there is no very local vibration application with respect to the entire length of the FUT 22, it is set to 100 km, and five compensation sections of Xi (i = 1 to 5) are set.

次に、1番目の補償区間X1=0〜100kmに該当する受信信号(複数の周波数成分が含まれる)を離散フーリエ変換してパワースペクトルを求め、f1のピーク周波数を算出する。この際、試験光パルスは、前述のように各周波数にFUT22への入射遅延W(秒)が加えられているため、1つの補償区間毎に2W(2は往復因子)分位置をずらしながら周波数多重数M回の離散フーリエ変換を実施する。これによって得られたパワースペクトルよりfi,fi+1,…,fM(Mは多重数)に該当するそれぞれのピークfpi,fpi+1,…,fpM(Mは多重数)を算出する。なお、段階的に制御された周波数シフト間隔がΔfとすれば、−Δf/2<f<Δf/2の範囲内より、各々の光周波数においてピークを決定することとなる。上記処理を最後の補償区間まで繰り返し、最終的に1〜5の5つの補償区間毎にそれぞれM個のピーク周波数が得られる(ステップS23)。このピーク周波数には、FUT22に与えられた振動による周波数ドリフトの影響が含まれている。試験光パルスの入射した各々の周波数成分は既知であるので、これと前記ピーク周波数との差分が、振動により発生した周波数ドリフトとなる。   Next, a received spectrum (including a plurality of frequency components) corresponding to the first compensation section X1 = 0 to 100 km is subjected to discrete Fourier transform to obtain a power spectrum, and a peak frequency of f1 is calculated. At this time, since the test light pulse has an incident delay W (seconds) to the FUT 22 added to each frequency as described above, the frequency of the test light pulse is shifted by 2 W (2 is a round-trip factor) for each compensation section. Multiple M times of discrete Fourier transform is performed. .., FM (M is the number of multiplexes), and the peaks fpi, fpi + 1,..., FpM (M is the number of multiplexes) corresponding to fi, fi + 1,. If the frequency shift interval controlled stepwise is Δf, the peak is determined at each optical frequency from the range of −Δf / 2 <f <Δf / 2. The above process is repeated until the last compensation section, and finally M peak frequencies are obtained for each of the five compensation sections 1 to 5 (step S23). This peak frequency includes the effect of frequency drift due to vibration applied to the FUT 22. Since each frequency component on which the test light pulse is incident is known, the difference between this and the peak frequency becomes a frequency drift caused by vibration.

次に、OTDR波形の計算ステップとして、上記と同じ光受信信号について、離散フーリエ変換が行われる。試験光パルスにおいてある一つの周波数を持続させる所定時間間隔がW(秒)の時、本実施形態の試験装置で得られる最小の距離分解能はWによって決定される。1回の離散フーリエ変換を行う隣接点数Pは、数値化処理器27のサンプリングレートがS(サンプル/秒)の時、最小の距離分解能に相当する時間以下となるように設定される必要がある。具体的には、
P≦W・S (1)
で決定される。
Next, as an OTDR waveform calculation step, discrete Fourier transform is performed on the same optical reception signal as described above. When the predetermined time interval for sustaining one frequency in the test light pulse is W (seconds), the minimum distance resolution obtained by the test apparatus of this embodiment is determined by W. The number of adjacent points P for performing one discrete Fourier transform needs to be set to be equal to or less than the time corresponding to the minimum distance resolution when the sampling rate of the numerical processor 27 is S (samples / second). . In particular,
P ≦ W · S (1)
Determined by

上記計算ステップでは、隣接点数P毎に離散フーリエ変換が行われパワースペクトルが得られる(ステップS31)。これに用いる信号は、離散フーリエ変換されるP点の初めの信号を受信した時刻(試験パルス入射時刻からの経過時間)をtとすると、FUT22上の位置は、入射端より
t/2・vg (2)
だけ進んだ位置となる。上記FUT22上の位置が予備ステップで設定したどの補償区間Xiに含まれるかを判別することで、処理したP点データの開始位置に応じた補償区間Xiを特定する(ステップS32)。続いて、予備ステップにおいて、当該区間で算出されたピーク周波数fiを用いて、パワースペクトルの振幅値を抽出する周波数が補正され、抽出されたパワースペクトルの振幅値を基にOTDR波形が算出される(ステップS33)。
In the calculation step, discrete Fourier transform is performed for each number of adjacent points P, and a power spectrum is obtained (step S31). As for the signal used for this, when the time (the elapsed time from the test pulse incident time) when the first signal of the point P subjected to discrete Fourier transform is received is t, the position on the FUT 22 is from the incident end.
t / 2 · vg (2)
Only advanced position. By determining which compensation section Xi set in the preliminary step the position on the FUT 22 is included in, the compensation section Xi corresponding to the start position of the processed P point data is specified (step S32). Subsequently, in the preliminary step, the frequency for extracting the amplitude value of the power spectrum is corrected using the peak frequency fi calculated in the section, and the OTDR waveform is calculated based on the extracted amplitude value of the power spectrum. (Step S33).

