JPH01161127A - ヘテロダイン光時間領域反射率計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はウェーブガイドに送信された光パルスの後方散
乱部分の測定によってテストウェーブガイドである単一
モードウェーブガイドの減衰特性を決定するヘテロダイ
ン光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ：　ｏｐｔｉｃａｌ　
ｔｉｍｅ　ｄｏｍａｉｎ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ
）に関連し、これは音響光学変調器（ＡＯＭ：　ａｃｏ
ｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃｍｏｄｕ−１ａｔｏｒ　）がパル
スモードで音響的に付勢される場合に音響周波数で変調
されている光周波数でテストすべきウェーブガイドにレ
ーザーから透過ビームを偏向するＡＯＭ、およびＡＯＭ
が付勢されない場合にＡＯＭを横切るレーザービームに
よって構成された局部発振器ビーム（シＯ）に重畳され
ているテストウェーブガイドから後方散乱された光パル
スを具えている。

光時間反射率計（ＯＴＤＲ）原理に従ってウェーブガイ
ド中の障害を限定する光フアイバ測定システムのレンジ
は利用可能なレーザーパルス電力と受信器感度により制
限されている。特に約０．５ｄＢ／ｋｍの低ウェーブガ
イド減衰により大きな軌線（ｔｒａ−ｊｅｃｔｏｒｙ）
をブリッジするために使用されている］、３００ｎｍ（
１近に長波長スペクトルレンジにおいて、測定システ１
８のレンジはしばしば余りにも小さい。

と言うのは、小さいレーザー電力のみしか利用可能でな
く　（ウェーブガイドで数ｍＷ）　、かつ後方散乱強度
が非常に小さいからである。検出感度はＩＭｌ＋ｚの帯
域幅で約−７３ｄＢｍである（１μＳパルス期間−１０
０ｍの位置分解能）。

検出感度はヘテロダイン技術の使用によりかなり増大で
きる。制限雑音は検出器から生じるのではなく検出すべ
き信号から生じ、そして」二連のように同じデータで約
−９７ｄＢｍである。ヘテロダイン受信の偏波依存性は
一般に３ｄＢの損失を生じ、従って約−９４ｄＢｍが検
出すべき最小電力であると考えられている。ヘテロダイ
ン受信の場合に検出すべき信号が安定な局部発振器レベ
ル（ＬＯビーム）と混合されるから、連続動作レーザー
がこの方法で使用されなくてはならない。さらにそのラ
イン幅は付加的な損失を防ぐよう明らかに検出帯域幅（
ＩＭＨｚ）より低くなくてはならない。雑音性能でさら
に利点を有するヘテロゲイン受信において、信号とＬＯ
ビームの間の一定周波数シフトが発生されなくてはなら
ない。ヘテロダイン受信において、検出器エレクトロニ
クスのダイナミックレンジの半分のみが直接受信器に比
べて必要とされている。

と言うのは、受信器信号が振幅に比例しており、後方散
乱光信号の電力に比例していないからである。

反射率計のレンジをさらに増大しかつ干渉（フェーディ
ング）効果をスムースにするために、多くの連続的に測
定された信号曲線は平均化できる。

冒頭の記事に記載されたタイプの装置はドイツ国公開特
許第３５０６８８４号から既知である。ＬＯビームおよ
び後方散乱信号は別のＡＯＭによって重畳されている。

しかし、利用可能なＡＯＭはかなりの透過損失を有史、
その上かなりの結合損失が複雑かつ高価な調整にもかか
わらず必要なバルク光接続（ｂｕｌｋ−ｏｐｔｉｃａｌ
　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）　　によって生じるから、既
知のシステムによって十分大きなレンジを持つヘテロゲ
イン［］ＴＤＲを実現することは不可能である。ヘテロ
ダイン０ＴＤＲのレンジのシステムに依存する理論的に
可能な利得は信号成分の高い減衰によって消去されてい
る。

従って本発明の目的は冒頭の記事に記載されたタイプの
装置のシステム損失を低減することである。

この解決法は重畳が受動カプラー、特にファイバカプラ
ーによって実現されることで実現されている。

本発明によると、第２　ＡＯＭは使用されていない。

その代り使用された受動カプラーは避けられぬ損失とな
るが、しかしこれらは第２　ＡＯＭを使用する場合より
も小さい。

第１の実施例によると、テストウェーブガイドからの後
方散乱信号が非対称カプラーの低減衰直接通路を伴う非
付勢へ〇Ｍあ介して光電子変換器（ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃ　ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）に通じる単一モ
ードウェーブガイドに導入され、かつＬＯビームが上記
のカプラーの交差結合通路（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｕｐｌ　
ｉｎｇｐａｔｈ）を介して上記の単一モードウェーブガ
イドに導入されている。

この装置において、レーザーと光受信器の間の通路」二
の後方散乱信号はＡＯＭを介して２回通過し、それから
その通路が低い減衰を有する非対称カプラー（例えば１
３　［ＩＢファイバカプラー）を介して通過している。

