JPH02304328A - Method and device for searching fault point of optical fiber - Google Patents
Method and device for searching fault point of optical fiberInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は光ファイバの障害点を光学的に探索する光ファ
イバ障害点探索方法と、これを用いた装置 (OTDR
:0ptical Tiff1e Domain
Rcf’lectometer)に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical fiber failure point searching method for optically searching for a failure point in an optical fiber, and an apparatus using the same (OTDR).
:0ptical Tiff1e Domain
Rcf'lectometer).
光ファイバアナライザと呼ばれる光ファイバ障害点探索
装置は、披l1−1定光ファイバに測定用のパルス光を
入射し、レーリー散乱光(後方散乱光)あるいはフレネ
ル反射光等に起因する戻り光強度の時間的変化を検出し
、これによって障害点を検出するようになっている。こ
のような0TDRにおいては、従来から光検出器として
アバランシェフォトダイオード(A P D)や高速フ
ォトダイオード等が用いられている。An optical fiber fault detection device called an optical fiber analyzer inputs pulsed light for measurement into a constant optical fiber 1-1, and calculates the time of return light intensity caused by Rayleigh scattered light (backscattered light) or Fresnel reflected light. It is designed to detect physical changes and detect failure points based on this. In such 0TDR, an avalanche photodiode (APD), a high-speed photodiode, or the like has conventionally been used as a photodetector.
一方、被111定光ファイバに障害があると障害点で強
いフレネル反射光を生じ、これが戻り光とI7て光検出
器に入射されることになる。このため、光検出器や後段
の増幅器の応答波形にいわゆる「すそひき」が生じ、障
害点のより後方(特に直後)の時間域で観測不能域が現
れていた。そこで、この、欠点を除去するため、従来か
ら光偏向器などを用いたマスク機能を付加することがな
されている。On the other hand, if there is a fault in the 111 constant optical fiber, strong Fresnel reflected light will be generated at the fault point, and this will enter the photodetector as return light I7. As a result, a so-called "flank" occurs in the response waveforms of the photodetector and the downstream amplifier, and an unobservable region appears in a time region further behind (especially immediately after) the failure point. Therefore, in order to eliminate this drawback, a masking function using an optical deflector or the like has been conventionally added.
しかしながら、従来の赤外光の検出にはGsやIn S
b PのAPDやフォトダイオードが用いられるが、こ
れら光検出素子のノイズは可視充用のStフォトダイオ
ードに比べて高レベルであり、また電流増幅率も低く、
長距離の光ファイバ障害 、点探索には使えなかった
。一方、光検出器としての光電子増倍管やSi −AP
Dは極めて低ノイズ、高感度ではあるが、長波長帯では
感度が著しく低い。特に、光ファイバ通信に用いられる
波長1.3〜1.55μmの赤外光に対しては極めて低
感度であるので、はとんど実用化されていない。However, conventional infrared light detection requires Gs and InS.
b P APDs and photodiodes are used, but the noise of these photodetecting elements is higher than that of visible-use St photodiodes, and the current amplification factor is also low.
It could not be used for point searching due to long-distance optical fiber failures. On the other hand, photomultiplier tubes and Si-AP as photodetectors
Although D has extremely low noise and high sensitivity, the sensitivity is extremely low in the long wavelength band. In particular, it has extremely low sensitivity to infrared light with a wavelength of 1.3 to 1.55 μm used in optical fiber communications, so it is rarely put into practical use.
一方、光−内器を用いることで「すそひき」の除去を行
なおうとしても、光偏向器自体の応答速度やドライブ回
路の帯域などの制限のため、上記の観a−1不能域は3
0m程度以下とすることができなかった。また、光偏向
器を用いると、3〜6dBの損失が生じてしまう。On the other hand, even if an attempt is made to eliminate the "striping" by using an optical internal device, due to limitations such as the response speed of the optical deflector itself and the bandwidth of the drive circuit, the above-mentioned view a-1 cannot be achieved. 3
It was not possible to reduce the distance to approximately 0 m or less. Furthermore, if an optical deflector is used, a loss of 3 to 6 dB will occur.
