JP6280445B2 - Coherent optical frequency domain reflectometry measurement system - Google Patents

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本発明は、コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置に関し、より具体的には、光部品や光伝送路からの反射光あるいは後方散乱光を高空間分解能で測定することが可能な光周波数領域反射測定装置に関する。   The present invention relates to a coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus, and more specifically, an optical frequency domain reflection measurement capable of measuring reflected light or backscattered light from an optical component or an optical transmission line with high spatial resolution. Relates to the device.

従来、光部品や光伝送路からの反射光および後方散乱光を高空間分解能で測定することが可能な手法として、コヒーレント光を用いた光周波数領域反射(C−OFDR:Coherent Optical Frequency Domain Reflectometry)測定法がある(例えば、非特許文献1参照)。このC−OFDR測定法は、測定対象に周波数掃引されたコヒーレント光を入射し、測定対象からの反射光および後方散乱光と、予め分岐された参照光をコヒーレント検波し、これによって得られた測定ビート信号を周波数解析することで、測定対象内の任意の位置での反射光および後方散乱光強度を得て、測定対象の損失分布や故障点の特定を可能にする技術である。   Conventionally, optical frequency domain reflection (C-OFDR: Coherent Optical Frequency Domain Reflectometry) using coherent light as a method capable of measuring reflected light and backscattered light from optical components and optical transmission lines with high spatial resolution. There is a measurement method (for example, see Non-Patent Document 1). In this C-OFDR measurement method, coherent light that has been swept in frequency is incident on a measurement object, and reflected light and backscattered light from the measurement object and pre-branched reference light are coherently detected, and measurement obtained thereby This is a technique that enables the identification of the loss distribution and the failure point of the measurement object by obtaining the reflected light and the backscattered light intensity at an arbitrary position in the measurement object by performing frequency analysis of the beat signal.

図1に光周波数領域反射測定装置(C−OFDR)の測定原理を示す。図1に示すC−OFDR100において、レーザー光源12からの出力光周波数は時間に対して直線的に掃引される。周波数掃引された光波Aは、光カプラ等の分岐部14で参照光Cと試験光B(信号光ともいう)とに分岐される。試験光Bは、サーキュレータ16を介して被測定対象ファイバ(FUT: Fiber under test)50に入射される。FUT内部で後方散乱された試験光Dは、再び光周波数領域反射測定装置100へ入射され、サーキュレータ16を介して光カプラ等の合分岐部18まで導波して参照光Cと合波され、光受光部20および解析装置22においてヘテロダイン検波される。ここで参照光Cと試験光Dとから生じるビート信号の周波数は、参照光に対する信号光の遅延時間で決まる。この2光波間での遅延時間は試験光のFUT内部での散乱光発生距離に比例するため、このビート信号を周波数解析(フーリエ変換)することでFUTにおける反射光強度の軸方向分布(FUTの長手方向の分布)が測定可能となる。   FIG. 1 shows the measurement principle of an optical frequency domain reflection measurement apparatus (C-OFDR). In the C-OFDR 100 shown in FIG. 1, the output optical frequency from the laser light source 12 is swept linearly with respect to time. The frequency-swept light wave A is branched into reference light C and test light B (also referred to as signal light) by a branching unit 14 such as an optical coupler. The test light B is incident on a fiber under test (FUT) 50 through the circulator 16. The test light D backscattered inside the FUT is incident on the optical frequency domain reflection measurement apparatus 100 again, guided to the coupling / branching unit 18 such as an optical coupler via the circulator 16, and multiplexed with the reference light C. Heterodyne detection is performed in the light receiving unit 20 and the analyzer 22. Here, the frequency of the beat signal generated from the reference light C and the test light D is determined by the delay time of the signal light with respect to the reference light. Since the delay time between these two light waves is proportional to the scattered light generation distance inside the FUT of the test light, frequency analysis (Fourier transform) of this beat signal causes the axial distribution of the reflected light intensity in the FUT (FUT Longitudinal distribution) can be measured.

FUT内でのある地点zにおける反射光に着目すると、その地点からの反射光によって生じるビート周波数fとzとの関係は、光周波数掃引速度γ、光ファイバの屈折率nおよび光速cを用いて以下の式(1)のように表される。 Focusing on the reflected light at a certain point z in the FUT, the relationship between the beat frequency f b and z generated by the reflected light from that point uses the optical frequency sweep speed γ, the refractive index n of the optical fiber, and the speed of light c. Is expressed as the following equation (1).

Figure 0006280445
Figure 0006280445

ただし、周波数掃引速度γは周波数掃引幅ΔFおよび周波数掃引時間Tを用いてγ=ΔF/Tである。空間分解能Δzは周波数分解能ΔBを用いて以下の式(2)のように表される。 However, the frequency sweep speed γ is γ = ΔF / T using the frequency sweep width ΔF and the frequency sweep time T. The spatial resolution Δz is expressed as the following equation (2) using the frequency resolution ΔB.

Figure 0006280445
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周波数分解能ΔBは掃引時間の逆数程度に制限されるため、式(2)は以下の式(3)のようになる。 Since the frequency resolution ΔB is limited to about the reciprocal of the sweep time, the expression (2) becomes the following expression (3).

Figure 0006280445
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このように、C−OFDRでは周波数掃引速度γが一定でない場合(周波数掃引が非線形の場合)、ビート周波数の広がりにより、空間分解能の劣化が生じてしまう。さらに、高空間分解能測定には周波数掃引幅ΔFを広くする必要がある。また、光波のコヒーレンシを利用したビート周波数の測定であるため、長距離測定の実現には、参照光と反射光の光路長差に対し光源コヒーレンス長L(光の干渉性の度合いを表す値)が十分長くなくてはならない。このようにC−OFDRによる長距離高空間分解能測定には、コヒーレンス長が長く、時間に対して線形かつ広範囲に周波数掃引可能な光源を用いることが必要である。 Thus, in the C-OFDR, when the frequency sweep speed γ is not constant (when the frequency sweep is nonlinear), the spatial resolution is degraded due to the spread of the beat frequency. Furthermore, it is necessary to widen the frequency sweep width ΔF for high spatial resolution measurement. Since the beat frequency is measured using the coherency of the light wave, the long-distance measurement is realized by using the light source coherence length L c (a value indicating the degree of coherence of light) with respect to the optical path length difference between the reference light and the reflected light. ) Must be long enough. Thus, for long-range high spatial resolution measurement by C-OFDR, it is necessary to use a light source that has a long coherence length and is linear with respect to time and capable of frequency sweeping over a wide range.

C−OFDRに用いられる周波数掃引光源の実現方法としては、波長可変光源方式および外部変調方式がある。波長可変光源は広範囲な波長可変幅を有するため、高空間分解能測定が可能であるが、光源コヒーレンス長が短く、長距離測定には適さない。一方で高コヒーレント光源と外部変調器を用いた光周波数掃引光源系は、光源が有する高い可干渉性を損なうことなく光周波数掃引を実現できる。   As a method for realizing a frequency swept light source used for C-OFDR, there are a wavelength variable light source method and an external modulation method. Since the wavelength tunable light source has a wide wavelength tunable width, high spatial resolution measurement is possible, but the light source coherence length is short and is not suitable for long distance measurement. On the other hand, an optical frequency sweep light source system using a high coherent light source and an external modulator can realize optical frequency sweep without impairing the high coherence of the light source.