従ってもし相対的に低い減衰を有しかつ例えば５ｄＢよ
り小さい透過損失を有するＡＯＭが利用可能であるなら
この実施例は特に適している。

第２の実施例は、ＡＯＭによって回折されたビームが非
対称カプラーの低減衰直接通路を介してテストウェーブ
ガイドに導入され、かつ後方散乱信号がカプラーの交差
結合通路を介してＬＯビームに重畳されかつ混合された
信号が非付勢ＡＯＭを介して光電子トランジニーサに通
じる多重モードウェーブガイドに導入されることを特徴
としている。

第１の実施例と比較して、カプラーを介する２倍通路（
ｔｗｏ　ｆｏｌｄ　ｐａｔｈ）上の後方散乱信号の減衰
は大きいが、しかしこの装置では光受信器に通じるポー
ト接続の１つは多重モードウェーブガイドの形をしてい
る。それはずっと容易に調整でき、かつもっと正確に調
整できるから、ビームを多重モードウェーブガイドに結
合する場合に実質的になんらの結合損失も生じない。そ
れ故、カプラーの高い損失は少なくとも補償されている
。

３ポー）　八ｔ）Ｍを持つ第３の実施例は、回折された
ビームパルスが対称カプラー（３ｃｌＢカプラー）の直
接通路を介してテストウェーブガイドに透過され、かつ
後方散乱信号がカプラーの交差結合通路を介して重畳さ
れているＬＱビームが光電子変換器に通じる単一モード
ウェーブガイドに対称カプラーの別の直接通路を介して
逆方向に導入されることを特徴としている。

この実施例の一変形は、回折されたビームパルスが対称
カプラー（３ｄＢカプラー）の交差結合通路を介してテ
ストウェーブガイドに透過され、かつ［，０ビームがカ
プラーの交差結合通路を介して後方散乱信号と逆方向に
混合され、上記の後方散乱信号は光電子変換器に通じる
単一モードウェーブガイドにカプラーの直接通路上で導
入されることを特徴としている。

この装置は相対的に大きな透過損失を有するＡＯＭのみ
が利用可能な場合に特に好ましい。と言うのは、レーザ
ーと光受信器との間のその通路で後方散乱信号が一度だ
けＡＯＭを通して通過するのみであるからである。前述
の実施例と比較して、高い損失が３ｄＢカプラーで生じ
ている。

すべてのシステム装置に対して、ＬＯビームの減衰が後
方散乱信号の減衰よりもずっとクリチカルでないことが
維持されている。と言うのは、そのエネルギが相対的に
大きく、従ってその減衰が殆ど信号対雑音比を劣化しな
いからである。

材料に依存する避けられない透過損失に加えて、挿入損
失が所要のＡＯＭ多重ポート素子で生じ、その損失は光
ビームの結合の値と幾何学的精度に依存している。低い
減衰を有する冒頭の記事に記載されたタイプの多重ポー
ト素子に対して、個別素子を注意して調整することが従
って本質的となる。

さらに空間を通る長い通路は回避されねばならない。と
言うのは、多重ポート素子の小さい構造的寸法はもちろ
ん望ましいものであり、かつ特にビーム拡大による放射
損失が透過通路で生じるからである。

本発明の別の有利な実施例において、テストウェーブガ
イドに通じる１４０ビームおよび透過パルスが導入され
ているＡＯＭの２ポートへの接続が２つの単一モードウ
ェーブガイドを具え、Ａ［ＩＭに向けられたその端面が
レンズの光軸から少なくとも実質的に等距離で配設され
、単一モードウェーブガイドの端面とレンズとの間のビ
ームの軸がレンズの光軸に平行に延在し、かつレンズと
ＡＯＭとの間のビームがレンズの光軸に対してプラグ角
αで傾斜しかつ実質的にＡ［）Ｍの中心でお互いに交差
するように、その軸がＡＯＭの透過軸と整列して配置さ
れていることを特徴としている。

既知の装置でＡＯＭの片側に配設された各ウェーブガイ
ドがそれ自身のレンズを有しているが、この場合には単
一レンズがＡＯＭのいずれかの側に配設されている。ウ
ェーブガイド、レンズおよびＡＯＭは、レンズがビーム
の拡大および平行収束に役立つのみならず、ウェーブガ
イドから現出するビームの中心軸の方向に対してプラグ
角に等しい角度だけビームを偏向する偏向素子としてま
た動作するようにお互いに対して配設されている。

レンズの光軸とＡＯＭの透過軸は等しくかつ角度の差は
調整ずべきてはない。ウェーブカイトはお互いに平行に
配設されている。所与の間隔を持つ平行位置はウェーブ
ガイドの正確な角度配置よりもずっと容易に実現される
。

平行ウェーブガイド間の距離は非常に小さく、−１４〜 ずなわぢそれらの外径の値の３倍より小さく、従ってレ
ンズのウェーブガイドの端面ばＡＯＭに非常に密接して
配設され、同時にウェーブがイトの露出したクラップイ
ンク　（ｂａｒｅ　ｃｌａｄｄｉｎｇ）は実質的にお互
いに対して位置決めされることが好ましい。