そこで本発明は、ダイナミックレンジを拡げると共に時
間分解能を向上させるを可能とし、望ましくは障害点直
後の観ΔP1不能域を生じなくすることが可能な先ファ
イバ障害点探索方法と、これを用いた装置を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, the present invention provides a method for searching for a fiber failure point that can expand the dynamic range and improve the temporal resolution, and desirably prevent the occurrence of a ΔP1 impossible region immediately after the failure point, and an apparatus using the same. The purpose is to provide
本発明に係る光ファイバ障害点探索方法および装置は、
被測定光ファイバにδか1定パルス光を入射したときの
戻り光の強度の時間的変化から、被11$1定光ファイ
バの障害点を探索するものに適用され、披7il定光フ
ァイバからの戻り光をポンプ光との間で和または差周波
混合させることより、観測波形を求めることを特徴とす
る。The optical fiber fault point searching method and device according to the present invention include:
It is applied to searching for fault points in a constant optical fiber under test based on the temporal change in the intensity of the returned light when a constant pulse light of δ or 1 is input into the optical fiber under test. It is characterized by obtaining an observed waveform by performing sum or difference frequency mixing of light and pump light.
すなわち、本発明方法は、被測定光ファイバからの戻り
光と波長が異なるポンプ光を当該戻り光に結合させて和
または差周波混合による和または差周波光を生成させ、
この和または差周波光強度の時間的変化を観l−1する
ことにより、戻り光強度の時間的変化に相似の観測波形
を得ることを特徴とする。That is, the method of the present invention combines pump light having a different wavelength from the return light from the optical fiber to be measured to the return light to generate sum or difference frequency light by sum or difference frequency mixing,
By observing the temporal change in the sum or difference frequency light intensity, an observed waveform similar to the temporal change in the returned light intensity is obtained.
また、本発明の装置は、被測定光ファイバからの戻り光
と波長が異なるポンプ光を出射するポンプ光源と、戻り
光とポンプ光を入射して和または差周波混合による和ま
たは差周波光を生成する非線形光学素子と、和または差
周波光の強度の時間的変化を観測する観測手段とを備え
ることを特徴とする。The apparatus of the present invention also includes a pump light source that emits pump light having a wavelength different from that of the return light from the optical fiber to be measured, and a sum or difference frequency light that is generated by inputting the return light and the pump light and performing sum or difference frequency mixing. It is characterized by comprising a nonlinear optical element that generates the light and an observation means that observes temporal changes in the intensity of the sum or difference frequency light.
ここで、戻り光の強度がフレネル反射などによって急に
高くなる時間間隔でポンプ光強度が零または十分に低レ
ベルとなるようにポンプ光源(例えば半導体レーザ)を
制御するようにしてもよく、観測手段を光電子増倍管と
、その出力を計数するカウンタと、光電子増倍管の出力
のうちの所定レベル以下のものをノイズとして除去する
ノイズ除去回路を用いて構成してもよい。Here, the pump light source (for example, a semiconductor laser) may be controlled so that the pump light intensity becomes zero or a sufficiently low level at time intervals when the intensity of the returned light suddenly increases due to Fresnel reflection, etc. The means may be constructed using a photomultiplier tube, a counter that counts the output thereof, and a noise removal circuit that removes as noise the output of the photomultiplier tube that is below a predetermined level.
本発明の光ファイバ障害点探索方法によれば、戻り光が
周波数の異なるポンプ光との間で和または差周波混合さ
れることにより、和または差周波光の波長に適した分光
感度特性の光検出器を用いて戻り強度の時間的変化に相
似の観測波形を得ることができる。According to the optical fiber fault detection method of the present invention, return light is summed or difference frequency mixed with pump light having different frequencies, so that light with spectral sensitivity characteristics suitable for the wavelength of the sum or difference frequency light is produced. Using a detector, it is possible to obtain an observed waveform similar to the temporal change in return intensity.
また、本発明の装置によれば、ポンプ光を出力するポン
プ光源や、和または差周波混合を生成させる非線形光学
素子や、あるいは従来の0TDR等で用いられている光
検出手段などを組み合せるだけで、上記の観測波形を得
ることができる。また、戻り光強度のピーク部分でポン
プ光を変調すれば、「すそ引き」の除去もなし得る。ま
た、光電子増倍管を用いて光子計数法を採用することに
より、ダイナミックレンジを飛躍的に向上させることが
できる。更に、CRTなどの表示手段を設ければ、観1
lp1波形を画像上で表示することもできる。Further, according to the device of the present invention, only a pump light source that outputs pump light, a nonlinear optical element that generates sum or difference frequency mixing, or a photodetection means used in conventional 0TDR etc. can be combined. The above observed waveform can be obtained. Furthermore, if the pump light is modulated at the peak of the returned light intensity, "flank" can be eliminated. Furthermore, by employing a photon counting method using a photomultiplier tube, the dynamic range can be dramatically improved. Furthermore, if a display means such as a CRT is provided, viewing
The lp1 waveform can also be displayed on an image.