本実施形態では、複数の周波数成分から成る試験光パルスを用いているため、所定時間間隔Wだけ入射時間がずれていることを補正すると、複数分のOTDR波形が同時に得られることとなる。そこで、抽出したパワースペクトルの振幅よりM個のOTDR波形を加算平均処理する(ステップS34)。この処理手順を勘案すると、単一の周波数成分から成る試験光パルスを用いた場合と比較して、等価的に多くの加算平均化処理と同様に信号対雑音比を向上させることができる。   In the present embodiment, since test light pulses composed of a plurality of frequency components are used, if correction of the deviation of the incident time by a predetermined time interval W, a plurality of OTDR waveforms can be obtained simultaneously. Therefore, the M OTDR waveforms are added and averaged from the extracted power spectrum amplitude (step S34). Taking this processing procedure into consideration, the signal-to-noise ratio can be improved equivalently to many addition averaging processes as compared to the case of using a test light pulse composed of a single frequency component.

次に、2回目の試験光パルスを入射して同様に得られたOTDR波形を上記1回目で得られたOTDR波形に加算する。上記処理を、試験光パルスの繰り返し数回分実施することで最終的なOTDR波形を得る(ステップS35)。
なお、補償区間Xiの長さについては、数値化処理器27のサンプリングレートSに依存する。しかしながら、短いものであるとサンプリング数が少ない信号を離散フーリエ変換することになり、パワースペクトルの振幅としては小さくなるため、雑音レベルに近くなり、結果としてピーク周波数を検出できないおそれがある。このため、補償区間Xiは、対象とする振動がどれだけ局所的であるかに依存するが、FUT22の全長に対してそれほど局所的でない、例えば本実施形態のように100km程度の環境下であれば、信号データ数が多く、十分な信号対雑音比が得られるため好ましい。
Next, the OTDR waveform obtained in the same manner by entering the second test light pulse is added to the OTDR waveform obtained in the first time. A final OTDR waveform is obtained by performing the above process for several test light pulse repetitions (step S35).
Note that the length of the compensation section Xi depends on the sampling rate S of the digitizer 27. However, if the signal is short, a signal having a small number of samplings is subjected to discrete Fourier transform, and the amplitude of the power spectrum becomes small, so that it becomes close to the noise level, and as a result, the peak frequency may not be detected. For this reason, the compensation section Xi depends on how local the target vibration is, but is not so local to the entire length of the FUT 22, for example, in an environment of about 100 km as in this embodiment. For example, the number of signal data is large, and a sufficient signal-to-noise ratio can be obtained.

したがって、本実施形態の光パルス試験装置では、試験光パルスの繰り返し毎に振動による周波数ドリフトを補正する。これにより、試験光パルスがFUT22を往復する伝搬時間、例えば1000kmのFUTで約0.5msec程度、周波数にして約2kHz程度、に相当する早い周波数ドリフト現象が発生しても補正を実施していることになる。自然界における音響波は概ね数Hz〜数十Hz程度であることから十分なリアルタイム性があると考えられる。   Therefore, in the optical pulse test apparatus of this embodiment, the frequency drift due to vibration is corrected every time the test optical pulse is repeated. As a result, even if a fast frequency drift phenomenon corresponding to a propagation time for the test light pulse to reciprocate through the FUT 22, for example, about 0.5 msec with a 1000 km FUT and about 2 kHz in frequency occurs, correction is performed. It will be. Since the acoustic wave in nature is approximately several Hz to several tens Hz, it is considered that there is sufficient real-time property.