もし隣接ウェーブガイドの中心軸間の距離が少なくとも
近似的に値ｄ＝ｆ・２α（ｆ−レンズの焦点距離）を有
するなら、レンズとウェーブガイドとの間のビーフ、軸
はレンズの光軸に平行であり、レンズとＡＯＭの間では
ＡＯＭを通って導かれた音響的波面（ａｃｏｕｓｔｉｃ
　ｗａｖｅｆｒｏｎｔ）の方向に対してプラグ角で傾斜
している。

もしレンズの焦点距離ｆがＷ　ｆｆｉａＭ・π・ｗｏ／
λいｌｌ。−単一モードウェーブガイドのフィールド幅
、λ−先の波長、２　Ｗ、、ａ、　−ＡＯＭのアクティ
ブ聞「１の直径）を本質的に越えないなら、ＡＯＭを横
切る平行ヒームのビート直径がＡＩ’ｌ１Ｍのアクティ
ブ開口を越えないことが保証される。

セルフォックレンズを使用することは容易であろう。し
かし、本発明に必要な焦点距離を持つセルフォックレン
ズは現在利用できない。しかし、本発明による解決法は
平凸レンズあるいは両凸レンズによって顕著に実現でき
る。

レンズとウェーブガイドが支持体に固着されているバル
ク光装置（ｂｕｌｋ−ｏｐｔｉｃａｌ　ａｒｒａｎｇｅ
ｍｅｎｔ）が好ましく、それはへ〇Ｍ多重ポート素子の
製造中に３つの垂直座標方向ｘ、　　ｙ、　　ｚの距離
の相対的調整が可能であるようなやり方で行われている
。

減衰を最小にするために、正確な調整が可能であり、こ
れは空間通路の無いバージョンと対比される（例えば、
集積オブチクス）。

座標方向ｘ、　　ｙ、　　ｚの距離が選択的に調整され
かつお互いに無関係に固定される調整が促進され、そし
て−座標方向の調整の場合に他の座標の位置の調整が維
持されることを保証する手段が備えられている。−座標
方向の調整は他の座標方向の調整プロセスの間に変化す
ることができない。

特に４ポー）　へ〇Ｍ素子において、レーザービームが
結合されＣいる側の八［］Ｍのポート接続が今後規定さ
れるようにまた形成されることが有利であ後方散乱反射
に敏感に作用するく不安定性）レーザーを使用する場合
に、レーザーの透過ビームが光アイソレークを介して通
過することが有利である。

ｌｌ−ザーの光受信器（例えばフォトダイオード）によ
って反射された放射は前に述べられた２つの実施例の非
対称カプラーによってかなり減衰されるから、光アイソ
レークの使用は他のシステム成分の妨害反則が十分妨げ
られる限り一般的には不必要であろう。

ヘテＤダイン受信は偏光に敏感な検出方法である。最適
受信に対して信号光と局部発振器光の偏光は一致しなく
てはならない。すなわち、お互いに垂直である偏光の混
合種（ｍｉｘｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔ）　　は零になる
。

ファイバの長平方向の各要素からの後方散乱光は時間の
関数として別々の予知できぬかつ一般にゆっくり変化す
る偏光状態（Ｓ叶　：５ｔａｔｅｓ　ｏｆｐｏｌａｒｉ
ｚａｔｉｏｎ）を有している。それ故、固定局部発振器
偏光の場合に信号フェーディングが存在する。これを防
ぐために、ＬＯビームが偏光スクランブラを介して導入
されるのが有利である。

お互いに対して４５°だけ回転した２つの磁石装置によ
り、交互する力が単一モードファイバのセクションに加
えられた。この磁石は異なる周波数（例えば１７１１ｚ
と２１１１ｚ）の３角波電流、およびＯから２πの遅延
が２方向でウェーブガイドに生じたような振幅によって
動作した。偏光効果によると期待される後方散乱曲線の
揺動がほぼ０，１．ｃｌＢとなれることが達成された。

本発明による後方散乱測定テ゛バイスに対して、１１、
ｌＨｚのレーザーライン幅は局部発振器と周波数シフト
光の重畳によって得られた中間周波数スペクトルの帯域
幅に対する要件に合致する利点がある。ＤＦＢ　　（分
布帰還）レーザーは発明のこの点に関し有利であると見
られている。レーザーの非常に簡単かつ非常に有効な安
定性は、レーザービームが反則端面を持つｍ−モードエ
ーブガイドのセクションに接続されたその交差結合ポー
トを有する非対称カプラーの低減衰（特に１．５ｄＢ）
直接通路を介して通過し、従って透過エネルギの小さい
部分が安定化の目的でレーザーに帰還されたと言うこと
で達成された。