以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明の実施例に係る光ファイバ障害点探索方
法を適用した装置の構成図であり、第2図は7I−1定
の様子を示すタイミング図である。第1図に示す如く、
例えば半導体レーザで構成されるalll定パルス光F
7.1からの測定パルス光PIN(波長λ1)は、第1
の光結合器2を介して被測定光ファイバ3に入射される
。測定パルス光PINは被測定光ファイバ3を伝播する
過程でレーリー散乱やフレネル反射により減衰し、図中
に実線のパルス波形で示すようになる。一方、戻り光P
は点UT
線のパルス波形で示すようになる。従って、第2図のタ
イミングチャートのように、同図(a)の如き測定パル
ス光PINが被側定光ファイバ3に入射されたときは、
戻り光P の強度Iλ1の時UT
量的変化は同図(b)のようになる。ここで、戻り光P
の強度が急激に変化する点は、被測定UT
光ファイバ3の著しい障害点や光コネクタ等による接続
点を示し、ゆるやかな変化はファイバ中のレーリー散乱
等を示している。FIG. 1 is a block diagram of an apparatus to which an optical fiber fault detection method according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 is a timing diagram showing the state of 7I-1 constant. As shown in Figure 1,
For example, all constant pulse light F composed of a semiconductor laser
The measurement pulsed light PIN (wavelength λ1) from 7.1 is the first
is input into the optical fiber 3 to be measured via the optical coupler 2 . The measurement pulse light PIN is attenuated by Rayleigh scattering and Fresnel reflection during the process of propagating through the optical fiber 3 to be measured, and becomes as shown by a solid line pulse waveform in the figure. On the other hand, the return light P
is shown by the pulse waveform of the point UT line. Therefore, as shown in the timing chart of FIG. 2, when the measurement pulse light PIN as shown in FIG. 2(a) is incident on the fixed optical fiber 3,
When the intensity of the return light P is Iλ1, the quantitative change in UT is as shown in FIG. 2(b). Here, the return light P
A point where the intensity changes rapidly indicates a significant failure point in the UT optical fiber 3 under test or a connection point by an optical connector, etc., and a gradual change indicates Rayleigh scattering in the fiber.
戻り光P は第1の光結合器2を介して第2UT
の光結合器4に入射され、ここでポンプ光源5から出射
されたポンプ光と合成(光結合)される。The returned light P 2 is incident on the optical coupler 4 of the second UT 2 via the first optical coupler 2 , where it is combined (optically coupled) with the pump light emitted from the pump light source 5 .
ここで、ポンプ光源5は例えば半導体レーザで構成され
るが、出力されるポンプ光の波長λ2は戻り光P の
波長λ1と異なるものでなければなUT
らない。なぜなら、非線形光学素子からはポンプ光と戻
り光の第2高調波(λ 、λ )が発生するので、
ポンプ光と戻り光が同一波長のときは和周波光と同一波
長になってノイズ成分となるからである。Here, the pump light source 5 is composed of, for example, a semiconductor laser, but the wavelength λ2 of the output pump light must be different from the wavelength λ1 of the return light P. This is because the second harmonics (λ, λ) of the pump light and return light are generated from the nonlinear optical element.
This is because when the pump light and the return light have the same wavelength, they become the same wavelength as the sum frequency light and become a noise component.
このような戻り光P とポンプ光が第2の光tlT
結合器4で合成されて非線形光学素子6に入射されると
、和または差周波混合によって波長がλ3の和または差
周波光が生成される。、ここで、非線形光学素子6は例
えばLiNbO2などの異方性結晶で形成されるが、こ
の非線形光学索子6による和または差周波混合で生成さ
れる光は、和周波混合光(強度:■λ 、振動数: (
,73M2π・C/λ3)について例示すれば、入射光
の強度をIλ 、Iλ2とし、振動数をω −2π・C
/l
iλ ω −2π・C/λ2とすると(Cは光1’
2
速)、
I λ ■ ■ λ 拳 I λω3−ω1+ω
2
となる。また、これ以外に前述の戻り光とポンプ光の第
2高調波!λ 、■λ5も発生する。When such return light P and the pump light are combined by the second light coupler 4 and incident on the nonlinear optical element 6, sum or difference frequency light having a wavelength of λ3 is generated by sum or difference frequency mixing. Ru. Here, the nonlinear optical element 6 is formed of an anisotropic crystal such as LiNbO2, and the light generated by sum or difference frequency mixing by the nonlinear optical element 6 is sum frequency mixed light (intensity: ■ λ, frequency: (
, 73M2π・C/λ3), the intensity of the incident light is Iλ, Iλ2, and the frequency is ω −2π・C
/l
If iλ ω −2π・C/λ2 (C is light 1'
2 speed), I λ ■ ■ λ fist I λω3−ω1+ω
It becomes 2. In addition to this, the second harmonic of the aforementioned return light and pump light! λ and ■λ5 are also generated.