なお、本発明は、必ずしも複数の周波数成分を試験光パルスに用いる必要は無く、単に単一の周波数から成る試験光パルスを用いてもよい。この場合には、本実施形態に係る一つの周波数を持続させる所定時間間隔Wが、単一周波数の試験光パルスのパルス幅に相当することになる。   In the present invention, it is not always necessary to use a plurality of frequency components for the test light pulse, and a test light pulse having a single frequency may be used. In this case, the predetermined time interval W for sustaining one frequency according to the present embodiment corresponds to the pulse width of a single frequency test light pulse.

図3は、本実施形態に係る試験装置の実験系を表した模式図である。約100km間隔に光増幅中継器を配置した合計5スパン、総距離450kmのFUT22を構成し、図3に示すように第1スパンおよび第3スパンを防音箱に入れ、防音箱内に設置したスピーカーから音を発生させることによってFUT22に振動を加えた。   FIG. 3 is a schematic diagram showing an experimental system of the test apparatus according to the present embodiment. A FUT 22 with a total of 5 spans and a total distance of 450 km with optical amplification repeaters arranged at intervals of about 100 km is configured, and the first span and the third span are placed in a soundproof box as shown in FIG. 3, and the speakers installed in the soundproof box A vibration was applied to the FUT 22 by generating a sound.

図4は、本実施形態に係る光パルス試験装置で図3の実験系を測定した場合の実験結果を示している。図中の破線は、本実施形態の演算処理装置28において予備ステップ、すなわち周波数ドリフトの補正が無く、単に入射した試験光の周波数においてOTDR波形を演算した場合を示しており、実線は、演算処理装置28において予備ステップを用い、周波数ドリフトの補正を実施した場合、およびスピーカーをOFFにして振動が無い場合を重ねて示している。波形下の数字1〜5は、予備ステップにおける任意区間を示しており、この場合は100km毎に補償区間を設定した。また、図4のOTDR波形はFUTが無い区間、すなわち入射端より450km以上のノイズレベルで正規化したものである。   FIG. 4 shows an experimental result when the experimental system of FIG. 3 is measured by the optical pulse test apparatus according to the present embodiment. The broken line in the figure indicates a case where the arithmetic processing unit 28 of the present embodiment has no preliminary step, that is, no frequency drift correction, and the OTDR waveform is simply calculated at the frequency of the incident test light, and the solid line is the arithmetic processing. In the apparatus 28, the preliminary step is used to correct the frequency drift, and the case where the speaker is turned off and there is no vibration is shown. Numbers 1 to 5 below the waveform indicate arbitrary sections in the preliminary step. In this case, a compensation section is set every 100 km. Also, the OTDR waveform in FIG. 4 is normalized with a noise level of 450 km or more from the section where there is no FUT, that is, the incident end.

図5は、各々の補償区間1〜5における周波数ドリフト量の分布を示したヒストグラムであり、周波数シフトが0の場合は、周波数ドリフトが無く、入射試験光と同一の周波数で後方散乱光が得られたことを意味する。図5より、各々の補償区間において、平均で64kHz〜109kHzと異なる影響を受けていることが分かる。
図4より、各々の補償区間1〜5において、それぞれ1.4dB、1.5dB、2.4dB、3.0dB,2.6dB高い平均パワーが得られ、振動環境下においても本実施形態の演算処理を用いることでより高感度に測定が実施されていることが分かる。なお、スピーカーをOFFにして振動が無い状態においても、図4中の実線と同じ結果になることから、本実施形態における補償が有効に機能していることが分かる。
FIG. 5 is a histogram showing the distribution of the frequency drift amount in each compensation section 1 to 5. When the frequency shift is 0, there is no frequency drift, and backscattered light is obtained at the same frequency as the incident test light. Means that From FIG. 5, it can be seen that each compensation section is influenced by an average different from 64 kHz to 109 kHz.
From FIG. 4, average powers of 1.4 dB, 1.5 dB, 2.4 dB, 3.0 dB, and 2.6 dB higher are obtained in the respective compensation sections 1 to 5, and the calculation of this embodiment is performed even in a vibration environment. It can be seen that the measurement is performed with higher sensitivity by using the processing. Even when the speaker is turned off and there is no vibration, the same result as the solid line in FIG. 4 is obtained, which indicates that the compensation in this embodiment functions effectively.

