JPH0313835A - 後方散乱光測定方式及びその装置 - 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、光ファイバに測定用信号光を入射させること
によって光ファイバに発生する後方散乱光を測定する後
方散乱光測定方式及びその装置に関するものである。

し従来の技術］ 光ファイバに光パルス等の光信号を入射し、光ファイバ
中のレーリー散乱のうち入ｒＡ端に戻ってくる光、すな
わら後方散乱光を入射端で観測すると、レーリー散乱強
度は散乱が生じている点における伝搬強度に比例する。

従って、前記後方散乱光強度を時間的に観測することに
より、光ファイバの長手方向の伝搬強度分布、すなわち
損失分布を測定することができる。

光ファイバの損失特性の測定において、後方散乱光測定
方式は光ファイバの長手方向の損失分布を測定できる最
も効果的な手段であり、光ファイバの障害点探索には不
可欠な技術である。

しかし、入射端に戻ってくる後方散乱光の強度は非常に
微弱であり、Ｓ／Ｎの改善を図るためには光ファイバへ
の入力光信号の高出力化、光学系構成部の低損失化およ
び高速平均化処理などを行う必要がある。

第３図は、光パルスを用いて後方散乱光を測定する従来
の後方散乱光測定方式の概略図、第４図（ａ）〜（ｄ）
は第３図のａ−ｄ点におけるそれぞれの信号波形図であ
る。図中１は測定しようとする光ファイバ４の長さβの
２倍の伝搬時間に相当する時間よりも長い繰り返し周期
Ｔ〉２ｇ／ｖ（Ｖは光信号りが光ファイバ４中を伝搬す
る速度）で、かつ所要の測定距離分解能ｄを満足する第
４図（ａ）のようなパルス時間幅Ｗ−２６／ｖの単一パ
ルス信号Ｐを発生するパルス発生器、２は任意の波長の
光を出射する半導体レーザダイオード等の光源、３は光
源２から出射された第４図（ｂ）の如き強度変調された
光信号りを被測定光ファイバ４に入射させると共に被測
定光ファイバ４で発生した第４図（Ｃ）の後方散乱光１
Ｂを光源２とは異なる側に取り出す為の光方向性結合器
、５は受信した後方散乱光ＬＢを電気信号ＥＢに変換す
る受光器、６は高速Ａ／Ｄ変換器とメモリとから構成さ
れる平均化処理回路、７は平均化処理された信号ＥＡを
表示する表示回路である。

次に動作について説明する。パルス信号Ｐによって強度
変調された光信号りは、光方向性結合器３を通過し被測
定光ファイバ４に入射されると、光ファイバ４の伝搬途
中において前述のレーリー散乱を受は後方散乱光ＬＢを
生じる。そして入射端に戻ってきた前記後方散乱光ＬＢ
は、光方向性結合器３によって分岐され、受光器５によ
り第４図（ｄ）のような電気信号ＥＢに変換される。受
光器５で電気変換された後方散乱光強度電気信号ＥＢは
、平均化処理回路６内の高速Ａ／Ｄ変換器で量子化され
、量子化された強度電気信号ＥＢはパルス発生器１から
のパルス信号Ｐをトリガとして逐次時間領域でメモリに
同期加算して平均化される。

平均化処理回路６において時間領域にメモリされた平均
化処理信号ＥＡは、表示回路７に順次表糸される。従っ
て、平均化処理回路６において時間領域に記憶された平
均化処理信号ＥＡを表示回路７でＸ軸を光ファイバ長に
換算して表示することにより、被測定光ファイバ４の長
手方向の損失分布として表わすことができる。

ところで、半導体レーザ増幅器や光ファイバラマン増幅
器または光ファイバレーザ増幅器等の光増幅器を用いた
光通信システム、あるいは双方向の通信を行う双方向光
通信システムに、第３図のような従来の後方散乱光測定
方式を用いた場合には、測定用信号光を入射することに
よって生じた後方散乱光ＬＢと共に通信用信号光あるい
は光増幅器からの雑音光が背景雑音光として受光器５に
受光されるため、後方散乱光ＬＢのＳ／Ｎが大幅に劣化
あるいは測定が不可能となる。

また、前述の光通信システムや無中継光通信システム等
において、通信用光信号によって生じる後方散乱光によ
り、測定用の後方散乱光ＬＢの測定が困難であるため、
インサービスによる光ファイバの損失分布状態の監視が
不可能であった。なお、前述の背景雑音光の影響を除去
する手段としては、光学系に測定用の後方散乱光ｔ−８
のみを取り出す狭帯域の光学フィルタを挿入することが
考えられるが、光挿入損失の増加によってＳ／Ｎが劣化
してしまうなどの欠点があった。この背景雑音光を低減
する方法として、測定用光信号りと局発光とのビート信
号を光ヘテロダイン検波するものがすでに提案されてい
る。