従って、非線形光学素子6から出射された光を分光手段
7に入射して波長λ3の和周波光のみを抽出すると、こ
の光の波長λ3は元の光の波長(λ 、λ2)よりも短
波長となり、光検出器8として暗71mの少ないS!−
フォトダイオードや、光が微弱なときに適した光電子増
倍管(PMT)を用いることができる。Therefore, when the light emitted from the nonlinear optical element 6 enters the spectroscopic means 7 to extract only the sum frequency light of wavelength λ3, the wavelength λ3 of this light is shorter than the wavelength of the original light (λ, λ2). Therefore, as the photodetector 8, S! with less darkness of 71m! −
A photodiode or a photomultiplier tube (PMT) suitable for use when the light is weak can be used.
このように本実施例では、′W41の特徴としてポンプ
光と被測定光による波長変換光(例えば和周枝先)を検
出対象としているので、次のような特徴的作用がある。As described above, in this embodiment, as a feature of 'W41, the wavelength-converted light (for example, the end of a wave branch) by the pump light and the light to be measured is targeted for detection, so that the following characteristic effect is obtained.
すなわち、PMTの前に波長変換手段としての非線形光
学素子を設けて、長波長帯の光を可曳域の光に変換し、
PMTで光検出を行うことができる。波長変換手段とし
てはLiNbO2などの非線形光学材料で導波路構造を
持つものが開発され、その変換効率は1%以上に達して
いる。この球な波長変換手段とPMTを組合せた時の量
子効率は0.3%程度であり、現在市販の0TDRに使
用されているAPDの量子効率(50〜80%)と比べ
ると1/170〜1/270程度である。しかしながら
、APDは増倍率がGc−APDで400程度以下、I
n GaAsで40程度以下と低く、また暗電流による
雑音やアバランシェ増幅時のショット雑音が大きい。That is, a nonlinear optical element as a wavelength conversion means is provided in front of the PMT to convert light in a long wavelength band to light in a towable range,
Photodetection can be performed with PMT. As a wavelength conversion means, one having a waveguide structure made of a nonlinear optical material such as LiNbO2 has been developed, and its conversion efficiency has reached 1% or more. The quantum efficiency when this spherical wavelength conversion means is combined with PMT is about 0.3%, which is 1/170 to 1/170 compared to the quantum efficiency (50 to 80%) of APD currently used in commercially available 0TDRs. It is about 1/270. However, APD has a multiplication factor of about 400 or less for Gc-APD, and I
n GaAs, it is low at about 40 or less, and noise due to dark current and shot noise during avalanche amplification are large.
このため、最小受信レベルは100MH2の帯域で40
nW程度である。一方、波長変換手段としての非線形光
学素子とPMTの組合せによれば、全体の量子効率は低
いが、検出器であるPMTが低ノイズかつ高ゲインを持
つことにより、最小受信レベルは100MH2の帯域で
8nW程度であり、APDを使用した装置よりS/Nが
良く、大きなダイナミックレンジが得られる。Therefore, the minimum reception level is 40MHz in the 100MH2 band.
It is about nW. On the other hand, the combination of a nonlinear optical element and a PMT as a wavelength conversion means has a low overall quantum efficiency, but since the PMT as a detector has low noise and high gain, the minimum reception level is in the 100 MH2 band. It is about 8 nW, and has a better S/N than a device using an APD and a larger dynamic range.
光検出器8の出力は増幅器9で増幅され、信号処理回路
10に送られる。ここで、信号処理回路の入力部分には
A/D変換器(図示せず)が設けられて信号のデジタル
化がされるが、後述の光子計数法を採用するときはA/
D変換器の代りにカウンタが設けられる。The output of the photodetector 8 is amplified by an amplifier 9 and sent to a signal processing circuit 10. Here, an A/D converter (not shown) is provided at the input part of the signal processing circuit to digitize the signal.
A counter is provided in place of the D converter.