外部変調器を用いた構成では、変調器に正弦波変調を加えることで光源のキャリア周波数に対して変調側波帯を生じさせ、この変調周波数を時間に対して線形に掃引することで変調側波帯を掃引する。このとき、複数の変調側波帯を発生させてしまうと各変調側波帯によって生じるビート信号スペクトルが周波数軸上で重なってしまうために、正しい後方散乱光分布が得られなくなってしまう。そこで、外部変調器としては搬送波抑圧両側波帯(DSB−SC:double sideband carrier with suppressed carrier)変調器(例えば、非特許文献2参照)や搬送波抑圧片側波帯(SSB−SC:single sideband carrier with suppressed carrier)変調器(例えば、非特許文献3参照)を用いて±1次の変調側波帯のみを利用して測定系を構成する方法がとられてきた。   In a configuration using an external modulator, a modulation sideband is generated with respect to the carrier frequency of the light source by applying sinusoidal modulation to the modulator, and the modulation side is swept linearly with respect to time. Sweep the waveband. At this time, if a plurality of modulation sidebands are generated, the beat signal spectrum generated by each modulation sideband overlaps on the frequency axis, so that a correct backscattered light distribution cannot be obtained. Therefore, as an external modulator, a carrier-suppressed double sideband (DSB-SC) modulator (see, for example, Non-Patent Document 2) or a carrier-suppressed single sideband (SSB-SC) is used. A method has been adopted in which a measurement system is configured using only a ± 1st order modulation sideband using a suppressed carrier modulator (see, for example, Non-Patent Document 3).

W. Eickhoff et al., “Optical frequency domain reflectometry in single-mode fiber,” Appl. Phys. Lett., American Institute of Physics, vol.39, no.9, pp.693-695, 1981W. Eickhoff et al., “Optical frequency domain reflectometry in single-mode fiber,” Appl. Phys. Lett., American Institute of Physics, vol.39, no.9, pp.693-695, 1981 辻 幸嗣 外3名, 「2電極駆動型Mach-Zender変調器を用いたコヒーレントOFDR」, 1997年通信ソサイエティ大会, 電子情報通信学会, pp.546-547, 1997Yukihiro Tsuji 3 others, “Coherent OFDR using a two-electrode driven Mach-Zender modulator”, 1997 Communications Society Conference, IEICE, pp.546-547, 1997 Y. Koshikiya et al., “Long range and cm-level spatial resolution measurement using coherent optical frequency domain reflectometry with SSB-SC modulator and narrow linewidth fiber laser,” Journal of Lightwave Technology, IEEE, vol.26, issue 18, pp.3287-3294, Sep. 2008Y. Koshikiya et al., “Long range and cm-level spatial resolution measurement using coherent optical frequency domain reflectometry with SSB-SC modulator and narrow linewidth fiber laser,” Journal of Lightwave Technology, IEEE, vol.26, issue 18, pp .3287-3294, Sep. 2008

従来、外部変調器を用いて、±1次の変調側波帯のみを用いて周波数掃引をする場合、不要な高次の側波帯の発生を防ぐために、変調器に加える電圧は動作点を中心に線形な応答を示す領域のみで用いる。このため、変調の電力効率自体は悪く、変調器を通過することで光の強度は大きな損失を受ける。例えば、SSB−SC変調器をC−OFDRの外部変調器として用いる場合、通常20dB以上の損失が発生する。   Conventionally, when frequency sweeping is performed using only the ± 1st order modulation sideband using an external modulator, the voltage applied to the modulator must be set to the operating point in order to prevent generation of unnecessary high order sidebands. Only used in regions that show a linear response at the center. For this reason, the power efficiency of the modulation itself is poor, and the intensity of light undergoes a large loss by passing through the modulator. For example, when an SSB-SC modulator is used as a C-OFDR external modulator, a loss of 20 dB or more is usually generated.

OFDRの測定を行う場合、被測定ファイバからの微弱な反射光が雑音に埋もれてしまうことを防ぐためにある程度の入射パワーを確保することが必要である。このため、外部変調器の後段にEDFAを設置し、変調器による光パワーの損失を補償することが必要になっている。   When performing OFDR measurement, it is necessary to secure a certain amount of incident power in order to prevent the weak reflected light from the measured fiber from being buried in noise. For this reason, it is necessary to install an EDFA after the external modulator to compensate for the optical power loss caused by the modulator.

しかしながら、EDFAのような位相不感応型光増幅器(PIA:Phase−Insensitive Amplifier)では、理想的な動作状態でも光の増幅前後で雑音指数が3dB以上となり、新たな雑音が付加されてしまうという問題がある。この新たに付加される雑音は、量子的に共役関係にある電磁界の2つの直交位相振幅を同時に増幅する場合に、増幅前後の両者の交換関係を保存するために必要であり、原理的に不可避な雑音であることが知られている。これにより、EDFA通過後の光は強度雑音・位相雑音ともに増加してしまう。光の可干渉性を利用するC−OFDRにおいて、位相雑音は測定の性能を制限する大きな要因となってしまう。位相雑音が増加することで、参照光と反射光のビート周波数に揺らぎが生じてしまい、ビートスペクトルが広がってしまう。このため、測定の空間分解能が劣化してしまう。また、強度雑音の増加により測定可能な最大ロスが低下してしまうため、ダイナミックレンジも劣化してしまう。   However, in a phase insensitive amplifier (PIA) such as EDFA, the noise figure becomes 3 dB or more before and after light amplification even in an ideal operation state, and new noise is added. There is. This newly added noise is necessary to preserve the exchange relationship between the two before and after amplification when simultaneously amplifying two quadrature phase amplitudes of electromagnetic fields that are quantum conjugate. It is known to be inevitable noise. As a result, both the intensity noise and the phase noise increase after passing through the EDFA. In C-OFDR using the coherence of light, phase noise becomes a major factor limiting the performance of measurement. As the phase noise increases, fluctuations occur in the beat frequencies of the reference light and the reflected light, and the beat spectrum spreads. For this reason, the spatial resolution of the measurement is deteriorated. In addition, since the maximum loss that can be measured decreases due to an increase in intensity noise, the dynamic range also deteriorates.

一方で、位相感応型光増幅器(PSA:Phase Sensitive Amplifier)は上記したPIAのような増幅前後での新たな雑音の増加を回避できる光増幅器として知られている。PSAは2つの直交位相振幅の一方に利得を、もう一方に減衰を与えるという特性を持っている。図2は、PIAとPSAの増幅のコンスタレーションマップ上でのイメージを示す図である。これらの特徴から、PSAは原理的に過剰雑音の発生なしに光強度を増幅でき、また位相雑音を低減する効果を備えている。   On the other hand, a phase sensitive optical amplifier (PSA) is known as an optical amplifier capable of avoiding a new increase in noise before and after amplification like the above-described PIA. PSA has a characteristic of giving a gain to one of two quadrature amplitudes and an attenuation to the other. FIG. 2 is a diagram showing an image on the constellation map of PIA and PSA amplification. From these characteristics, PSA can amplify light intensity without generating excessive noise in principle, and has an effect of reducing phase noise.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、位相感応型光増幅器(PSA)を、外部変調器を用いたC−OFDRの損失補償用の光増幅器として適用することで、従来のEDFAを利用した場合と比較して、測定対象の反射率分布の高い空間分解能を実現でき、また高いダイナミックレンジを得ることができるC−OFDRの構成法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to use a phase-sensitive optical amplifier (PSA) as an optical amplifier for C-OFDR loss compensation using an external modulator. To provide a C-OFDR configuration method that can realize a high spatial resolution of the reflectance distribution of a measurement target and obtain a high dynamic range as compared to the case of using a conventional EDFA. It is in.