１つの装置において、単一モード４ポートフアイバカプ
ラーは単一モードファイバピッグテール（ｓｉｎｇｌｅ
−ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ　ｐｉｇｔａｉｌ）を持つＤＦ
Ｂレーザーにスプライスされた。１つの分岐は狭帯域レ
ーザー光の取出し結合アーム（ｃｏｕｐｌｉｎｇ−ｏｕ
ｔ　ａｒｍ）として役立ち、一方、他のアームは安定化
分岐として使用された。外部位相共振器はレーザーピッ
グテール、そのファイバ接続を持つカプラー、および反
射が起こるファイバ端部によって形成されている。ファ
イバセクションは端部「ミラー」として役立ち、カプラ
ーの適用された寸法によってそれはＤＦＢレーザーのラ
イン幅狭量化に（ｌｉｎｅ−ｗｉｄｔｈ　ｎａｒｒｏｗ
ｉｎｇ）に保証し、かつ共振器長を規定している。セク
ションの反射の程度は実際には約２％（−１７６８）　
である。と言うのは、切断中の避けられない角度欠陥は
約４％（−１４ｄＢ）の理論値が得られることを一般に
妨げるからである。レーザーで約０．０２％（−３７ｄ
Ｂ）の反射の最適度を得るために、１０％の結合度のカ
プラーが選ばれた。

取出し結合分岐からの妨害反射を抑制するために、この
ファイバ端部は約１０°の角度で研磨された。レーザー
で反射されたビームの偏光面は良く維持されていた。と
言うのは、レーザーとカプラーの間およびカプラーと出
口との間に短いファイバピースが使用されたからである
。有効出力電力の本質的損失無しに１００ｋＨｚのレー
ザーライン幅が達成された。

通常の構造の透過レーザー、特にＤＦＢレーザーは後方
散乱測定デバイスからの反射の場合にそれらの狭帯域性
を失うから、光アイソレータの使用に加えて、反射を防
ぐ別の手段を取ることは有利であろう。と言うのは、よ
く知られているように、アイソレータが反射を完全にブ
ロックしないからである。従って、好ましい解決法によ
ると、ＡＯＭへのポート接続を構成するウェーブガイド
の端面はそれらの軸に対しである角度で傾斜されている
。

その角度は直角から僅かばかり、特に約β−６゜だけ異
なり、そしてウェーブガイドの軸はレンズ軸に対しであ
る角度、特にｒ＝２．７°だけ延在し、ウェーブガイド
の端面から現出するビームの軸はレンズの光軸に平行に
延在している。

この測定はもし４ポ一トＡＯＭによって形成された本発
明の前述の実施例の１つが使用されるなら特に推奨すべ
きものである。その場合にはアイソレータは必要とはさ
れないであろう。

透過レーザーのフレネル反射をブロックするすべての測
定は、もしその安定度と狭帯域化を失うこと無く反射に
対してそれ自身数に十分敏感でないレーザーが使用され
るならもちろん不必要である。

本発明を添付図面を参照し、実例によって詳細１ご言凭
明する。

第１図は音響光学変調器（ＡＯＭ）　１を示し、それを
通して音響波が矢印２の方向に通過できる。光ビームは
ポート接続を構成する単一モードウエーブガイド３．　
４．　５．　６および示されていないレンズを介してＡ
ＯＭ　１を通して導かれている。矢印７の方向にウェー
ブガイド３を介して到来するレーザー透過ビームは、Ａ
ＯＭ　１が付勢されない場合にウェーブガイド６のＬＯ
ビームとして直接受信さレル。ＡＯＭ　１がパルスモー
ドで音響的に付勢されると、周波数シフト測定パルスは
テストウェーブガイドに接続されているウェーブガイド
５を介して矢印の方向に単一モードテストウェーブガイ
ドに透過される。矢印９の方向に戻りかつ散乱位置に依
存する時間遅延を有する後方散乱信号は、もはや音響的
に付勢されないＡＯＭ　１を介してウェーブガイド４に
達し、かつ非対称ファイバカプラー１０を介して（矢印
１１の方向に）ＬＯビームに重畳される。得られた混合
信号は単一モードウェーブガイド１３を介してフォトダ
イオード１４の光学的に敏感な表面領域に向けられる。

カプラー１０は後方散乱されたパルスのエネルギの約９
０％が（矢印９の方向に）ウェーブガイド４とウェーブ
ガイド１３との間の直接通路を介して透過されるよな寸
法となっている。後方散乱されたエネルギの約１０％の
みがカプラー１０の不使用接続（ｎｏｎ−ｕｓｅｄ　ｃ
ｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）１５　ヘの結合により失われる。

それとは逆に、ＬＯエネルギの１０％がウェーブガイド
１１からウェーブガイド１３に透過される。

フォトダイオード１４からウェーブガイド１３に後方散
乱された反射はウェーブガイド１１のそれらの通路のカ
プラーによりそれらの値の約１０％に低減されるから、
従って反射の減衰されたかなりの部分は八日Ｍ１とウェ
ーブガイド３を介してレーザー（示されていない）に達
することができる。従って、もし第３図を参照して説明
された測定がＡＯＭ１のポート接続の反射を低減するよ
う取られるなら光アイソレータを省くことは可能である
。第１図によるシステム装置はもし非常に低い減衰を有
するＡ［］Ｍが利用可能なら有利である。

第２図によるシステムの構成において、ＡＯＭ　２と非
対称カプラー１０はお互いに異なるやり方で関連してい
る。さらに多重モードウェーブガイド１６はΔ（］Ｍ１
の第４ポート接続として単一モードウェーツガイト４を
置換する。