第５図は光ヘテロダイン検波を用いた従来の後方散乱光
測定方式の概略図である。

光源２から出射された光周波数ｆＯの光信号し１０は、
光分波器８により分岐され、一方の分岐光信号Ｌ１１は
周波数変調するために音響光学素子９に、他方の分岐光
信号Ｌ１２は局発光用として光合波器１０にそれぞれ送
られる。

測定用として音響光学素子８に加えられた光信号Ｌ１１
は、駆動回路１１においては発生した周波数へｆの電気
正弦波信号Ｓで音響光学効果による周波数変調を受け、
ｆＯ＋八ｆへ周波数の光信号Ｌ１３に変換される。更に
パルス発生器１からのパルス信号Ｐにより、前記電気正
弦波信号Ｓによる周調動作を制限し、後方散乱光Ｌ１４
の測定用光信号として周波数ｆＯ＋八ｆの単一パルス光
信号Ｌ１３を得ている。このパルス状の測定用光信＠Ｌ
１３を光方向性結合器３を介して光ファイバ４に入射さ
せ、戻ってきた周波数ｆＯ＋八ｆの後方散乱光Ｌ１４を
光合波器１０において分岐光信号Ｌ１２と合波し、その
合波光信号Ｌ１５を受光器５で光ヘテロダイン検波を行
うことにより周波数へｆのビート信号ＥＯが得られる。

このビート信号ＥＯを帯域濾波器（以下、ＦＢ、Ｐ、Ｆ
、Ｊと称す）１２を通すことにより、ビート信号Ｅ１と
して測定に不要な背景雑音光を除去することができる。

背景雑音光を除去されたビート信号Ｅ１は、包絡線検波
器１６で検波され、さらに平均化処理回路６で平均化処
理されて表示される。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、第５図のように光へテロダイン検波を行うため
に、音響光学素子９を用いて周波数変調した場合には、
音響光学素子９の配置により挿入損失が約１０ｄＢ程度
となってしまう。従って、従来では測定用光信号Ｌ１３
のレベルが低くなるために、光ファイバ４内で発生する
後方散乱光Ｌ１４のレベルも低下してしまうという欠点
があった。

また、音響光学素子９は数百万円と極めて高価であるた
め、後方散乱光測定装置も高価になるという問題点があ
った。

さらに、従来の方式を光増幅を行う光中継器が配置され
た光通信システムに適用した場合には測定用光（ｅ号１
１３がパルス波形であるために、光中継器の自Ｉ１１］
電力制御（ＡＰＣ）がしにくいという問題点もあった。

本発明は前記の課題を解決するために成されたもので、
測定用光信号光のレベルを低下させることなく、かつ安
価な後方散乱光測定方式及びその装置を提供せんとする
ものである。

［ｙＩ題を解決するための手段］ 光源からの測定用光信号を光ファイバに入射させて該光
ファイバ内で発生する後方散乱光を入射端側で取出して
測定する後方散乱光測定方式において、本発明の第１の
特徴は予め定めた周期で周波数変調された連続発振の測
定用光信号を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバ
内で発生した後方散乱光と該周波数変調された光信号と
で光へ゛アロダイン検波し、該光へテロダイン検波で得
られたビート信号をフィルタで取り出して測定してなる
後方散乱光測定方式であり、本発明の第２の特徴は、予
め定めた周期でパルスを発生するパルス発生手段と、前
記光源から出力される測定用光信号を該パルス発生器の
周期に合わせて周波数変調する周波数変調手段と、該周
波数変調された連続波の測定用光信号が前記光ファイバ
内を伝搬して発生した後方散乱光と前記周波数変調され
た測定用光信号とを合波する光合波手段と、該光合波手
段により合波され−た光を光ヘテロダイン検波する光ヘ
テロダイン検波手段と、該光ヘテロダイン検波手段によ
り得られたビート信号を抽出するフィルタと、該フィル
タ出力のビート信号の包絡線を取り出す包絡線検波手段
とを有する後方散乱光測定装置である。