このような目的を達成するために、本発明の第1の態様は、被測定対象における光の伝播方向の反射率の分布を測定するコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置である。コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置は、コヒーレント光を出射する光源からの光を第1の光と第2の光に分岐する分岐手段と、第1の光を時間に対して線形に光周波数を掃引して、第3の光を出力する変調手段と、第2の光を励起光として用いて第3の光を増幅する位相感応増幅器と、増幅した第3の光を第4の光と第5の光に分岐する第2の分岐手段と、第4の光を測定光として被測定対象へ入射して被測定対象で反射された第4の光の反射光と、第5の光である参照光とを合波する合波手段であり、反射光と参照光との干渉波を生成する、合波手段と、干渉波を光検出して干渉信号を得る手段と、干渉信号を周波数解析する解析手段とを備える。コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置は、位相感応増幅器はパラメトリック増幅の効果を利用する位相感応光増幅器であることを特徴とする。   In order to achieve such an object, a first aspect of the present invention is a coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus that measures a reflectance distribution in the propagation direction of light in a measurement target. The coherent optical frequency domain reflectometry measuring device includes a branching unit that splits light from a light source that emits coherent light into first light and second light, and the optical frequency of the first light linearly with respect to time. A modulation means for sweeping and outputting the third light, a phase sensitive amplifier for amplifying the third light using the second light as excitation light, and the amplified third light as the fourth light and the second light 5th light, the 2nd branch means which branches to 5 light, the reflected light of the 4th light which injects into the measurement object as 4th light as measurement light, and was reflected by the measurement object, and 5th light A multiplexing means for combining the reference light, a means for generating an interference wave between the reflected light and the reference light, a means for optically detecting the interference wave to obtain an interference signal, and a frequency analysis of the interference signal Analyzing means. The coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus is characterized in that the phase sensitive amplifier is a phase sensitive optical amplifier that utilizes the effect of parametric amplification.

一実施形態では、コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置は、変調手段が、搬送波を抑圧し、搬送波スペクトルを中心に一次の両側波帯を発生させるように構成しても良い。また、コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置は、変調手段と第2の分岐手段との間に、両側波帯のうちどちらか一方を分離する光フィルタを備えても良い。また、コヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置は、第2の分岐手段と合波手段との間の参照光が伝搬する経路に音響学効果を利用する変調器を備えても良い。 In one embodiment, the coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus may be configured such that the modulation means suppresses the carrier wave and generates a first-order double sideband centering on the carrier spectrum. The coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus may further include an optical filter that separates either one of the double sidebands between the modulation unit and the second branching unit. Further, the coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus may comprise a modulator that utilizes the acoustic-optic effects the path reference light between the second branching means and multiplexing means propagates.

他の実施形態では、パラメトリック増幅の効果を利用する位相感応光増幅器は、パラメトリック増幅を行う媒質が周期的に分極反転された2次非線形光学材料としても良い。例えば、パラメトリック増幅を行う媒質が周期的に分極反転された2次非線形光学材料は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-x3(0≦x≦1)またはKTiOPOとしても良く、あるいは、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-x3(0≦x≦1)またはKTiOPOに、Mg、Zn、Fe、ScおよびInの少なくとも一種を添加物として含有した材料としても良い。 In another embodiment, the phase-sensitive optical amplifier that uses the effect of parametric amplification may be a second-order nonlinear optical material in which a medium that performs parametric amplification is periodically poled. For example, a second-order nonlinear optical material in which a parametric amplification medium is periodically poled is LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO 4. Or LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO 4 with at least one of Mg, Zn, Fe, Sc and In as an additive It may be a contained material.

以上説明したように、本発明によれば、外部変調器を利用したC−OFDRにおいて、極めて低雑音に光強度を増幅でき、かつ位相雑音を低減することが可能な位相感応型光増幅器を変調器の後段で用いることで、被測定ファイバ及び光学部品の、広い範囲に渡り高空間分解能かつ高感度な損失評価が実現可能になる。   As described above, according to the present invention, in a C-OFDR using an external modulator, a phase sensitive optical amplifier capable of amplifying light intensity with extremely low noise and reducing phase noise can be modulated. By using it in the subsequent stage of the device, it is possible to realize loss evaluation of the fiber to be measured and the optical component with high spatial resolution and high sensitivity over a wide range.

C−OFDRの測定系を示す図である。It is a figure which shows the measurement system of C-OFDR. 従来の光増幅器と位相感応増幅器の出力の様子をコンスタレーションマップ上に示す図である。It is a figure which shows the mode of the output of the conventional optical amplifier and a phase sensitive amplifier on a constellation map. 位相感応増幅器の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of a phase sensitive amplifier. 本発明の一実施例にかかる二次非線形光学素子を用いた位相感応増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the phase sensitive amplifier using the secondary nonlinear optical element concerning one Example of this invention. 本発明の一実施例にかかるPSAを用いたC−OFDRの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of C-OFDR using PSA concerning one Example of this invention. 本発明の一実施例にかかるPSAを用いたC−OFDRの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of C-OFDR using PSA concerning one Example of this invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態に係る位相感応型光増幅器(PSA)を用いた光ファイバ反射率分布測定システム(C−OFDR系)、すなわちコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置について説明する前に、その構成要素であるPSAについて述べる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Before describing an optical fiber reflectance distribution measurement system (C-OFDR system) using a phase sensitive optical amplifier (PSA) according to an embodiment of the present invention, that is, a coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus, its components The PSA that is

図3に位相感応光増幅器(PSA)300の基本的な構成を示す。この光増幅器300は、入力信号光を分岐する光分岐部304−1と、励起光源302と、励起光位相制御部303と、励起光と入力信号光を合波する光分岐部304−2と、合波された励起光と入力信号光とを入力とする位相感応光増幅部301と、位相感応光増幅部301からの信号光を分岐する光分岐部304−3とを備える。この光増幅器300において、位相感応光増幅部301は、入力される信号光と励起光の位相が一致すると信号光が増幅され(すなわち、入力信号光310は増幅され)、両者の位相が90度ずれた直交位相関係になると、信号光が減衰される(すなわち、入力信号光310は減衰する)特性を有する。この特性を利用して増幅利得が最大となるように励起光―信号光間の位相を一致させると、信号光と直交位相の自然放出光を発生させずに、つまりSN比を劣化させずに信号光を増幅することができる。   FIG. 3 shows a basic configuration of a phase sensitive optical amplifier (PSA) 300. This optical amplifier 300 includes an optical branching unit 304-1 that branches input signal light, an excitation light source 302, an excitation light phase control unit 303, and an optical branching unit 304-2 that combines excitation light and input signal light. The phase-sensitive light amplifying unit 301 that receives the combined excitation light and the input signal light, and the optical branching unit 304-3 that branches the signal light from the phase-sensitive light amplifying unit 301 are provided. In this optical amplifier 300, the phase sensitive light amplifying unit 301 amplifies the signal light when the phase of the input signal light and the excitation light match (that is, the input signal light 310 is amplified), and the phase of both is 90 degrees. When the phase relationship is shifted, the signal light is attenuated (that is, the input signal light 310 is attenuated). If the phase between the pumping light and the signal light is matched so that the amplification gain is maximized by utilizing this characteristic, the spontaneous emission light having the quadrature phase with the signal light is not generated, that is, the SN ratio is not deteriorated. Signal light can be amplified.