テストウェーブガイドは単一モードウェーブガイド１７
に接続されるべきである。矢印９の方向に入来する後方
散乱信号は多重モードウェーブガイド１６に達し、次に
カプラー１０の低減衰直接通路（９０％）と非付勢ＡＯ
Ｍ　１を介してフォトダイオード１４に達する。矢印１
１の方向にウェーブガイド６を介して通過されたＬ［］
ビームの約１０％はカプラーＸＯで前以て混合される。

第１図の実施例と比較すると、カプラーは後方散乱エネ
ルギの２倍減衰（ｔｗｏ−ｆｏｌｄ　ａｔｔｅｎｕａｔ
ｉｏｎ）を保証する。と言うのは、透過パルスと後方散
乱信号として後方散乱されたその一部分は約１０％だけ
減衰されるからである。

他方、ＡＯＭ　１からの混合信号の最大受信のための多
重モードウェーブガイド１６の整列はずっと簡単であり
かつさらに効果的であるから、実質的に挿入損失は生じ
ｌよい。

第２図による解決方法は、もし低透過損失を持つＡＯＭ
が利用可能でありかつ調整要素の数の低減を狙うなら好
ましいであろう。またこの解決方法に対して、第１図に
よる装置と同様に好ましい条件の下では光アイソレータ
は省かれよう。

第３図は簡単に調整できかつ第４図に示されたようなシ
ステム構造に有利に適している構造を有する低減衰、低
反射の３ポー）　ＡＯＭを示している。

第３図に図式的に示された３ポート要素システムは、八
（ＩＭＬ同じタイプでありかつ同じ焦点距離ｆを有する
レンズ１８と１９、およびポート接続を構成する単一モ
ードウエーブガイド２０．２１．２２を具えている。レ
ンズ１８と１９の光軸およびＡＯＭ　１の透過軸は中心
軸１２と一致している。ウェーブガイド２０．２１２２
の長手軸はＡＯＭ　１に導かれる音響波の方向２に中心
軸１２を通って延在している共通平面でお互いに平行に
配設されている。

ＡＯＭＩの中心とウェーブガイド２１と２２の端面との
間の距離ｐは値ｎ　＝２ｆ−１−（ｎ　＋１　）　ｂ／
２ｎ　（ｎ　−Ａ［ｌ１Ｍ材料の屈折率、ｂ　＝ＡＯＭ
の幅）を多分持つべきである。しかしこの値の非常に正
確な調整はＡＯＭ　　１のアクティブ開口の直径がレン
ズ１９とＡＯ（４１の間に延在する平行な幅広ビームの
フィールド幅より大きい場合に必要とされず、そのビー
ムは入団の中心でお互いに交差し、かつ誇張して示され
たプラグ角αで中心軸１２に向けられている。そのよう
な方向はウェーブガイド２１と２２の中心軸間の距離が
少なくとも実質的にｄ＝ｆ・２αにある場合に得られて
いる。

ウェーブガイド２０と２２の軸は中心軸１２と音響波の
方向２によって与えられる共通平面に存在する。

光アイソレータ２３がレンズ１８とＡＯＭＩの間に挿入
されているから、ウェーブガイド２０の端面とＡＯＭｌ
の中心との間の距離は値！より大きい。ウェーブガイド
２１と２２の端面は中心軸１２から同じ距離に配設され
ている。ウェーブガイド２０の端面に対して、中心軸１
２からの大きな距離はより長いビーム通路という理由で
得られている。この距離は第２図に誇張して示されてい
る。ウェーブガイド２２と２０の相対位置の間の区別は
肉眼では殆ど観測できない。

ウェーブガイド２０から２２の端面が角度β−６゜±３
０％だけ傾斜しているから、フレネル反射は認めること
のできる付加挿入損失を生じること無く−？６− 実質的に回避されている。中心軸１２に対して角度ｒ＝
２．７°±３０％にあるウェーブガイド２０から２２の
軸の斜めの位置は、それらの端面から現出するビームが
レンズの光軸および中心軸１２それぞれに平行である軸
に沿ってレンズ１８と１９にぶつかるために必要とされ
ている。これは平行幅広ビームがＡＯＭの中心に向かっ
てプラグ角で延在することを保証している。

アイソレータ２３はウェーブガイド２０を介して方向づ
けられたレーザービームの偏光面が矢印２４の方向で実
質的に妨げられないで通過するようなやり方で整列され
ている。アイソレータ２３を通るその通過に基づく光の
偏光面の非相反回転のために、実質的にどんな反射光も
レーザーの反対方向に戻れない。光は第３図による３ポ
ート要素を通るその通路上で僅かしか減衰されないから
、第４図によるこの装置に備えられたヘテロダイン０Ｔ
ＤＨのレンジは非常に大きい、すなわち、お互いからの
大きな距離に位置しているテストウェーブガイドの長手
方向セクションの減衰特性は信頼性あるやり方で測定す
ることができる。