ところで、図5に示した周波数ドリフトは、波の発生源である光源から見て観測地点が一定の速度で移動している場合には、波の周波数が異なって観測されるドップラー効果と呼ばれる現象によるものである。FUT22に振動が加えられると、振動の速度に応じて光ファイバはわずかに伸縮するため、同じ地点から発生する後方散乱光の周波数が変化することになる。これが前述の周波数ドリフトを発生させる要因となる。   By the way, the frequency drift shown in FIG. 5 is a phenomenon called the Doppler effect that is observed when the observation point is moving at a constant speed as viewed from the light source that is a wave generation source. Is due to. When vibration is applied to the FUT 22, the optical fiber slightly expands and contracts in accordance with the vibration speed, so that the frequency of backscattered light generated from the same point changes. This is a factor causing the above-described frequency drift.

図4より、すなわち、後方散乱光の周波数が入射試験パルスと同一である、または前記光周波数制御器13で制御された複数の周波数が既知であるとして、受信された信号のパワースペクトルの振幅値をOTDR波形の算出に単に用いるだけでは、受信信号パワーの観点から最適であるとは言えず、測定における信号対雑音比を低下させる要因となる。これに対して、本実施形態に係る光パルス試験装置では、FUT22の任意の区間毎にその周波数ドリフトを補正することができるため、より高感度な測定が実施可能となる。   From FIG. 4, that is, assuming that the frequency of the backscattered light is the same as that of the incident test pulse, or a plurality of frequencies controlled by the optical frequency controller 13 are known, the amplitude value of the power spectrum of the received signal. Is simply not optimal from the viewpoint of received signal power, and causes a reduction in the signal-to-noise ratio in the measurement. On the other hand, in the optical pulse test apparatus according to the present embodiment, the frequency drift can be corrected for each arbitrary section of the FUT 22, so that more sensitive measurement can be performed.

さらに、本実施形態によれば、バランス型光受信器25に周波数ドリフトを考慮した広帯域のものを用いる必要が無く、安価で受信感度の良い狭帯域なバランス型光受信器を用いることができる。特に、光増幅器15を用いて自然放出光による雑音が検出されるような場合においても、光受信器25に入る雑音を最低限にすることができ、高感度な測定が実施可能である。   Furthermore, according to the present embodiment, it is not necessary to use a broadband optical receiver that takes frequency drift into consideration for the balanced optical receiver 25, and a low-band balanced optical receiver with good reception sensitivity can be used. In particular, even when noise due to spontaneous emission light is detected using the optical amplifier 15, noise entering the optical receiver 25 can be minimized, and highly sensitive measurement can be performed.

尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some configurations may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, you may combine the component covering different embodiment suitably.

11…第1光源、12…分岐素子、13…光周波数制御装置、14…正弦波発生部、15…光増幅器、16…光パルス化処理部、17…第2の光源、18…光パルス化処理部、19…パルス発生器、20…信号タイミング制御器、21…光サーキュレータ、22…FUT、24…結合素子、25…バランス型受信装置、26…帯域ろ過フィルタ、27…数値化処理器、28…演算処理装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st light source, 12 ... Branch element, 13 ... Optical frequency control apparatus, 14 ... Sine wave generation part, 15 ... Optical amplifier, 16 ... Optical pulsing processing part, 17 ... 2nd light source, 18 ... Optical pulsing Processing unit, 19: Pulse generator, 20 ... Signal timing controller, 21 ... Optical circulator, 22 ... FUT, 24 ... Coupling element, 25 ... Balance type receiving device, 26 ... Band-pass filter, 27 ... Numerical processing processor, 28: Arithmetic processing device.

Claims (8)