信号処理回路10は所定タイミングでΔ−1定パルス光
PINが出力されるように測定パルス光源1を制御しな
がら、戻り光P のレベルの急な立ちUT
上りタイミングに同期してポンプ光が十分に低レベルと
なるようにポンプ光源5を制御する。第2図を参照して
これを説明すると、同図(a)のように測定パルス光P
INがn1定パルス光源1から出射されると、戻り光P
の時間的変化は同図UT
(b)のようになる。ここで、光強度がピークを示す時
点t 、tz、tzは、光伝送路における障害点や光コ
ネクタ等に対応している。The signal processing circuit 10 controls the measurement pulse light source 1 so that the Δ-1 constant pulse light PIN is output at a predetermined timing, and detects a sudden rise in the level of the return light P. The pump light source 5 is controlled to have a low level. To explain this with reference to Fig. 2, as shown in Fig. 2 (a), the measurement pulse light P
When IN is emitted from n1 constant pulse light source 1, return light P
The temporal change in UT is as shown in Figure UT (b). Here, the times t, tz, and tz at which the light intensity peaks correspond to failure points, optical connectors, etc. in the optical transmission path.
これを従来の技術で観測すると、同図(c)のように時
点1,12.13で著しい「すそ引き」■
を生じる。そこで本実施例では、信号処理回路10から
の指令によってポンプ光源5を制御し、第2図中のΔt
、Δt 、Δt3の期間すなわち戻り光強度がピーク
となるときに、ポンプ光Iλ2が出力されない(又は十
分に低レベルの出力となる)ようにする。具体的には、
ポンプ光源5を構成する半導体レーザは10GH2程度
の高速変調が可能であり、かつこれは直流的にレーザ発
振しているので、この半導体レーザへの駆動電流を第2
図(f)のように制御する。すると、非線形光学素子6
に入射されるポンプ光Iλ2のレベルは、第2図(d)
のように期間Δ11゜105倍も高レベルのフレネル反
射光が戻ってきでも、和周波混合光はゼロ又は十分な低
レベルに保たれるので光検出器8は飽和しない。これに
より、同図(e)のような戻り光P の時間変化UT
に対応した観δ−1波形が得られる。この処理結果は、
信号処理回路10から表示装置11に送られ、両面上で
kll 11?1波形が表示される。When this is observed using conventional technology, a significant "heel pull" occurs at time 1, 12.13, as shown in FIG. 2(c). Therefore, in this embodiment, the pump light source 5 is controlled by a command from the signal processing circuit 10, and Δt in FIG.
, Δt, and Δt3, that is, when the intensity of the returned light reaches its peak, the pump light Iλ2 is not output (or the output is at a sufficiently low level). in particular,
The semiconductor laser constituting the pump light source 5 is capable of high-speed modulation of about 10 GH2, and since it oscillates as a DC laser, the drive current to the semiconductor laser is
Control is performed as shown in figure (f). Then, the nonlinear optical element 6
The level of the pump light Iλ2 incident on is shown in Fig. 2(d).
Even if the Fresnel reflected light returns at a higher level for a period of Δ11°105 times as shown in FIG. As a result, a δ-1 waveform corresponding to the time change UT of the return light P as shown in FIG. 2(e) is obtained. The result of this processing is
The signal is sent from the signal processing circuit 10 to the display device 11, and the kll 11?1 waveform is displayed on both sides.
第2図に示すタイミングt 、tz、taは、■
次のようにして求められる。まず、入射パルスP を光
ファイバ3に入射して戻り光P の波I N
OUT形を観i’1lll
すると、第2図(C)の波形が得られる。The timings t, tz, and ta shown in FIG. 2 are obtained as follows. First, an incident pulse P is input into the optical fiber 3, and the return light P is a wave I N
Look at the OUT shape i'1llll
Then, the waveform shown in FIG. 2(C) is obtained.
ここで、観測波形の急な立ち上り時点は上記のタイミン
グt 、tz、tzに対応しているので、これを信号処
理回路10に記憶しておく、次にミ再び入射パルスPI
Nを光ファイバ3に入射し、和周波光の波形を観測する
。このとき、信号処理回路10に記憶しであるタイミン
グt 、tz。Here, since the sudden rising point of the observed waveform corresponds to the above-mentioned timing t, tz, tz, this is stored in the signal processing circuit 10, and then the incident pulse PI is
N is input into the optical fiber 3, and the waveform of the sum frequency light is observed. At this time, timings t and tz are stored in the signal processing circuit 10.
tzにもとづき、ポンプ光源5を構成する半導体レーザ
を第2図(f)の電流で高速変調する。なお、タイミン
グ1,12.13は別途に設けた光検出器により求めて
もよく、表示装置上の波形から手動で制御してもよい。Based on tz, the semiconductor laser constituting the pump light source 5 is modulated at high speed with the current shown in FIG. 2(f). Note that the timings 1, 12, and 13 may be determined by a separately provided photodetector, or may be manually controlled from the waveform on the display device.