単一構成要素の正確な調整はこの成功に本質的に寄与し
た。第３図による装置では１μｍの数分の１の正確な調
整は簡単な構成手段と相対的に簡単な調整努力により可
能であった。

ウェーブガイド２１と２２の間の距離がウェーブガイド
直径の３倍値より小さく選べるから、ＡＯＭ装置の非常
に短い構成長はその結果である。第１図および第２図の
基本回路図に示されたＡＯＭ　１は従ってアイソレーク
２３の無い第３図と同様に構成された。

第４図によるシステムは、利用可能な要素（ＤＦＢレー
ザー、　ＡＯＭ　）を使用する場合に有利な妥協である
。そのポート接続を持つＡＯＭ　１は簡単に構成でき、
かつ低損失に正しく調整できる。カプラー２８を介して
反射されている単一モードウェーブガイド２９によって
安定化された１３００−ｎｍ連続波レーザー２５（日立
のＨＬ　１３４．１八、ライン幅約１．００　ｋ　ｌ＋
　ｚ、電力約１ｍＷ）はＡＯＭＩと３ｄＢ光カプラー２
６を通って１０分岐の光検出器２７に達する。ＡＯＭ　
１は検査すべきファイバに周波数シフト光パルスを発生
ずるために使用されている。それはパルス期間の間に高
周波信号（周波数ｆ＝８０Ｍｌｌｚ　）によって制御さ
れいてる。それによって発生された移動する音響波はレ
ーザー光をファーストオーダーで（プラグ角で）屈折し
かつ同時にそれを周波数ｆによってシフトする（ドツプ
ラー効果）。光パルスは４ポートカプラー２６を通して
テストウェーブガイド３０に到達する。後方散乱信号（
レーレ−散乱）は再びカプラー２６を横断し、開信号と
混合し、最後に検出器２７に達する。第４図に示された
対称カプラー２６への接続と比較すると、カプラーの右
側あるいは左側の接続は動作に影響無く交換できる。

３ポー）ＡＯＭＩは瞬時周波数シフトを有する高速光ス
イッチとして使用され、かつ４ポートフアイバカプラー
２６により最小可能な光損失を与えている。と言うのは
、光はＡＯＭ　１を１回たけ通過しなければならないか
らである。後方散乱信号は対称３ｄＢカプラーによって
約−３，５ｄＢだけ減衰されている。

さらに第３図に示された３ポートＡＯＭ　１はレーザー
安定度に影響するシステム反射を抑制するために光アイ
ソレータ２３の使用を許容している。反射を最小にする
たｙつに、第３図による傾斜ウェーブガイド２０から２
２が使用された。相対的に容易に調整できる小型ＡＯＭ
構造が実現され、これは機械的負荷および熱負荷に敏感
でなく、かつ小さい光透過損失を有している（アイソレ
ータにより約＝６ｄＢ）。約−１０ｄＢｍのレーザー電
力（１００μ’ｓ　）がテストファイバの入口で利用可
能である。

アイソレータ２３、レンズ１８と１９、およびＡＯＭの
いずれかの側に正確に整列されたウェーブガイド２０と
２１を具えるへ〇Ｍシステムの小型構造は通常の装置と
比べてずっと小さかった。八［１Ｍとレンズとの間の小
さい距離の焦点の位置は、４ｍｍの焦点距離で１２５　
μｍだけ離れ、かつ１．６°のへ０Ｍ偏向角となるよう
に選ばれた。ウェーブガイド２１と２２（コアー直径９
μｍ１外径１２５　μｍ）がお互いに直接位置決めされ
た。収束されたレーザービームはウェーブガイドコアー
に真直向けられた。

偏光フェーディング効果がもっと早く平均化できる偏光
スクランブラ−３１がＡＯＭ　とカプラーとの間のＬ口
分岐に配設されている。

局部発振器光に重畳された光信号はウェーツガイト接続
を有する通常の１００　ＭＨｚ　ＰＩＮＦＥＴ検出器２
７から受信されている。結果としての電気信号３２を処
理するために、８０　Ｍｌｌｚの中間周波数に同調され
たフィルタがキャリア周波数後方散乱信号に対応する帯
域幅で使用されている。妨害周波数成分はあり得る相互
変調を避けるように引き続く増幅器段から隔離されてい
る。

引き続いて、ダイオードによる復調あるいは整流が実行
されている。この復調器ダイオード（「第２検出器」）
はその特性曲線の二次部分（ｑｕａｄｒａｔ、ｉｃ　ｐ
ａｒｔ）の対応バイアス電流によって動作している。こ
れはもしＩＦ信号振幅が高すぎず、従ってもしＩＰ増幅
度が正しく適応されているなら、広いダイナミック領域
にわたって高感度と光後方散乱信号の歪みの無い電気的
再生となっている。