光分岐部304−1は、入力信号光310を信号光Eと信号光Fとに分岐する。信号光Fは、励起光源302へ供給される。   The optical branching unit 304-1 branches the input signal light 310 into signal light E and signal light F. The signal light F is supplied to the excitation light source 302.

光分岐部304−3は、位相感応光増幅部301から出力される信号光Iを信号光Jと出力信号光312とに分岐する。信号光Jは、励起光位相制御部303へ供給される。   The optical branching unit 304-3 branches the signal light I output from the phase sensitive light amplification unit 301 into the signal light J and the output signal light 312. The signal light J is supplied to the excitation light phase control unit 303.

励起光源302からの信号光Gは、励起光位相制御部303へ供給され、励起光311として出力される。   The signal light G from the excitation light source 302 is supplied to the excitation light phase control unit 303 and output as the excitation light 311.

励起光位相制御部303は、入力信号光310と励起光311の位相同期を達成するために、光分岐部304−1で入力信号光310から分岐された信号光Eの位相に同期するように励起光源からの信号光Gの位相を制御して、信号光Eの位相に同期した励起光311を出力する。励起光位相制御部303は、光分岐部304−3で分岐された位相感応光増幅部301から出力された信号光Iの一部である信号光Jを狭帯域の検出器で検波し、出力信号が最大となるように励起光311の位相を制御する。光分岐部304−2は、信号光Eと励起光311とを合波して信号光Hを出力する。その結果、互いに位相同期した信号光Eと励起光311とを合波した信号光Hが位相感応光増幅部301へ入力され、SN比の劣化のない光増幅を実現することができる。なお、励起光位相制御部303は、図3に示すような励起光源302の出力側で励起光の位相を制御する構成の他に、励起光源302の位相を直接制御する構成としてもよい。   The pumping light phase control unit 303 is synchronized with the phase of the signal light E branched from the input signal light 310 by the light branching unit 304-1 in order to achieve phase synchronization between the input signal light 310 and the pumping light 311. The phase of the signal light G from the excitation light source is controlled, and the excitation light 311 synchronized with the phase of the signal light E is output. The pumping light phase control unit 303 detects the signal light J, which is part of the signal light I output from the phase sensitive light amplification unit 301 branched by the light branching unit 304-3, with a narrowband detector, and outputs it. The phase of the excitation light 311 is controlled so that the signal becomes maximum. The optical branching unit 304-2 combines the signal light E and the excitation light 311 and outputs the signal light H. As a result, the signal light H obtained by combining the signal light E and the pumping light 311 that are phase-synchronized with each other is input to the phase-sensitive light amplification unit 301, and optical amplification without degradation of the SN ratio can be realized. The pumping light phase control unit 303 may be configured to directly control the phase of the pumping light source 302 in addition to the configuration of controlling the phase of the pumping light on the output side of the pumping light source 302 as shown in FIG.

次に、本実施形態にかかるC−OFDR測定系に用いる位相感応増幅器(PSA)の具体的構成を説明する。本実施形態の位相感応増幅器では、外部変調器通過後の微弱なレーザー光から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得るために、ファイバレーザー増幅器(EDFA)を用いて、入力光の一部を増幅する。増幅した入力光を第1の二次非線形光学素子に入射し、第1の二次非線形光学素子の内部で入力光の第二高調波が生成される。入力光の一部と第1の二次非線形光学素子で生成した第二高調波とを第2の二次非線形光学素子に入射してパラメトリック増幅を行うことで、位相感応増幅を行うことが出来る。   Next, a specific configuration of the phase sensitive amplifier (PSA) used in the C-OFDR measurement system according to the present embodiment will be described. In the phase sensitive amplifier according to the present embodiment, in order to obtain sufficient power to obtain the nonlinear optical effect from the weak laser light after passing through the external modulator, a part of the input light is used by using a fiber laser amplifier (EDFA). Amplify. The amplified input light is incident on the first second-order nonlinear optical element, and a second harmonic of the input light is generated inside the first second-order nonlinear optical element. Phase-sensitive amplification can be performed by performing a parametric amplification by entering a part of the input light and the second harmonic generated by the first second-order nonlinear optical element into the second second-order nonlinear optical element. .

図4に本実施形態にかかるC−OFDR測定系に用いる位相感応増幅器(PSA)の具体的構成を示す。図4に示すPSA400は、偏波コントローラ402と、第1の光分岐部403と、位相変調器416と、圧電変換素子(PZT:piezoelectric transducer)による光ファイバ伸長器417と、エルビウム添加ファイバレーザー増幅器(EDFA)404と、第1の二次非線形光学素子405と、偏波保持ファイバ408と、第2の二次非線形光学素子409と、第2の光分岐部413と、光検出器414と、位相同期ループ(PLL)回路415とを備える。   FIG. 4 shows a specific configuration of a phase sensitive amplifier (PSA) used in the C-OFDR measurement system according to the present embodiment. The PSA 400 shown in FIG. 4 includes a polarization controller 402, a first optical branching unit 403, a phase modulator 416, an optical fiber stretcher 417 using a piezoelectric transducer (PZT), and an erbium-doped fiber laser amplifier. (EDFA) 404, first second-order nonlinear optical element 405, polarization maintaining fiber 408, second second-order nonlinear optical element 409, second light branching unit 413, photodetector 414, A phase-locked loop (PLL) circuit 415.

偏波コントローラ402は、PSA400へ入射する信号光の一部を、偏波を調整する。   The polarization controller 402 adjusts the polarization of part of the signal light incident on the PSA 400.

第1の二次非線形光学素子405は、第1のPPLN導波路406と、第1のPPLN導波路406の前段に配設された第1の空間光学系と、第1のPPLN導波路406の後段に配設された第1のダイクロイックミラー407を含む第2の空間光学系とを備える。   The first second-order nonlinear optical element 405 includes a first PPLN waveguide 406, a first spatial optical system disposed in front of the first PPLN waveguide 406, and the first PPLN waveguide 406. And a second spatial optical system including a first dichroic mirror 407 disposed in the subsequent stage.

第2の二次非線形光学素子409は、第2のPPLN導波路411と、第2のPPLN導波路411の前段に配設された第2のダイクロイックミラー410を含む第3の空間光学系と、第2のPPLN導波路411の後段に配設された第3のダイクロイックミラー412を含む第4の空間光学系412とを備える。   The second second-order nonlinear optical element 409 includes a second spatial optical system including a second PPLN waveguide 411 and a second dichroic mirror 410 disposed in front of the second PPLN waveguide 411. And a fourth spatial optical system 412 including a third dichroic mirror 412 disposed downstream of the second PPLN waveguide 411.