コヒーレントな第1の信号光を発する第1の光源と、
前記第1の光源の出力光を分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、
前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる光周波数制御手段と、
前記光周波数制御手段の出力を光パルス化して試験光パルスを生成する第1の光パルス化手段と、
前記第1の光源の出力光とは異なる波長の第2の信号光を発生する第2の光源と、
前記第2の光源からの出力光を前記試験光パルスとは周期が逆となるようにパルス化してダミー光パルスを生成する第2の光パルス化手段と、
前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成する光重畳手段と、
前記光パルス信号を被試験光線路に入射し、前記被試験光線路の各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取得する後方散乱光取得手段と、
前記後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、
前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、
前記試験光の被試験光線路からの反射光及び後方散乱光の反射率分布を求める演算処理手段と
を具備し、
前記演算処理手段は、
前記被試験光線路を任意の区間長に区切って周波数ドリフトの補償区間を設定し、前記補償区間それぞれの信号データを抽出して、補償区間毎にそれぞれのピーク周波数を取得する予備処理手段と、
前記光パルスのサンプル点毎にパワースペクトルを得て、前記被試験光線路上の位置が前記予備処理手段で設定した補償区間のうちのどの区間に含まれるかを判別して、前記サンプル点毎の開始処理データの開始位置に応じた補償区間を特定し、前記予備処理手段において、当該区間で算出されたピーク周波数を用いて、前記パワースペクトルの振幅値を抽出し、抽出されたパワースペクトルの振幅値を基に光パルス試験波形を算出する算出処理手段とを備える光パルス試験装置。
A first light source that emits a coherent first signal light;
Branching means for branching the output light of the first light source to generate local light and test light;
Optical frequency control means for changing the frequency of the test light at predetermined frequency intervals at predetermined time intervals;
First optical pulsing means for generating a test optical pulse by optically pulsing the output of the optical frequency control means;
A second light source for generating a second signal light having a wavelength different from that of the output light of the first light source;
A second optical pulse generating means for generating a dummy optical pulse by pulsing the output light from the second light source so that the cycle of the test optical pulse is opposite;
Light superimposing means for superimposing the dummy light pulse on the test light pulse to generate an optical pulse signal;
Backscattered light acquisition means for entering the optical pulse signal into the optical line under test and acquiring backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical line under test;
An optical coupling means for optically coupling the backscattered light and the local light;
Optical receiving means for optically receiving the optically coupled optical signal to obtain a current signal;
Frequency separation means for separating the current signal into a plurality of frequency components;
Computation processing means for obtaining a reflectance distribution of reflected light and backscattered light from the optical line under test of the test light, and
The arithmetic processing means includes:
Preliminary processing means for setting a frequency drift compensation section by dividing the optical line under test into an arbitrary section length, extracting signal data for each of the compensation sections, and acquiring each peak frequency for each compensation section;
Obtaining a power spectrum for each sample point of the optical pulse, determining which section of the compensation section set by the preliminary processing means the position on the optical line under test is included, and for each sample point The compensation section corresponding to the start position of the start processing data is specified, and the preliminary processing means extracts the amplitude value of the power spectrum using the peak frequency calculated in the section, and the amplitude of the extracted power spectrum An optical pulse test apparatus comprising: calculation processing means for calculating an optical pulse test waveform based on the value.
さらに、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させる光周波数制御手段を有し、
前記複数の周波数成分を有する被試験光線路からの後方散乱光を演算処理手段により周波数分離する手段を有する請求項1記載の光パルス試験装置。
Furthermore, it has optical frequency control means for changing the frequency of the test light by a predetermined interval every predetermined time interval,
2. The optical pulse test apparatus according to claim 1, further comprising means for frequency-separating backscattered light from the optical line under test having the plurality of frequency components by means of arithmetic processing means.
前記光パルスのパルス幅または前記光周波数制御手段で試験光に与えられた所定の時間間隔によって決まる距離分解能よりも、前記予備処理手段における任意区間が長い請求項1または2記載の光パルス試験装置。   3. The optical pulse test apparatus according to claim 1, wherein an arbitrary section in the preliminary processing unit is longer than a distance resolution determined by a pulse width of the optical pulse or a predetermined time interval given to the test light by the optical frequency control unit. . 前記演算処理手段は、前記試験光パルスの複数の周波数成分の入射時間のずれを補正して複数分の光パルス試験波形を取得し、前記抽出したパワースペクトルの振幅より前記複数分の光パルス試験波形を加算平均処理する請求項1記載の光パルス試験装置。   The arithmetic processing unit corrects an incident time shift of a plurality of frequency components of the test light pulse to obtain a plurality of light pulse test waveforms, and the plurality of light pulse tests based on the extracted power spectrum amplitude. 2. The optical pulse testing apparatus according to claim 1, wherein the waveform is subjected to an averaging process. コヒーレントな第1の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成し、