約２Ｋｔｌｚの角周波数におけろ低域通過フィルタリン
グの後、後方散乱電力に比例する電圧レベル３３が利用
可能である（二乗されたＩＦ倍信号包絡線）。

それは１μｓの間隔（１００ｍｋの局部解像度に対応す
る）で１０−ピッ）Ａ／Ｄ変換器３４によって各レーザ
ーパルスで走査されかつディジタル的にＭ積される。

さらに反射率計のレンジを増大し、かつ干渉（フェーデ
ィング）効果をスムースにするために、多数の連続測定
信号曲線が平均化できる。

このために高速実時間電子平均装置（ｆａｓｔ　ｒｅａ
ｌｔｉｍｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｖｅｒａｇｅｒ
）が（萌えられた（回路素子３４）。それは時間の関数
として連続するレーザーパルスの４０９６個までの測定
値の蓄積を許容する。１μｓの走査間隔において、これ
は約４００ｋｍのファイバ通路の最大長に対応している
。平均化の目的で１００万測定結果までが実時間で集計
でき、同時に各メモリ位置（チャネル）の４０９６個の
個別測定値の各々が以前の結果の和に加算される。５０
ｋｍの測定長の場合（１００ｍ毎に５００ヂヤネル）、
ＡＯＭは５００　μｓ毎に周波数シフトレーザーパルス
を発生ずることができ、従って２０００平均化操作が毎
秒実行でき、全体で１００万個の個別測定となる。

反射率計の測定可能な一方向ダイナミックレンジの利得
は２．５ｄＢ−１ｏｇ（ｍ）　（ｍ−平均化操作の数）
で得られている。例えば、１０００θ測定ザイクル（５
０ｋｍの距離（こおける全測定時間の５秒）で１ＱｄＢ
の信号対雑音比の改善が得られている。ｌ］ＴＤＲプロ
セス制御と測定された後方散乱信号の評価はコンピュー
タ３５によって実行される。電子平均装置のチャネル数
は測定すべき最大距離の選択から生じている。測定結果
は平均化されたデータをもう１度加算するコンピュータ
の表示スクリーン３６上にグラフとして表示され、一方
、可能な平均化操作の数、従って信号対雑音比はさらに
増大できる。電子デバイスによって実行される測定サイ
クルの数は２つの評価とチャネル数との間の間隔から生
じている。最後の測定の評価およびグラフ表現の間に、
電子デバイスは連続的に改善された測定曲線３７となる
次の平均化操作を既に実行しており、この曲線は既知の
特性変動を表示し、かつ減衰特性とテストウェーブガイ
ドの品質についての情報を与える。