第1の空間光学系は、第1の二次非線形素子405の入力ポートから入力された光を第1のPPLN導波路406に結合する。   The first spatial optical system couples light input from the input port of the first second-order nonlinear element 405 to the first PPLN waveguide 406.

第2の空間光学系は、第1のPPLN導波路406から出力された光を第1のダイクロイックミラー407を介して第1の二次非線形光学素子405の出力ポートに結合する。   The second spatial optical system couples the light output from the first PPLN waveguide 406 to the output port of the first second-order nonlinear optical element 405 via the first dichroic mirror 407.

第3の空間光学系は、第2の二次非線形光学素子409の入力ポートから入力された光を第2のダイクロイックミラー410を介して第2のPPLN導波路411に結合する。   The third spatial optical system couples the light input from the input port of the second second-order nonlinear optical element 409 to the second PPLN waveguide 411 via the second dichroic mirror 410.

第4の空間光学系は、第2のPPLN導波路411から出力された光を第3のダイクロイックミラー412を介して第2の二次非線形光学素子409の出力ポートに結合する。   The fourth spatial optical system couples the light output from the second PPLN waveguide 411 to the output port of the second second-order nonlinear optical element 409 via the third dichroic mirror 412.

図4に示される例では、PSA400に入射し偏波を調整した信号光(入力光)410は、光分岐部403によって光信号Kと光信号Lとに分岐されて、光信号Kは第2の二次非線形光学素子409に入射し、光信号Lは位相変調器415及び光ファイバ伸長器417を介して位相制御されてEDFA404に入射する。光通信に用いられる微弱なレーザー光から非線形光学効果を得るのに十分なパワーを得るために、EDFA404は、入射した信号光L(励起基本波光)を増幅し、増幅された信号光Mを第1の二次非線形光学素子405に入射させる。第1の二次非線形光学素子405では、入射した信号光Mから第2高調波の信号光Nが発生し、偏波保持ファイバ408を介して第2の二次非線形光学素子409に入射する。第2の二次非線形光学素子409では、入力光510から分岐された信号光Kと信号光Nとで縮退パラメトリック増幅を行うことで位相感応増幅を行い、信号光(出力信号光)Pを出力する。   In the example shown in FIG. 4, signal light (input light) 410 that is incident on the PSA 400 and whose polarization is adjusted is branched into an optical signal K and an optical signal L by the optical branching unit 403, and the optical signal K is a second signal. The optical signal L is phase-controlled via a phase modulator 415 and an optical fiber stretcher 417 and enters the EDFA 404. In order to obtain sufficient power to obtain a nonlinear optical effect from weak laser light used for optical communication, the EDFA 404 amplifies the incident signal light L (excitation fundamental wave light), and the amplified signal light M is amplified. 1 is incident on the second-order nonlinear optical element 405. In the first second-order nonlinear optical element 405, the second harmonic signal light N is generated from the incident signal light M and is incident on the second second-order nonlinear optical element 409 via the polarization maintaining fiber 408. The second second-order nonlinear optical element 409 performs phase-sensitive amplification by performing degenerate parametric amplification with the signal light K and the signal light N branched from the input light 510 and outputs the signal light (output signal light) P. To do.

本実施形態では、1.56μmの入力光を増幅するための位相感応増幅装置(PSA)400の機能を説明するが、入力光の波長はこれに限定されるものではない。PSA400においては、入力光の一部は、偏波コントローラ402へ入力されて偏波が調整された後に入力光401として出射する。入力光401は、光分岐部403で信号光Kと信号光Lに分岐される。信号光Lは、第1の励起光(不図示)と合波した後、エルビウム添加ファイバレーザー増幅器(EDFA)404へ入射し増幅されて、信号光Mとして出射する。信号光Mは、第1の二次非線形光学素子405に入射する。本実施形態の、二次非線形光学素子405は、周期的に分極反転されたニオブ酸リチウム(PPLN)から成る光導波路406を備える。入力光の第二高調波発生が可能となる擬似位相整合条件を満たす周期分極反転が形成されている。   In the present embodiment, the function of the phase sensitive amplifier (PSA) 400 for amplifying 1.56 μm input light will be described, but the wavelength of the input light is not limited to this. In the PSA 400, a part of the input light is input to the polarization controller 402 and the polarization is adjusted, and then emitted as the input light 401. The input light 401 is branched into signal light K and signal light L by an optical branching unit 403. The signal light L is combined with first pumping light (not shown), then enters an erbium-doped fiber laser amplifier (EDFA) 404, is amplified, and is emitted as signal light M. The signal light M is incident on the first second-order nonlinear optical element 405. The second-order nonlinear optical element 405 of this embodiment includes an optical waveguide 406 made of lithium niobate (PPLN) that is periodically poled. Periodic polarization inversion that satisfies the quasi-phase matching condition that enables the second harmonic generation of the input light is formed.

第一のダイクロイックミラー407は1.56μm付近の波長の光を反射し、0.78μm付近の波長の光を透過させる特性をもっている。このため、第1のダイクロイッ クミラー407において、第1のPPLN導波路406から出射した0.78μmの波長をもつ励起光Nは透過し、1.56μmの波長をもつ励起基本波光と付随するASE光は反射されるために励起光から分離される。ダイクロイックミラー407を透過した0.78μmの励起光Nは、この波長0.78μmにおいてシングルモード伝搬特性をもつ偏波保持ファイバ408を介して、第2の二次非線形光学素子409へと導かれている。このとき、第1のダイクロイックミラー407で完全には取り除けなかった波長1.56μm付近の励起光およびASE光も偏波保持ファイバ408に入射されることになるが、0.78μmにおいてシングルモードであるこのファイバ408は波長1.56μmの光に対しては光の閉じ込めが弱いために、1m程度の長さを伝搬させることにより、これらの不用な光を効果的に減衰させることができる。   The first dichroic mirror 407 has a characteristic of reflecting light having a wavelength near 1.56 μm and transmitting light having a wavelength near 0.78 μm. Therefore, in the first dichroic mirror 407, the excitation light N having a wavelength of 0.78 μm emitted from the first PPLN waveguide 406 is transmitted, and the ASE associated with the excitation fundamental light having a wavelength of 1.56 μm. Since the light is reflected, it is separated from the excitation light. The 0.78 μm excitation light N transmitted through the dichroic mirror 407 is guided to the second second-order nonlinear optical element 409 via the polarization maintaining fiber 408 having a single mode propagation characteristic at this wavelength of 0.78 μm. Yes. At this time, excitation light and ASE light in the vicinity of a wavelength of 1.56 μm that could not be completely removed by the first dichroic mirror 407 are also incident on the polarization maintaining fiber 408, but are in a single mode at 0.78 μm. Since this fiber 408 has a weak light confinement with respect to light having a wavelength of 1.56 μm, it is possible to effectively attenuate such unnecessary light by propagating a length of about 1 m.