次に、上記の実施例を数値によって、より具体的に説明
する。Next, the above embodiment will be explained in more detail using numerical values.
まず、測定パルス光源1としては、通常の光通信に用い
られている波長(λl−1,3μm。First, the measurement pulse light source 1 has a wavelength (λl-1, 3 μm) used in normal optical communication.
1.55μm)の半導体レーザを用いることができる。A semiconductor laser with a diameter of 1.55 μm) can be used.
ΔIIJ定パルス光PINのパルス幅は通常は数10n
sec〜数μsec程度であるが、距離分解能を上げる
ためには、パルス幅が30psec程度の超短パルス光
とすることが望ましい。かかるtii短パルス先は、半
導体レーザをパルス幅100psec程度の駆動パルス
電流で発光させ、緩和振動の第1パルスを利用すること
により容易にiすられる。The pulse width of ΔIIJ constant pulse light PIN is usually several tens of nanometers.
sec to several μsec, but in order to improve the distance resolution, it is desirable to use ultra-short pulse light with a pulse width of about 30 psec. Such a tii short pulse destination can be easily achieved by causing the semiconductor laser to emit light with a drive pulse current having a pulse width of about 100 psec and using the first pulse of relaxation oscillation.
ポンプ光を出力するポンプ光源5についても半導体レー
ザを用いることができる。ここで、ポンプ光の波長λ
は測定パルス光PINの波長λ1と異なることが必要で
あり、例えばλ22−850nに設定される。従って、
n1定パルス光PINの波長λ1を1.55μmとする
と、和周波光の波長λ3は549nm程度(可視光)と
なる。第1の光結合器2および第2の光結合器4として
は光方向性結合器などを用いることができ、分光手段7
としては狭帯域の光学フィルタや分光器を用いることが
できる。A semiconductor laser can also be used for the pump light source 5 that outputs pump light. Here, the wavelength λ of the pump light
must be different from the wavelength λ1 of the measurement pulsed light PIN, and is set to λ22-850n, for example. Therefore,
If the wavelength λ1 of the n1 constant pulse light PIN is 1.55 μm, the wavelength λ3 of the sum frequency light is about 549 nm (visible light). Optical directional couplers etc. can be used as the first optical coupler 2 and the second optical coupler 4, and the spectroscopic means 7
A narrow band optical filter or a spectrometer can be used.
次に、本発明の変形例を第3図および第4図により説明
する。Next, a modification of the present invention will be explained with reference to FIGS. 3 and 4.
この変形例はil?1定のダイナミックレンジを向上さ
せるために、いわゆる光子計数法を応用している。すな
わち、光電子増倍管(PMT)への入射光が極めて微弱
になると、PMTの出力は離散的なパルス状となるが、
そのパルスの時間間隔が入射光量に反比例する現象が知
られている。したがって、そのパルス間隔もしくは所定
時間内のパルス数を計数すれば、入射光の強度を知るこ
とができる。アンプを通したPMTの出力信号は第3図
(a)のようになる。この出力に所定のしきい値Vth
を設け、■th以下の信号をカットすれば、PMT及び
増幅部(AMP)のノイズを除去できる。This variant is il? In order to improve the constant dynamic range, a so-called photon counting method is applied. In other words, when the light incident on a photomultiplier tube (PMT) becomes extremely weak, the output of the PMT becomes discrete and pulse-like.
It is known that the time interval between the pulses is inversely proportional to the amount of incident light. Therefore, by counting the pulse interval or the number of pulses within a predetermined time, the intensity of the incident light can be determined. The output signal of the PMT after passing through the amplifier is as shown in FIG. 3(a). A predetermined threshold value Vth is applied to this output.
By providing the following and cutting signals below ■th, it is possible to remove noise from the PMT and the amplification section (AMP).
そのため、所定時間内のパルス数を計数すれば、ノイズ
を除去した極めて高いS/Nの光測定が可能である。Therefore, by counting the number of pulses within a predetermined time, it is possible to perform optical measurement with an extremely high S/N ratio by removing noise.
増幅後のPMTの出力信号をパルス波形分布として示す
と、第3図(b)のようになる。同図において、実線の
曲線は信号パルスと暗電流パルスの和を示し、ハツチン
グは暗電流成分を示す。図示の通り、しきい値vth以
下をカットすれば、信号成分以下のノイズ成分の多くを
除去し得ることがわかる。The output signal of the PMT after amplification is shown as a pulse waveform distribution as shown in FIG. 3(b). In the figure, the solid curve shows the sum of the signal pulse and the dark current pulse, and the hatching shows the dark current component. As shown in the figure, it can be seen that many of the noise components below the signal component can be removed by cutting below the threshold value vth.