（要　約） 本発明はウェーブガイドに送信された光パルスの後方散
乱部分の測定によって単一モードウェーブガイド（テス
トウェーブガイド）の減衰特性を決定するヘテロダイン
光時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）に関連し、これは音響
光学変調器（ＡＯＭ＞がパルスモードで付勢される場合
に音響周波数で変調されている光周波数でテストすべき
ウェーブガイドにレーザーから透過ビームを偏向するＡ
ＯＭが具えられ、かつＡＯＭが付勢されない場合にＡＯ
Ｍを横切るレーザービームによって構成された局部発振
器ビーム（１，０）に重畳されている。光ンステム損失
は重畳が受動カプラー、特にファイバカプラー（１０゜
２６）で実現されると低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による第１０ＴＤＲの木質的光構成要素
の配列を線図的に示し、 第２図は本発明による第２０ＴＤＲの本質的光構成要素
を線図的に示し、 第３図は本発明による第３０ＴＤＲに適しているＡＯＭ
の構成要素の配列を示し、 第４図は本発明による第３　［ＩＴＤＲの光構成要素と
関連電子回路の配列を線図的に示してしいる。 １・・音響光学変調器（ＡＤＭ） ２・・・矢印 ３．４，５．６・・・単一モードウェーブガイド７、　
８．　９・・・矢印あるいはビーム１０・・・（非対称
）カプラー １１・・・矢印あるいはウェーブガイドあるいはＬＯビ
ーム １２・・・中心軸あるいは透過軸 １３・・・単一モードウェーブガイド １４・・・フォトダイオードあるいは光電子変換器１５
・・非使用接続 １６・・・多重モードウェーブガイド １７　・単一モードウェーブガイド １８、１９・・レンズ ２０、　２１．２２・・単一モードウェーブガイド２３
・・・アイソレーク　　　２４・・・矢印２５・・・レ
ーザー ２６・・・３ｄＢカプラーあるいは対称カプラー２７・
・・光検出器あるいは光電子変換器２８・・・（非対称
）カプラー ２９・・・単一モードウエーブガイト ３０・・・テストウェーブガイド ３１・・・偏光スクランブラ− ３２・・・電気信号　　　　　３３・・・電圧レベル３
４・・・Ａ／Ｄ変換器　　　３５・・・コンピュータ３
６・・・表示スクリーン　　３７・・・測定曲線３８・
・・回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ウェーブガイドに送信された光パルスの後方散乱部
   分の測定によってテストウェーブガイドである単一モー
   ドウェーブガイドの減衰特性を決定するヘテロダイン光
   時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）であって、 音響光学変調器（ＡＯＭ）がパルスモードで音響的に付
   勢される場合に音響周波数で変調されている光周波数で
   テストすべきウェーブガイドにレーザーから透過ビーム
   を偏向するＡＯＭ、およびＡＯＭが付勢されない場合に
   ＡＯＭを横切るレーザービームによって構成された局部
   発振器ビーム（ＬＯ）に重畳されているテストウェーブ
   ガイドから後方散乱された光パルス、を具えるものにお
   いて、重畳が特にファイバカプラ（１０、２６）のよう
   な受動カプラーで実現されていることを特徴とする装置
   。 ２、テストウェーブガイドからの後方散乱信号が非対称
   カプラー（１０）に低減衰直接通路を伴う非付勢ＡＯＭ
   （１）を介して光電子変換器（１４）に通じる単一モー
   ドウェーブガイド（１３）に導入され、かつＬＯビーム
   （１１）が上記のカプラー（１０）の交差結合通路を介
   して上記の単一モードウェーブガイドに導入されている
   こと、を特徴とする請求項１記載の装置。 ３、ＡＯＭ（１）によって回折されたビーム（８）が非
   対称カプラー（１０）の低減衰直接通路を介してテスト
   ウェーブガイドに導入され、かつ後方散乱信号（９）が
   カプラー（１０）の交差結合通路を介してＬＯビーム（
   １１）に重畳され、かつ混合された信号が非付勢ＡＯＭ
   （１）を介して光電子変換器（１４）に通じる多重モー
   ドウェーブガイドに（１６）に導入されること、を特徴
   とする請求項１もしくは２記載の装置。 ４、回折されたビームパルスが３ｄＢカプラーである対
   称カプラー（２６）の直接通路を介してテストウェーブ
   ガイド（３０）に透過され、かつ後方散乱信号がカプラ
   ー（２６）の交差結合通路を介して重畳されているＬＯ
   ビームが光電子変換器（２７）に通じる単一モードウェ
   ーブガイドに対称カプラー（２６）の別の直接通路を介
   して逆方向に導入されること、を特徴する請求項１記載
   の装置。 ５、回折されたビームパルスが３ｄＢカプラーである対
   称カプラー（２６）の交差結合通路を介してテストウェ
   ーブガイド（３０）に透過され、かつＬＯビームがカプ
   ラー（２６）の交差結合通路を介して後方散乱信号と逆
   方向に混合され、上記の後方散乱信号は光電子変換器（
   ２７）に通じる単一モードウェーブガイドにカプラー（
   ２６）の直接通路上で導入されること、を特徴とする請
   求項１記載の装置。 ６、テストウェーブガイド（３０）に通じるＬＯビーム
   および透過パルスが導入されているＡＯＭ（１）の２ポ
   ートへの接続が２つの単一モードウェーブガイド（２１
   、２２）を具え、ＡＯＭ（１）に向けられたその端面が
   レンズ（１９）の光軸から少なくとも実質的に等距離で
   配設され、単一モードウェーブガイド（２１、２２）の
   端面とレンズ（１９）との間のビームの軸がレンズ（１
   ９）の光軸に平行に延在し、かつレンズ（１９）とＡＯ
   Ｍ（１）との間のビームがレンズ（１９）の光軸に対し
   てプラグ角αで傾斜し、かつ実質的にＡＯＭ（１）の中
   心でお互いに交差するように、その軸がＡＯＭの透過軸
   （１２）と整列して配置されていることを特徴とする請
   求項１から５のいずれか１つに記載の装置。 ７、レーザービームが結合されている側でＡＯＭのポー
   ト接続がまた請求項６に規定されたように形成されてい
   ることを特徴とする請求項６記載の装置。 ８、レーザー（２５）の透過ビームが光アイソレータ（
   ２３）を介して通過していることを特徴とする請求項１
   から７のいずれか１つに記載の装置。 ９、光アイソレータ（２３）がレンズ（１８）とＡＯＭ
   （１）の間の透過ビームの通路に配設されていることを
   特徴とする請求項８記載の装置。 １０、ＬＯビームが偏光スクランブラー（３１）を介し
   て導入されていることを特徴とする請求項１から９のい
   ずれか１つに記載の装置。 １１、レーザー（２５）が分布帰還（ＤＦＢ）レーザー
   であることを特徴とする請求１から１０のいずれか１つ
   に記載の装置。 １２、反射端面を持つ単一モードウェーブガイドのセク
   ション（２９）に接続されたその交差結合ポートを有し
   、従って透過エネルギの少部分が安定化の目的でレーザ
   ー（２５）に帰還されている非対称カプラー（２８）の
   特に１．５ｄＢである低減衰直接通路を介してレーザー
   ビームが通過されていることを特徴とする請求項１から
   １１のいずれか１つに記載の装置。 １３、ＡＯＭへのポート接続を構成するウェーブガイド
   （２０、２１、２２）の端面が直角から僅かばかり異な
   っている角度、特に約β＝６゜だけ異なっている角度で
   それらの軸に対して傾斜しており、かつ ウェーブガイドの軸がレンズ軸に対して特 にγ＝２．７°のような角度で延在し、ウェーブガイド
   （２０、２１、２２）の端面から現出するビームの軸が
   レンズの光軸に平行に延在していることを特徴とする請
   求項１から１２のいずれか１つに記載の装置。