偏波保持ファイバ408により第2の二次非線形光学素子409へ導かれた励起光Nは、第2のダイクロイックミラー410を用いて波長1.56μmの信号光K(入力光401の一部)と合波される。第1のダイクロイックミラー407同様に第2のダイクロイックミラー410は、0.78μm付近の波長の光を透過させる特徴を有している。そして、第2のダイクロイックミラー410は入力光のみを反射させるために、第1のPPLN導波路406から出射され、第1のダイクロイックミラー407および偏波保持ファイバ408を透過/伝搬した(除去しきれなかった)波長1.56μm付近の励起入力光とASE光との残留成分を効果的に取り除くことができる。   The excitation light N guided to the second second-order nonlinear optical element 409 by the polarization maintaining fiber 408 and the signal light K having a wavelength of 1.56 μm (a part of the input light 401) using the second dichroic mirror 410. Combined. Similar to the first dichroic mirror 407, the second dichroic mirror 410 has a feature of transmitting light having a wavelength in the vicinity of 0.78 μm. Then, the second dichroic mirror 410 is emitted from the first PPLN waveguide 406 to reflect only the input light, and is transmitted / propagated through the first dichroic mirror 407 and the polarization maintaining fiber 408 (can be completely removed). The residual components of the excitation input light and the ASE light in the vicinity of the wavelength of 1.56 μm can be effectively removed.

励起光Nと合波された信号光Kは、第2のPPLN導波路411に入射する。第2のPPLN導波路411は、第1のPPLN導波路406と同等の性能、位相整合波長を有しており、パラメトリック増幅により、入力光を位相感応増幅することができる。本実施形態では、2つのPPLN導波路406,411はそれぞれ、個別の温度調節器により一定の温度となるように制御されている。2つのPPLN導波路の作製誤差のために同一温度において位相整合波長が一致しない場合が考えられるが、そのような場合でも両者を個々に温度制御することにより、両者の位相整合波長を一致させることができる。第2のPPLN導波路411から出射された信号光は、第三のダイクロイックミラー412により励起光N(0.78μm波長)と増幅された信号光P(出力光(1.56μm波長))とに分離される。このときも励起光と増幅された出力光とは、波長が全く異なるために、出力において不必要な第二高調波成分を効果的に取り除くことができる。   The signal light K combined with the excitation light N is incident on the second PPLN waveguide 411. The second PPLN waveguide 411 has the same performance and phase matching wavelength as the first PPLN waveguide 406, and can input phase-sensitive amplification of the input light by parametric amplification. In the present embodiment, the two PPLN waveguides 406 and 411 are each controlled to have a constant temperature by individual temperature controllers. It is conceivable that the phase matching wavelengths do not match at the same temperature due to manufacturing errors of the two PPLN waveguides, but even in such a case, the phase matching wavelengths of both must be matched by individually controlling the temperatures. Can do. The signal light emitted from the second PPLN waveguide 411 is converted into excitation light N (0.78 μm wavelength) and signal light P (output light (1.56 μm wavelength)) amplified by the third dichroic mirror 412. To be separated. Also at this time, since the wavelengths of the pump light and the amplified output light are completely different, unnecessary second harmonic components in the output can be effectively removed.

位相感応増幅(PSA)では、励起光と信号光の位相を同期させることが必要であるが、本構成では出力した増幅信号光Pの一部を光分岐部413で分岐して光検出器414で受光した後に位相同期ループ回路(PLL)415により位相同期を行っている。位相変調器416を用いてsin波により微弱な位相変調を励起光に施す。光検出器414とPLL回路415でその位相変調の位相ずれを検出して、PZTによる光ファイバ伸長器417の駆動電圧と位相変調器416のバイアス電圧とにフィードバックを行うことで、光ファイバ部品の振動や温度変動による光位相の変動を吸収して、安定的に位相感応増幅ができる。   In the phase sensitive amplification (PSA), it is necessary to synchronize the phases of the pumping light and the signal light. However, in this configuration, a part of the output amplified signal light P is branched by the optical branching unit 413 and is detected by the photodetector 414. After receiving the light, phase synchronization is performed by a phase locked loop circuit (PLL) 415. The phase modulator 416 is used to apply weak phase modulation to the excitation light using a sine wave. The optical detector 414 and the PLL circuit 415 detect the phase shift of the phase modulation, and feed back to the drive voltage of the optical fiber stretcher 417 and the bias voltage of the phase modulator 416 by PZT. Absorbs fluctuations in the optical phase due to vibrations and temperature fluctuations, enabling stable phase-sensitive amplification.

図5に本発明の実施形態に係る位相感応増幅器(PSA)を用いた光ファイバ反射率分布測定システム(C−OFDR)、すなわちコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置の具体的構成を示す。図5に示すC−OFDR500は、光源501と、DSB−SC変調器503と、PSA504と、入力に光源501が接続され、出力にDSB−SC変調器503とPSA504とが接続された分岐部502とを備える。分岐部502は、例えば、1入力2出力であり、一方の出力にはDSB−SC変調器503の入力が接続され、他方の出力にはPSA504の2つの入力の一方が接続されている。PSA504の2つの入力の他方は、DSB−SC変調器503の出力に接続されている。   FIG. 5 shows a specific configuration of an optical fiber reflectance distribution measurement system (C-OFDR) using a phase sensitive amplifier (PSA) according to an embodiment of the present invention, that is, a coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus. A C-OFDR 500 shown in FIG. 5 includes a light source 501, a DSB-SC modulator 503, a PSA 504, a light source 501 connected to the input, and a branching unit 502 connected to the DSB-SC modulator 503 and PSA 504 on the output. With. The branching unit 502 has, for example, one input and two outputs, and one output is connected to the input of the DSB-SC modulator 503 and the other output is connected to one of the two inputs of the PSA 504. The other of the two inputs of the PSA 504 is connected to the output of the DSB-SC modulator 503.

また、C−OFDR500は、トリガ部514と、信号発生器515とを備える。   The C-OFDR 500 includes a trigger unit 514 and a signal generator 515.

さらに、C−OFDR500は、PSA504の出力に接続されたフィルタ505と、フィルタ505の出力に接続された光カプラA等の分岐部506と、分岐部506の2つの出力の一方に接続されたサーキュレータと、分岐部506の2つの出力の他方に接続された光カプラB等の分岐部509とを備える。サーキュレータの2つの出力の一方は、分岐部509の2つの入力のうちの分岐部506の出力が接続されていない入力に接続されている。サーキュレータの2つの出力の他方は、コネクタ508を介して被測定ファイバ(FUT)に接続される。   Further, the C-OFDR 500 includes a filter 505 connected to the output of the PSA 504, a branching unit 506 such as an optical coupler A connected to the output of the filter 505, and a circulator connected to one of the two outputs of the branching unit 506. And a branching unit 509 such as an optical coupler B connected to the other of the two outputs of the branching unit 506. One of the two outputs of the circulator is connected to an input to which the output of the branch unit 506 is not connected, of the two inputs of the branch unit 509. The other of the two outputs of the circulator is connected to a fiber under test (FUT) via a connector 508.

