JPH02251730A - 光導波路用後方散乱測定装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路内の反射の原因となる散乱点分布を
測定する先導波路用後方散乱測定装置（ＯＴ　Ｄ　Ｒ：
　０ｐｔｉｃａｌ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌ
ｅｃｔｍｅｔｏｍｅｔｒｙ）に利用され、特に、スペク
トル幅の広い光源と干渉計を利用したサブミリ空間分解
能を有するヘテロゲイン型の光導波路用後方散乱測定装
置に関する。

〔従来の技術〕

第５図は文献１に示された第一従来例の構成を示す説明
図である。第４図において、１はスペクトル幅のゐい光
源、２は集光用レンズ、３はファイバー形３ｄＢカプラ
ー、４はコリメートレンズ、５は連続移動型の全反射鏡
、６は円筒型電歪振動子、７は被測定用光導波路、９は
増幅器、８は交流発信器、１０は光検出器、および１１
は選択レベル計である。

光源１からの出射光は、集光用レンズ２を介してファイ
バー形３ｄＢカプラー３内に入射する。入射した一方の
光は、コリメートレンズ４を介して平行ビームとなり、
全反射鏡５で全反射した後に再びファイバー形３ｄＢカ
プラー３内に入射し、参照光となる。また、入射した光
の一方は、被測定用光導波路７内に入射する。

ここで、ファイバー形３ｄＢカプラー３の一部は、円筒
型電歪振動子６に巻き付けられている。発振器８の出力
を増幅器９で増幅した交流電圧をこの円筒型電歪振動子
６に印加することにより、ファイバーに周期的な伸縮を
加えて、伝搬光に位相変調を加え、以下に述べるような
ホモダイン検波を行う。

全反射鏡５で反射した光（参照光）と、被測定用先導波
路７内で後方に散乱した光とは、ファイバー形３ｄＢカ
プラー３の結合部で再び合波する。

合波光は光検出器１０で受光される。光源１からの出射
光はスペクトル幅が広いため、全反射鏡５で反射した参
照光と、光測定用先導波路７の特定の場所Ｚで反射した
光だけが干渉する。

Ｚ地点における反射率をＱ　（Ｚ）とすれば、干渉信号
は、 Ｉ　（Ｚ　）　＝　Ｉ　ｏ　ＬＪ万ｃｏｓ　（φ＋φｏ
ｃＯ８ωｔ）　・−＝　（１）となる。ここで、１．は
定数、φは参照光と反射光との位相差、ωは円筒型電歪
振動６の変調周波数である。（１）式におけるω成分は
、Ｉω＜ｚ＞＝　ＩｏＬ江訂Ｊｌ（φｏ）ｓｉｎφｃｏ
ｓωｔ・・・・（２） となる。ここで、ＪＩ（φ。）は１次のベッセル関数で
ある。

位相差φはファイバー形３ｄＢカプラー３のファイバ一
部の温度による伸縮や外乱によりランダムに変化してし
まうため、（２）式中のｓｉｎφの値をつねに１とする
ことは不可能である。このため、ここに示した第一従来
例では、全反射鏡５をビーム方向に連続的に低速度でス
キャンさせている。この場合、 φ＝ω、１ となる。ここで、ω。は全反射鏡５の移動によって生じ
る反射光のドツプラーシフト量である。

このため、（２）式は、 工ω（Ｚ）＝−Ｉ。ｆζＧ汀Ｊｌ（φ。）（ｓｉｎ（ω
＋　ω。）　ｔ　＋５ｉｎ（ａ＞　−０ｇ）　ｔ　）・
・・・・（３） となり、（３）式中のω＋ω。成分またはω−ω０成分
のみを選択レベル計１１で測定することにより、各地点
での反射率Ｑ　（Ｚ）が測定可能となる。

ところが、全反射鏡５の移動の際に生じる振動が雑音と
なって、反射率Ｑ　（Ｚ）検出の際のＳＮ比を劣化させ
る。また、移動速度のむら（１０％）に起因するドツプ
ラーシフトω。の変動（１０％）のため、ＳＮ比向上を
目的として選択レベル計１１のバンド幅を狭くすること
が難しい欠点がある。

また、この第一従来例では、全反射鏡５がビームの方向
に移動する。ファイバーからの出射光は、この全反射鏡
５で反射した後に再びコリメートレンズ４を介してファ
イバ内に入射する。このため、全反射鏡５のビーム方向
に対するわずかな角度変化に対してもファイバーへの入
射効率が変化してしまう。通常、全反射鏡５がｌ　ｃａ
ｉ移動すると結合効率が５０％と低下する。