第4図は光ファイバからの戻り光(被測定光)の強度と
、PMTの出力(信号パルス)の関係を。Figure 4 shows the relationship between the intensity of the return light (light to be measured) from the optical fiber and the output (signal pulse) of the PMT.
模式的に示している。図示の通り、P FvI Tから
のパルス出力の頻度は戻り光の強度と対応している。Shown schematically. As shown, the frequency of pulse output from the P FvI T corresponds to the intensity of the returned light.
そこで、等間隔(Δt)のチャネルCHo〜CHごとに
出力パルス数をカウントし、カウンロ
ト値を個々のメモリに格納すれば、戻り光強度をチャネ
ルCHo−CHoごとに求め得る。ここで、第4図のよ
うな光子計数を複数回繰り返し、カウント値をチャネル
CHo−C1nごとに加算していけば、高分解能で高い
ダイナミックレンジの光ファイバ障害点探索が可能にな
る。Therefore, by counting the number of output pulses for each of channels CHo to CH at equal intervals (Δt) and storing the count values in individual memories, the return light intensity can be determined for each channel CHo to CHo. Here, by repeating photon counting as shown in FIG. 4 a plurality of times and adding the count values for each channel CHo-C1n, it becomes possible to search for optical fiber fault points with high resolution and a high dynamic range.
本発明については、種々の変形が可能である。Various modifications are possible to the present invention.
例えば、非線形光学素子にはAj!Ga Asを用いた
ものや、MBANP (2メチル・ベンジン−アミノ・
5・ニトロピリジン)を用いたものが適用可能である。For example, for nonlinear optical elements, Aj! Those using GaAs, MBANP (2-methyl benzine-amino
5.Nitropyridine) is applicable.
また、導波路構造のチェレンコフ放射型のものを用いる
と、感度およびS/Nを向上できる。Furthermore, if a Cerenkov radiation type waveguide structure is used, sensitivity and S/N can be improved.
以上、詳細に説明した通り本発明の方法によれば、戻り
光が周波数の異なるポンプ光との間で和または差周波混
合されて、これが検出されることにより、検出光の波長
に適した分光感度特性の光検出器を用いることができる
。このため、高感度かつ低ノイズの波形を得ることがで
きる。As explained above in detail, according to the method of the present invention, the returned light is summed or difference frequency mixed with the pump light having different frequencies, and this is detected, so that the spectrometer suitable for the wavelength of the detected light is adjusted. A photodetector with sensitivity characteristics can be used. Therefore, a waveform with high sensitivity and low noise can be obtained.
また、本発明の装置によれば、ポンプ光を出力するポン
プ光源や、非線形光学素子や、あるいは従来の0TDR
等で用いられている光検出手段などを組み合せるだけで
、上記の観測波形を得ることができる。また、フレネル
反射による戻り光強度のピーク部分でポンプ光を変調す
ることにより、いわゆる「すそ引き」をなくすことがで
きる。また、光電子増倍管を用いて光子計数法を採用す
ることにより、ダイナミックレンジを向上させることが
できる。更に、CRTなどの表示手段を設ければ、観測
波形を画像上で表示することもできる。Further, according to the device of the present invention, a pump light source that outputs pump light, a nonlinear optical element, or a conventional 0TDR
The above observed waveforms can be obtained simply by combining the photodetection means used in, etc. In addition, by modulating the pump light at the peak of the intensity of the return light due to Fresnel reflection, so-called "tail drag" can be eliminated. Furthermore, by employing a photon counting method using a photomultiplier tube, the dynamic range can be improved. Furthermore, if a display means such as a CRT is provided, the observed waveform can be displayed on an image.
このように、本発明は被測定光ファイバにおける距離分
解能を大幅に改善し、しかも障害点直後の観ΔF1不能
域を実質的に生じなくすることを可能にしているので、
精度の高い障害点探索を実現することができる。As described above, the present invention greatly improves the distance resolution in the optical fiber under test, and also makes it possible to substantially eliminate the ΔF1 impossible region immediately after the failure point.
Highly accurate failure point search can be realized.