前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させ、
前記光周波数制御された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成し、
前記第1の信号光とは異なる波長の第2の信号光を発生する第2の光源と、
前記第2の光源からの出力光を前記試験光パルスとは周期が逆となるようにパルス化してダミー光パルスを生成し、
前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成し、
前記光パルス信号を被試験光線路に入射し、前記被試験光線路の各地点で反射または散乱により発生した後方散乱光を取得し、
前記後方散乱光と前記局発光を光結合し、
前記光結合された光信号を光受信して電流信号を取得し、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、
前記試験光の被試験光線路からの反射光及び後方散乱光の反射率分布を求める光パルス試験方法であって、
予備処理として、前記被試験光線路を任意の区間長に区切って周波数ドリフトの補償区間を設定し、前記補償区間それぞれの信号データを抽出して、補償区間毎にそれぞれのピーク周波数を取得し、
算出処理として、前記光パルスのサンプル点毎にパワースペクトルを得て、前記被試験光線路上の位置が前記予備処理手段で設定した補償区間のうちのどの区間に含まれるかを判別して、前記サンプル点毎の開始処理データの開始位置に応じた補償区間を特定し、前記予備処理手段において、当該区間で算出されたピーク周波数を用いて、前記パワースペクトルの振幅値を抽出し、抽出されたパワースペクトルの振幅値を基に光パルス試験波形を算出する光パルス試験方法。
Branching the first coherent signal light to generate local light and test light,
The frequency of the test light is changed at predetermined frequency intervals at predetermined time intervals,
The optical frequency controlled test light is optically pulsed to generate a test optical pulse,
A second light source that generates a second signal light having a wavelength different from that of the first signal light;
The dummy light pulse is generated by pulsing the output light from the second light source so that the period of the test light pulse is reversed,
Superimposing the dummy light pulse on the test light pulse to generate an optical pulse signal;
The light pulse signal is incident on the optical line under test, and backscattered light generated by reflection or scattering at each point of the optical line under test is acquired.
Optically combining the backscattered light and the local light;
Optically receiving the optically coupled optical signal to obtain a current signal;
Separating the current signal into a plurality of frequency components;
An optical pulse test method for obtaining a reflectance distribution of reflected light and backscattered light from the optical line under test of the test light,
As preliminary processing, set up a compensation section for frequency drift by dividing the optical line under test into an arbitrary section length, extract signal data for each of the compensation sections, and acquire each peak frequency for each compensation section,
As a calculation process, obtain a power spectrum for each sample point of the optical pulse, determine which section of the compensation section set by the preliminary processing means the position on the optical line under test is included, The compensation section corresponding to the start position of the start processing data for each sample point is specified, and the preliminary processing means extracts the amplitude value of the power spectrum using the peak frequency calculated in the section, and is extracted An optical pulse test method for calculating an optical pulse test waveform based on an amplitude value of a power spectrum.
さらに、前記試験光の周波数を所定の時間間隔毎に所定間隔だけ変化させ、
前記複数の周波数成分を有する被試験光線路からの後方散乱光を演算処理により周波数分離する請求項5記載の光パルス試験方法。
Furthermore, the frequency of the test light is changed by a predetermined interval for every predetermined time interval,
6. The optical pulse test method according to claim 5, wherein the frequency of the backscattered light from the optical line under test having the plurality of frequency components is separated by arithmetic processing.
前記光パルスのパルス幅または前記光周波数制御手段で試験光に与えられた所定の時間間隔によって決まる距離分解能よりも、前記予備処理手段における任意区間が長い請求項5または6記載の光パルス試験方法。   7. The optical pulse test method according to claim 5, wherein an arbitrary interval in the preliminary processing unit is longer than a distance resolution determined by a pulse width of the optical pulse or a predetermined time interval given to the test light by the optical frequency control unit. . 前記試験光パルスの複数の周波数成分の入射時間のずれを補正して複数分の光パルス試験波形を取得し、前記抽出したパワースペクトルの振幅より前記複数分の光パルス試験波形を加算平均処理する請求項5記載の光パルス試験方法。   A plurality of optical pulse test waveforms are acquired by correcting a shift in incident time of a plurality of frequency components of the test optical pulse, and the optical pulse test waveforms for the plurality of optical pulses are added and averaged from the amplitude of the extracted power spectrum. The optical pulse test method according to claim 5.
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