この問題を解決したものが文献２に示された第６図に示
す第二従来例である。第６図において、１２ハコリメー
トレンズ、１３はハーフミラ−１ならびに１４および１
５は全反射鏡である。この場合、第５図と異なり、全反
射鏡５はファイバー出射端に密着して固定される。そし
て全反射鏡１５は連続移動型である。

参照光と反射光の合波光は、コリメートレンズ１２テ平
行ビームとなり、ハーフミラ−１３と全反射鏡１４と１
５とから構成されるマイケルソン干渉計に入射する。こ
こで、参照光と反射光との光路差を可変とするために、
全反射鏡１５がビーム方向に移動する。この場合、全反
射鏡１５からの反射光をファイバー内に再入射すること
がないので、光パワーの損失は生じない利点がある。し
かし、検波方式は、第５図に示した第一従来例と同じで
あるため、ＳＮ比の向上が期待できない欠点がいぜんと
して存在する。

文献１、ビー、エル、ダアニイエルソン、シーデー、ホ
ワイテエンベイ　（Ｂ、Ｌ、Ｄａｎｉｅｌｓｏｎ　ａｎ
ｄ　Ｃ。

Ｄ、Ｗｈ　１ｔｔｅｎｂｅｙ）　　ｒ　フイクロメータ
ノ分解能を持ったガイデッドウェーブ反射率測定装置（
Ｇｕｉｄｅｄ−ｗａｖｅ　ｒｅｆｅｌｅｃｔ＋ｙ＋ｅｔ
ｒｙ　ｗｉｔｈ　ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　ｒｅｓｏｌｕ
ｔｉｏｎ）　Ｊアプライド　オブティ力（Ａｐｐｌ、Ｏ
ｐｔ、）　、２６巻１４号、２８３６−２８４２頁、１
９８７年、 文献２、ケー、タカダ、アイ、ヨコハマ、ケーチダ、ジ
エ、ノダ（Ｋ、Ｔａｋａｄａ　、Ｉ、Ｙｏｋｏｈａｍａ
、に、Ｃｈｔｄａ　５ａｎｄ　Ｊ、Ｎｏｄａ）　　ｒ干
渉計技術を用いた先導波路の位置誤り測定装置（Ｎｅｗ
　ｍｅａｓｕｒｅＩＩＩｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ
　ｆａ−ｕｌｔ　１ｏｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｐｔｉｃ
ａｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　ｄｅｖｉｃｅｓ　ｂａ−ｓ
ｅｄ　ｏｎ　ａｎ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｍｅｔｒｉｃ　ｔ
ｅｃｈｎｉｑｕｅ）　　アプライド　オプティカ（Ａｐ
ｐｌ、　０ｐｔ）、２６巻９号、１６０３−１６０６頁
、１９８７年。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上説明したように、従来の光導波路用後方散乱測定装
置は、参照光と、被測定用光導波路からの反射光との合
波光を受光し検出した信号の中から位相変調成分を検波
するのにホモダイン検波を用いているため、第３図（ａ
）に第一従来例の出力信号の一例を示すように、ＳＮ比
が悪い欠点がある。

本発明の目的は、従来の装置に存在した全反射鏡の移動
速度のむらや振動に起因する雑音を低減し、ＳＮ比を向
上した高感度なヘテロダイン型の被導波路用後方散乱測
定装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、スペクトル幅の広い光源と、この光源からの
出射光を二分し一方を参照光とし他方を被測定用先導波
路に入射させその反射光と前記参照光とを合波させ合波
光をうる分岐合波手段とを備えた先導波路用後方散乱測
定装置において、前記参照光および前記反射光に時間に
対して直線的な位相変化を与えるために、位相変調電圧
として三角波的に周期的に変化する電圧を用いる変調手
段と、前記合波光の干渉強度内の前記変調手段によって
生じる干渉信号を狭帯域で検出する検出手段とを備えた
ことを特徴とする。