第1図は本発明の実施例に係る光ファイバ障害点探索方
法を適用した装置の構成図、第2図は実施例の作用を示
すタイミング図、第3図および第4図は光子計数法を採
用した実施例の作用を示す図である。
1・・・測定パルス光源、2・・・第1の光結合器、3
・・・被aP1定光ファイバ、4・・・第2の光結合器
、5・・・ポンプ光源、6・・・非線形光学素子、7・
・・分光手段、8・・・光検出器、9・・・増幅器、1
0・・・信号処理回路、11・・・表示装置、PIN・
・・a?1定パルス光、P ・・・戻り光。
UT
代理人弁理士 長谷用 芳 樹実施例の作用
光子り十数法の言兜日月
第3図Fig. 1 is a block diagram of a device to which the optical fiber fault detection method according to the embodiment of the present invention is applied, Fig. 2 is a timing diagram showing the operation of the embodiment, and Figs. 3 and 4 are diagrams showing the photon counting method. It is a figure which shows the effect|action of the Example adopted. 1... Measurement pulse light source, 2... First optical coupler, 3
. . . aP1 constant optical fiber, 4. Second optical coupler, 5. Pump light source, 6. Nonlinear optical element, 7.
...spectroscopy means, 8...photodetector, 9...amplifier, 1
0...Signal processing circuit, 11...Display device, PIN・
・・a? 1 Constant pulse light, P...Return light. UT Representative Patent Attorney Yoshiki Hase Practical example of action photons and decimal method Figure 3
Claims (1)
戻り光の強度の時間的変化から、前記被測定光ファイバ
の障害点を探索する光ファイバ障害点探索方法において
、 前記戻り光と波長が異なるポンプ光を当該戻り光に結合
させて和または差周波混合による和または差周波光を生
成させ、この和または差周波光強度の時間的変化を観測
することにより、前記戻り光強度の時間的変化に相似の
観測波形を得ることを特徴とする光ファイバ障害点探索
方法。 2、被測定光ファイバに測定パルス光源からの測定パル
ス光を入射したときの戻り光の強度の時間的変化から、
前記被測定光ファイバの障害点を探索する光ファイバ障
害点探索装置において、前記戻り光と波長が異なるポン
プ光を出射するポンプ光源と、 前記戻り光と前記ポンプ光を入射して和または差周波混
合による和または差周波光を生成する非線形光学素子と
、 前記和または差周波光の強度の時間的変化を観測する観
測手段とを備えることを特徴とする光ファイバ障害点探
索装置。 3、前記戻り光の強度が急に高くなる時間間隔で前記ポ
ンプ光の強度が零または十分に低レベルとなるように前
記ポンプ光源を制御する光源制御手段を更に備える請求
項2記載の光ファイバ障害点探索装置。 4、前記非線形光学手段と前記観測手段の間に和または
差周波光を抽出する分光手段を更に備える請求項2また
は3記載の光ファイバ障害点探索装置。 5、前記観測手段が前記和または差周波光を検出する光
電子増倍管と、その出力を計数するカウンタと、 前記光電子増倍管の出力のうちの所定レベル以下のもの
をノイズとして除去するノイズ除去回路とを有する請求
項2、3または4記載の光ファイバ障害点探索装置。[Scope of Claims] 1. An optical fiber fault point searching method for searching for a fault point in the optical fiber to be measured based on the temporal change in the intensity of the returned light when the measurement pulse light is input to the optical fiber to be measured, The pump light having a different wavelength from the returned light is combined with the returned light to generate sum or difference frequency light by sum or difference frequency mixing, and the temporal change in the intensity of the sum or difference frequency light is observed. An optical fiber failure point search method characterized by obtaining an observed waveform similar to the temporal change in return light intensity. 2. From the temporal change in the intensity of the returned light when the measurement pulse light from the measurement pulse light source is incident on the optical fiber to be measured,
The optical fiber fault point searching device that searches for a fault point in the optical fiber under test includes a pump light source that emits pump light having a wavelength different from that of the returned light; An optical fiber failure point searching device comprising: a nonlinear optical element that generates sum or difference frequency light by mixing; and observation means that observes temporal changes in the intensity of the sum or difference frequency light. 3. The optical fiber according to claim 2, further comprising a light source control means for controlling the pump light source so that the intensity of the pump light becomes zero or a sufficiently low level at a time interval when the intensity of the return light suddenly increases. Failure point search device. 4. The optical fiber fault point searching device according to claim 2 or 3, further comprising spectroscopy means for extracting sum or difference frequency light between the nonlinear optical means and the observation means. 5. The observation means includes a photomultiplier tube for detecting the sum or difference frequency light, a counter for counting the output thereof, and a noise for removing as noise the output of the photomultiplier tube that is below a predetermined level. 5. The optical fiber fault point searching device according to claim 2, further comprising a removal circuit.
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JP2011106991A (en) * | 2009-11-18 | 2011-06-02 | Yokogawa Electric Corp | Light pulse tester |
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1989
- 1989-05-18 JP JP1122914A patent/JP2763586B2/en not_active Expired - Fee Related
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