さらにまた、C−OFDR500は、分岐部509の2つの出力に接続された受光器510と、受光器の出力をAD変換するAD変換器512と、AD変換器512と接続された解析装置としてのコンピュータ513とを備える。AD変換器512および信号発生器515には、DSB−SC変調器503における光の周波数の掃引のタイミングとAD変換器512におけるサンプリングのタイミングとを合わせるためのトリガがトリガ部514から供給される。これにより、AD変換器512は、光の周波数が掃引されている部分のみのサンプリング結果をコンピュータ513に供給することができる。   Furthermore, the C-OFDR 500 includes a light receiver 510 connected to the two outputs of the branching unit 509, an AD converter 512 that AD converts the output of the light receiver, and an analysis device connected to the AD converter 512. And a computer 513. The trigger unit 514 supplies the AD converter 512 and the signal generator 515 with a trigger for matching the optical frequency sweep timing in the DSB-SC modulator 503 with the sampling timing in the AD converter 512. As a result, the AD converter 512 can supply the computer 513 with the sampling result of only the portion where the light frequency is swept.

本実施形態において、光源501には、スペクトル線幅が2kHzの狭線幅ファイバレーザー(FL)を用いた。この線幅は約30kmのコヒーレンス長に相当する。FL501から出射されるレーザー光は、分岐部502で2つに分岐され、一方のレーザー光はPSA504において励起光を発生させるために用いられ、他方のレーザー光は、任意の信号発生器515によって駆動されるDSB−SC変調器503に入射する。   In this embodiment, a narrow line width fiber laser (FL) having a spectral line width of 2 kHz is used as the light source 501. This line width corresponds to a coherence length of about 30 km. The laser beam emitted from the FL 501 is split into two at the branching unit 502, one of the laser beams is used to generate excitation light at the PSA 504, and the other laser beam is driven by an arbitrary signal generator 515. Is incident on the DSB-SC modulator 503.

DSB−SC変調器503は、任意の信号発生器515からの正弦波周波数を2から12GHzまで時間に対して直線的に1秒間掃引することで、±1次変調側波帯の光周波数を掃引する。これは、周波数掃引幅ΔF=10GHz、周波数掃引速度γ=10GHz/sに相当し、空間分解能の理論式は式(3)より1cmである。   The DSB-SC modulator 503 sweeps the optical frequency of the ± first-order modulation sideband by sweeping the sine wave frequency from an arbitrary signal generator 515 linearly with respect to time from 2 to 12 GHz for 1 second. To do. This corresponds to a frequency sweep width ΔF = 10 GHz and a frequency sweep speed γ = 10 GHz / s, and the theoretical formula of spatial resolution is 1 cm from the equation (3).

位相感応増幅(PSA)504は、通常縮退パラメトリック増幅を用いることで実現されるが、励起光波長に相当する光周波数から光周波数差だけ対称に離れた光の対が互いに位相同期している場合には、これらを非縮退パラメトリック増幅することでも位相感応増幅させることが可能であることが知られている。本実施形態のC−OFDR500においては、変調器503を用いて光源501の周波数を掃引するために、PSA504における励起光に用いるレーザー光の周波数と、変調器503通過後のPSA504において増幅されるレーザー光の周波数とは異なる。このため本実施形態では、変調器503としてDSB−SC変調器を用いることで、位相関係の確定した光のペアをつくり、非縮退動作による位相感応増幅を行う構成としている。   The phase-sensitive amplification (PSA) 504 is normally realized by using degenerate parametric amplification, but a pair of light that is symmetrically separated from the optical frequency corresponding to the pumping light wavelength by the optical frequency difference is in phase synchronization with each other. Is known to be capable of phase-sensitive amplification by non-degenerate parametric amplification. In the C-OFDR 500 of this embodiment, in order to sweep the frequency of the light source 501 using the modulator 503, the frequency of the laser light used for the excitation light in the PSA 504 and the laser amplified in the PSA 504 after passing through the modulator 503 are used. It is different from the frequency of light. For this reason, in the present embodiment, a DSB-SC modulator is used as the modulator 503, so that a pair of light with a fixed phase relationship is formed and phase sensitive amplification is performed by non-degenerate operation.

PSA504を通過した後の光はフィルタ507によって一方の側波帯を取り除いている。これは両側波帯を同時に被測定ファイバに入射した場合に、変調側波帯の反射光同士の干渉によるビートによって反射光強度が揺らいでしまうためである。本実施形態では光フィルタ507によって一方の変調側波帯を除去しているが、AO(Acoust Optical)変調器を参照光経路(光カプラA(506)と光カプラC(509)との間の光経路)に用いることでも変調側波帯の反射光同士の干渉によるビートを測定結果から分離することは可能である。   One sideband of the light after passing through the PSA 504 is removed by the filter 507. This is because when both sidebands are simultaneously incident on the fiber to be measured, the intensity of the reflected light fluctuates due to the beat caused by the interference between the reflected lights of the modulation sidebands. In this embodiment, one modulation sideband is removed by the optical filter 507, but an AO (Acoust Optical) modulator is connected between the reference optical path (the optical coupler A (506) and the optical coupler C (509)). It is possible to separate the beat due to the interference between the reflected light in the modulation sidebands from the measurement result by using it in the optical path).

周波数変調されPSA504およびフィルタ507を通過した光を光カプラA(506)によって分岐し、一方はサーキュレータ507を介して5km長の被測定ファイバ(FUT)へ入射し、他方は参照光として参照光経路へと入射した。FUTからの反射光及び散乱光を光カプラB509にて参照光と合波し、反射点からの距離に依存したビート信号を得た。図6に測定したFUTの反射率分布を示す。   Light that has been frequency-modulated and passed through the PSA 504 and the filter 507 is branched by an optical coupler A (506), one of which enters the fiber under test (FUT) having a length of 5 km via the circulator 507, and the other as a reference light path as a reference light. It was incident on. The reflected light and scattered light from the FUT were combined with the reference light by the optical coupler B509 to obtain a beat signal depending on the distance from the reflection point. FIG. 6 shows the reflectance distribution of the FUT measured.

図6(a)に示すように、FUT終端におけるフレネル反射ピーク及びレイリー後方散乱光が観測された。ファイバ終端におけるフレネル反射ピークの分解能を測定したところ、図6(b)に示すように、PSAを用いた本実施例の構成においては3.1cmの分解能を達成できた。従来のEDFAを用いた構成で同じFUTを測定し、同様に分解能を測定したところ、図6(c)に示すように、分解能は5.2cmであった。以上から、PSAを用いてC−OFDRを構成することで分解能を改善できることが分かる。   As shown in FIG. 6A, a Fresnel reflection peak and Rayleigh backscattered light at the FUT end were observed. When the resolution of the Fresnel reflection peak at the fiber end was measured, as shown in FIG. 6B, a resolution of 3.1 cm could be achieved in the configuration of this example using PSA. When the same FUT was measured with the configuration using the conventional EDFA and the resolution was measured in the same manner, the resolution was 5.2 cm as shown in FIG. From the above, it can be seen that the resolution can be improved by configuring the C-OFDR using PSA.