また、本発明は、前記分岐合波手段として、ファイバー
形３ｄＢカプラーを用いることができる。

また、本発明は、前記変調手段として、前記ファイバー
形３ｄＢカプラーの二つの出射側の一方のファイバーが
巻き付けられた第一の円筒型電歪振動子と、この第一の
円筒型電歪振動子に三角波の周期的変調電圧を印加し位
相変化αｔ（αは定数、ｔは時間）を与える三角波変調
電圧印加手段とを用い、前記検出手段として、前記合波
光を受光する光検出器と、この光検出器で検出された干
渉信号からα／２πの周波数の干渉信号を狭帯域で検出
する選択レベル計とを用いることができる。

また、本発明は、前記変調手段として、前記ファイバー
形３ｄＢカプラーの二つの出射側の両方のファイバーが
それぞれ巻き付けられた第一および第二の円筒型電歪振
動子と、前記第一の円筒型電歪振動子に三角波の周期的
変調電圧を印加し、前記第二の円筒型電歪振動子にその
極性を反転しかつ同期した周期的変調電圧を印加し位相
変化αｔ（αは定数、ｔは時間）を与える三角波変調電
圧印加手段とを用い、前記検出手段として、前記合波光
を受光する光検出器と、この光検出器で検出された干渉
信号からα／２πの周波数の干渉信号を狭帯域で検出す
る選択レベル計とを用いることができる。

また、本発明は、前記変調手段として、前記ファイバー
形３ｄＢカプラーの二つの出射側の一方のファイバーが
巻き付けられた第一の円筒型電歪振動子、ならびにいず
れか一方のファイバーが巻き付けられた第三の円筒型電
歪振動子と、前記第一円筒型電歪振動子に三角波の周期
的変調電圧を印加し位相変化αｔ　（αは定数、ｔは時
間）を与える三角波変調電圧印加手段、ならびに前記第
三の円筒型電歪振動子に周波数ｆの正弦波変調電圧を印
加する正弦波変調電圧印加手段とを用い、前記検出手段
として、前記合波光を受光する光検出器と、この光検出
器で検出された干渉信号からα／２π＋ｆの周波数の干
渉信号を狭帯域で検出する選択レベル計とを用いること
ができる。

また、本発明は、前記変調手段として、前記ファイバー
型３ｄＢカプラーの二つの出射側の両方のファイバーが
それぞれ巻き付けられた第一および第二の円筒型電歪振
動子、ならびにいずれか一方のファイバーが巻き付けら
れた第三の円筒型電歪振動子と、前記第一の円筒型電歪
振動子に三角波の周期的変調電圧を印加し前記第二の円
筒型電歪振動子にその極性を反転しかつ同期した周期的
変調電圧を印加し位相変化αｔ　（αは変数、ｔは時間
）を与える三角波変調電圧印加手段と、前記第三の円筒
型電歪振動子に周波数ｆの正弦波変調電圧を印加する正
弦波変調電圧印加手段とを用い、前記検出手段として、
前記合波光を受光する光検出器と、この光検出器で検出
された変調波信号からα／２π＋ｆの周波数の信号を狭
帯域で検出する選択レベル計を用いることができる。

〔作用〕

分岐合波手段として、例えばファイバー形３ｄＢカプラ
ーを用い、変調手段として、例えば前記ファイバー形３
ｄＢカプラーの出射側のファイバーに巻き付けられた円
筒型電歪振動子と、これに三角波的に周期的に変化する
位相変調電圧を印加し、参照光およびまたは被測定用光
導波路からの反射光に対して直線的な位相変化αｔ　（
αは定数、ｔは時間）を与える。そして、検出手段は合
波光を受光検出した信号から、前記変調手段により変調
されたα／２πの周波数の干渉信号を狭帯域で検出する
。なお、この場合前記参照光は前記ファイバー形３ｄＢ
カプラーの出射側の一方のファイバー端と光学的に結合
された全反射鏡を連続移動できなくステップ的に移動す
ることでえられる。

すなわち、反射率の測定は、前記全反射鏡を各地点で停
止した状態で、参照光およびまたは被測定用被導波路か
らの反射光に時間に対して直線的に増減を繰り返す三角
波の位相変調を印加し、この結果生じる干渉信号中の一
定周期成分を狭帯域で、いわゆるヘテロゲイン検波によ
り検出することで行う。

従って、従来の装置に存在した全反射鏡の移動速度のむ
らや振動に起用する雑音を低減し、ＳＮ比を向上させる
ことが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一実施例の構成を示す説明図である
。

本節−実施例は、スペクトル幅の広い光源１と、光源１
からの出射光を集光する集光用レンズ２と、光源１から
の出射光を集光用レンズ２を介して入射し二分して一方
を参照光として他方を被測定用先導波路７に入射させそ
の反射光と前記参照光とを合波させ合波光をうる分岐合
波手段としてのファイバー形３ｄＢカプラー３と、この
ファイバー形３ｄＢカプラー３の参照光用のファイバー
に結合され、所定の参照光をうるためのコリメートレン
ズ４およびステップ的に移動させるステップ移動型の全
反射鏡５ａと、 前記参照光および前記反射光に、時間に対して直線的な
位相変化を与えるために、位相変調電圧として三角波的
に周期的に変化する電圧を用いる変調手段としてのファ
イバ形３ｄＢカプラー３の二つの出射側の両方のファイ
バーがそれぞれ巻き付けられた第一および第二の円筒型
電歪振動子６および１６と、円筒型電歪振動子６に三角
波の周期的変調電圧を印加し、円筒型電歪振動子１６に
その極性を反転しかつ同期した周期的変調電圧を印加し
位相変化αｔ　（αは定数、ｔは時間）を与える三角波
変調電圧印加手段としての三角波発生器１７、増幅器１
８および反転器１９と、 前記合波光の干渉強度内の前記変調手段によって生じる
変調波信号を狭帯域で検出する検出手段としての、前記
合波光を受光する光検出器１０と、この光検出器１０で
検出された干渉信号からα／２πの周波数の干渉信号を
狭帯域で検出する選択レベル計１１ａとを備えている。

本発明の特徴は、第５図に示した第一従来例における連
続移動型の全反射鏡５をステップ移動型の全反射鏡５ａ
に、選択レベル計１１を狭帯域で選択する選択レベル計
１１ａに代えるとともに、円筒型電歪振動子１６、三角
波発生器１７、増幅器１８、および反転器１９を設けた
ことにある。

次に、本節−実施例の動作について第２図（ａ）、（５
）右よび（Ｃ）ならびに第３−図（ａ）および（ハ）を
参照して説明する。ここで、第２図（ａ）、ら）および
（Ｃ）は位相変調電圧と干渉信号の波形図、ならびに第
３図（ａ）および（ハ）は第一従来例と第一実施例の測
定結果の出力信号比較を示す特性図である。

三角波発生器１７からの周期１０〇七の三角波は、増幅
器１８により、第２図（ａ）に示すような±１０００ボ
ルトの三角波電圧Ｖ　（ｔ）に増幅されて円筒型電歪振
動子６に印加される。一方、反転器１９により極性を反
転された第２図（ｂ）に示す三角波電圧−■（１）を円
筒型電歪振動子１６に印加させ、参照光と反射光との間
に、２ＡＶ　（ｔ）の位相差を与えている。ここで、Ａ
は定数である。なあ、円筒型電歪振動子６または１６の
一方に三角波電圧ｖ　（ｔ）を印加しただけでも参照光
と反射光間にＡＶ　（ｔ）の位相差が印加されるが、こ
こではヘテロダイン検波の周波数を高くするために、両
光に逆位相の電圧を加えである。このとき生じる干渉信
号の一例を第２図（Ｃ）に示す。

干渉信号Ｉ　（Ｚ）は、（１）式と同様に、Ｉ（Ｚ）＝
Ｉ。ｋＪ万ｃｏｓ　（φ、＋２ＡＶ（ｔ））・・・・（
４） となる。ここで、φ１はＶ　（ｔ）＝Ｏのときの、参照
光と反射光の位相差を示す。ＡＶ　（ｔ）が２π増加（
あるいは減少）するごとに、Ｉ　　（Ｚ）が１周期変化
する。ここでは、最大位相変化が、２ＡＶ（ｔ）＝２０
π となっているために、２ＡＶ　（ｔ）が最小値から最大
値まで変化するごとに、１０周期のビート信号が生じる
。しかも、ｖ　（Ｂが直線的に変化しているために、こ
のビート信号の周波数の変動率は１％であった。このよ
うに、干渉信号１　　（Ｚ）は、ω、　＝２００に の周期のビート成分が生じるので、これを選択レベル計
１１＆で測定することにより、全反射鏡５ａの各点に右
ける反射率Ｑ　（Ｚ）を、全反射鏡５ａの連続移動では
なくステップごとの移動で順次求めることができる。

第３図（ａ）および（社）は、それぞれ第一従来例と、
本節−実施例とで、同一の先導波路の反射分布を測定し
た結果を示す。Ｚ＝０は、先導波路の入射端を示し、Ｚ
〉０が光導波路内の各点を示す。