本実施形態におけるPSAは、周期的に分極反転された二次非線形光学材料としてZnを添加したニオブ酸リチウム(LiNbO3)を用いたが、ニオブ酸リチウムに限定されるものではなく、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウムとタンタル酸リチウムの混晶(LiNb(x)Ta(1-x)O3(0≦x≦1))、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、チタニルリン酸カリウム(KTiOPO4)等に代表される二次非線形光学材料であれば同様の効果が得られる。また二次非線形光学材料の添加物に関しても、Znをに限定されるものではなく、Znの代わりにMg、Zn、Sc、In、Feを用いても良く、もしくは添加物を添加しなくてもよい。   The PSA in this embodiment uses lithium niobate (LiNbO3) doped with Zn as a second-order nonlinear optical material whose polarization is periodically inverted. However, the PSA is not limited to lithium niobate, and lithium tantalate ( LiTaO3), mixed crystals of lithium niobate and lithium tantalate (LiNb (x) Ta (1-x) O3 (0 ≦ x ≦ 1)), potassium niobate (KNbO3), potassium titanyl phosphate (KTiOPO4), etc. The same effect can be obtained if the second-order nonlinear optical material is used. Further, the additive of the second-order nonlinear optical material is not limited to Zn, and Mg, Zn, Sc, In, Fe may be used instead of Zn, or no additive may be added. Good.

12,302 光源
14,18,304,403,413,502,506,509 光カプラ
16,507 サーキュレータ
20 受光部
22 解析装置
50 被測定ファイバ(FUT)
100 光周波数領域反射測定装置(C−OFDR)
300,400,504 位相感応光増幅器(PSA)
301 位相感応光増幅部
303 励起光位相制御部
402 偏波コントローラ
404 エルビウム添加ファイバレーザー増幅器(EDFA)
405 二次非線形光学素子(高調波発生(SHG)モジュール)
406,411 PPLN導波路
407,410,412 ダイクロイックミラー
408 偏波保持ファイバ
409 二次非線形光学素子(光パラメトリック増幅(OPA)モジュール)
414 光検出器
415 PLL
417 光ファイバ伸長器
500 位相感応増幅器を用いた光ファイバ反射率分布測定システム
501 光源,狭線幅ファイバレーザー(FL)
503 DSB−SC変調器
508 コネクタ
510 受光器
512 AD変換器
513 コンピュータ
514 トリガ部
515 信号発生器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12,302 Light source 14,18,304,403,413,502,506,509 Optical coupler 16,507 Circulator 20 Light-receiving part 22 Analysis apparatus 50 Fiber to be measured (FUT)
100 Optical frequency domain reflection measurement device (C-OFDR)
300,400,504 Phase-sensitive optical amplifier (PSA)
301 Phase Sensitive Light Amplifier 303 Pumping Light Phase Controller 402 Polarization Controller 404 Erbium-Doped Fiber Laser Amplifier (EDFA)
405 Second-order nonlinear optical element (harmonic generation (SHG) module)
406,411 PPLN waveguide 407,410,412 Dichroic mirror 408 Polarization maintaining fiber 409 Second-order nonlinear optical element (optical parametric amplification (OPA) module)
414 Photodetector 415 PLL
417 Optical fiber stretcher 500 Optical fiber reflectance distribution measurement system using phase sensitive amplifier 501 Light source, narrow linewidth fiber laser (FL)
503 DSB-SC modulator 508 connector 510 light receiver 512 AD converter 513 computer 514 trigger unit 515 signal generator

Claims (5)

コヒーレント光を出射する光源からの光を第1の光と第2の光に分岐する分岐手段と、
前記第1の光を時間に対して線形に光周波数を掃引して、第3の光を出力する変調手段と、
前記第2の光を励起光として用いて前記第3の光を増幅する位相感応増幅器と、
前記増幅した第3の光を第4の光と第5の光に分岐する第2の分岐手段と、
前記第4の光を測定光として被測定対象へ入射して前記被測定対象で反射された前記第4の光の反射光と、前記第5の光である参照光とを合波する合波手段であり、前記反射光と前記参照光との干渉波を生成する、合波手段と、
前記干渉波を光検出して干渉信号を得る手段と、
前記干渉信号を周波数解析する解析手段と
を備えた、前記被測定対象における光の伝播方向の反射率の分布を測定するコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置であって、
前記位相感応増幅器はパラメトリック増幅の効果を利用する位相感応光増幅器であり、
前記変調手段は、搬送波を抑圧し、搬送波スペクトルを中心に一次の両側波帯を発生させる、ことを特徴とするコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置。
Branching means for branching light from a light source that emits coherent light into first light and second light;
Modulation means for sweeping the optical frequency of the first light linearly with respect to time and outputting a third light;
A phase sensitive amplifier that amplifies the third light using the second light as excitation light;
Second branching means for branching the amplified third light into fourth light and fifth light;
Combines the reflected light of the fourth light that is incident on the measurement target as the measurement light and reflected by the measurement target, and the reference light that is the fifth light Means for generating an interference wave between the reflected light and the reference light; and
Means for optically detecting the interference wave to obtain an interference signal;
A coherent optical frequency domain reflectometry measuring device for measuring a reflectance distribution in the propagation direction of light in the measurement target, comprising an analysis means for analyzing the frequency of the interference signal,
The phase sensitive amplifier Ri phase sensitive optical amplifier der utilizing the effect of the parametric amplification,
The coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus characterized in that the modulation means suppresses a carrier wave and generates a first-order double sideband centering on the carrier spectrum .
前記変調手段と前記第2の分岐手段との間に、前記両側波帯のうちどちらか一方を分離する光フィルタを備えることを特徴とする請求項に記載のコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置。 Between the second branching means and the modulating means, a coherent optical frequency domain reflectometry measurement apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises an optical filter to separate either of said side band . 前記第2の分岐手段と前記合波手段との間の前記参照光が伝搬する経路に音響学効果を利用する変調器を備えたことを特徴とする請求項に記載のコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置。 Coherent optical frequency domain according to claim 1, further comprising a modulator in which the reference beam between said multiplexing means and said second branching means utilizes an acoustic-optic effects in the path of propagation Reflectometry measuring device. 前記パラメトリック増幅の効果を利用する位相感応光増幅器は、パラメトリック増幅を行う媒質が周期的に分極反転された2次非線形光学材料である、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載のコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置。 Phase sensitive optical amplifier utilizing the effect of the parametric amplification is second-order nonlinear optical material medium which performs parametric amplification are periodically poled, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that Coherent optical frequency domain reflectometry measurement device. 前記パラメトリック増幅を行う媒質が周期的に分極反転された2次非線形光学材料は、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-x3(0≦x≦1)またはKTiOPO4、あるいは、LiNbO3、KNbO3、LiTaO3、LiNbxTa1-x3(0≦x≦1)またはKTiOPO4に、Mg、Zn、Fe、ScおよびInの少なくとも一種を添加物として含有した材料である、ことを特徴とする請求項に記載のコヒーレント光周波数領域リフレクトメトリ測定装置。 The second-order nonlinear optical material in which the parametric amplification medium is periodically poled is LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO 4 , or , LiNbO 3 , KNbO 3 , LiTaO 3 , LiNb x Ta 1-x O 3 (0 ≦ x ≦ 1) or KTiOPO 4 with a material containing at least one of Mg, Zn, Fe, Sc and In as an additive The coherent optical frequency domain reflectometry measuring device according to claim 4 , wherein
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