ここで、第一従来例の選択レベル計１１のバンド幅は５
０Ｈｚ、本節−実施例の選択レベル計１１８のバンド幅
は２七であった。なお、このバンド幅は第一従来例では
、全反射鏡５の移動の際の速度むら、また本節−実施例
では位相変調の直線性により限定される。

この結果から明らかなように、本ヘテロゲイン検波方式
では、全反射鏡の移動の際に生じる振動や、ドツプラー
シフトの変動による影響がないため、ＳＮ比として１桁
以上の改善が可能となった。

同様にして、第６図に示した第二従来例に対しても、三
角波電圧を円筒型電歪振動子６に印加することにより、
ヘテロゲイン検波によるＳＮ比の改善が可能となる。

第４図は本発明の第二実施例の構成を示す説明図である
。

本第二実施例は、第１図の第一実施例に対して、円筒型
電歪振動子６からのファイバーが巻き付けられた第三の
円筒型電歪振動子２０と、この円筒型電歪振動子２０に
対して位相変調電圧として高周波の正弦波電圧を与える
ための周波数ｆなる高周波信号を発生する高周波発生器
２２および増幅器２１とを設け、選択レベル計として、
干渉信号のなかからα／２π＋ｆとなる周波数の干渉信
号を狭帯域で検出する選択レベル計１１ｂを用いたもの
である。

なお、第一実施例と同様に円筒型電歪振動子はなくとも
よく、円筒型電歪振動子２０は参照光側に設けてもよい
。

次に、本第二実施例の動作について説明する。

いま、高周波発生器２２は、ω＝　１ｏｋＨｚの周期の
信号を発生するものとする。この場合、円筒型電歪振動
子２０は、ω＝　１０ｋＨｚの周期で正弦波的に伸縮す
るため、この場合の干渉信号１　　（Ｚ）は、ｒ　（Ｚ
）　＝　Ｉ　ｏ　５ｃｏｓ　（（ω＋　ｗυｔ＋φｒ　
）　Ｊｌ（φ。）　・−（５）となり、ヘテロゲイン検
波周波数は、 （Ｌｌ＋　ω＋＝１０ｋＨｚ＋２００Ｈ２＝１０．２Ｋ
Ｈｚと高い周波数になり、ωＩ　＝２００Ｈ２帯での検
波と比較して、１／ｆ雑音などの低周波雑音が約−桁低
減し、−層の高感度化が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、従来の装置より
も一桁以上感度を向上させることが可能であるため、光
導波路の後方レーリ敗乱測定が可能となり、後方レーリ
敗乱量の導波路長手方向分布を求めることにより、導波
路損失等の導波路特性を明らかにすることができ、その
効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の構成を示す説明図。 第２図（ａ）、（ｂ）＃よび（Ｃ）はその三角波電圧お
よび干渉信号の一例を示す波形図。 第３図（ａ）および（社）はそれぞれ第一従来例および
第一実施例の出力信号を示す特性図。 第４図は本発明の第二実施例の構成を示す説明図。 第５図は第一従来例の構成を示す説明図。 第６図は第二従来例の構成を示す説明図。 １・・・光源、２・・・集光用レンズ、３・・・ファイ
バー形３ｃ１８カプラー、４．１２・・・コリメートレ
ンズ、５．５ａ、１４．１５・・・全反射鏡、６．１６
．２０・・・円筒型電歪振動子、７・・・被測定用光導
波路、８・・・交流発振器、９．１８．２１・・・増幅
器、１０・・・光検出器、１１．１１ａ１１１ｂ・・・
選択レベル計、１３・・・ハーフミラ−１１７・・・三
角波発生器、１９・・・反転器、２２・・・高周波発生
器。 特許出願人　日本電信電話株式会社、２１．、。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スペクトル幅の広い光源と、この光源からの出射光
   を二分し一方を参照光とし他方を被測定用光導波路に入
   射させその反射光と前記参照光とを合波させ合波光をう
   る分岐合波手段とを備えた光導波路用後方散乱測定装置
   において、 前記参照光および前記反射光に時間に対して直線的な位
   相変化を与えるために、位相変調電圧として三角波的に
   周期的に変化する電圧を用いる変調手段と、 前記合波光の干渉強度内の前記変調手段によって生じる
   干渉信号を狭帯域で検出する検出手段とを備えたことを
   特徴とする光導波路用後方散乱測定装置。