［実施例］ 本発明の実施例を第１図及び第２図につき詳細に説明す
る。なお、従来構成と同一要素には、同一番号を付し、
説明の重複を省いた。

図中１３はＤＦＢレーザ等の狭スペクトル線幅を有する
光源、１４はパルス発生器１からのパルス信号Ｐにより
、光源１３において予め定められた光周波数差を得るよ
うな周波数変調を施こすため・の周波数変調回路、１５
は光源１３から出射された測定用光信号ＬＯ，Ｌｌと被
測定光ファイバ４に生じた後方散乱光ＬＯＢ、ＬＩＢと
合波する光合波器、１２は受光器５で光ヘテロダイン検
波されたビート信号ＥＯのうち、周波数変調回路１４に
おいて予め定められた光周波数差をｆＯ−ｆｌと同じ電
気中間周波数（ビート周波数）を中心周波数として適当
な濾波帯域を有する帯域濾波器（Ｂ、Ｐ、Ｆ、＞、１６
はビートイＲ＠Ｅ１の包絡線検波を行う包絡線検波器で
ある。

ところで、周波数変調回路１４においては、パルス信号
Ｐにより光源１３の出力光信号ＬＯ，Ｌ１が第２図（ｂ
１）及び（ｂ２）に示すように２種類の光周波数Ｔｏ、
ｆ１となり、かつこれらが予め定められた光周波数差（
ｒｏ−Ｍ）で発振するように光源１３を直接周波数変調
するか、または電気光学効果等を利用した外部変調器で
周波数変調する。ここで、無変調状態に於ける出力光信
号ＬＯの周波数をｆＯ１パルス信号信号上る変調状態に
於ける出力光信号Ｌ１の周波数をｆｌとし、前述の周波
数変調により時間上で光周波数が異なる該光信号を便宜
上、区別するために、無変調光信号ＬＯおよび変調光光
信号Ｌ１と呼ぶこととする。

また、第３図の従来方式のパルス信号Ｐと同様に、繰り
返し周期下、パルス時間幅Ｗのパルス信号Ｐ（第２図（
ａ））で変調を行えば、光源１３は変調期間Ｗでは変調
光信号Ｌ１．無変ｗ４１ｆＩ間（Ｔ−Ｗ）では無変調光
信号ＬＯの光信号を出射する。この光信号のうち、測定
の対象となる後方散乱光を生じさせる測定用光信号を変
調光信号Ｌ１とすれば、変調光信号Ｌ１が被測定光ファ
イバ４を伝搬中（２β／υ）は無変調光信号し０を出射
して゛いることになる。

一方、これら無変調光信号ＬＯおよび変調光信号Ｌ１は
光方向性結合器３によって分岐され、−方は測定用光信
号として被測定光ファイバ４に入射し、他方は光ヘテロ
ダイン検波用局部発振光信号（以下、［局発光Ｊと称す
）として光合波器１５に入射する。被測定光ファイバ４
に入射した無変調光信号Ｌ　ＯＪ３よび変調光信号Ｌ１
は、九ファイバ４中においてそれぞれＬＯＢ又はＬｌＢ
の後方散乱光を生じ、これらは入射側の光方向性結合器
３により分離されて光合波器１５に加えられ、前記の光
り向性結合器３によって分岐された無変調光信号ＬＯの
局発光と合波される。この合波光信号Ｌ５は受光器５の
自乗検波特性により光ヘデロダイン検波が行われ、（ｆ
ｏ−ｆ１）に相当するビート信号ＥＯが得られる。

なお、光源１３からの出力光が連続光であるため、局発
光が変調光信号Ｌ１で測定用光信号が無変調光信号ＬＯ
となる場合（不要な場合）もあるが、その場合にはパル
ス発生器１からのパルス波形に同期して平均化処理回路
６が行われないため、表糸回路７に出力されない。

従って、変調光信号Ｌ１による後方散乱光Ｌ１］３と無
変調光ＬＯの局発光とによるビート信＠ＥＯ（ｆＯ−ｆ
１）の周波数成分を帯域濾波器１２にてビート信号Ｅ１
に抽出して包絡線検波（第２図（ｄ））を行い、信号強
度の時間的挙動変化を観測して表示回路７に表示するこ
とになる。また後方散乱光と共に背景雑音光が加わった
場合においても、所望のビート信号Ｅ１周波数成分（ｆ
。

−ｆ１）のみを帯域滅波器１２にて抽出するため、容易
に雑音光を分離でき、所望の後方散乱光測定が良好に行
える。

なお、ビート信号Ｅ１を得る他の手段としては、互いに
発振波長の異なる光源１３を用いることも可能である。

しかし、２つの光源を用いた場合には、温度等の外部条
件の変化に対してもビート信号Ｅ１の周波数成分（ｆｏ
−ｆ１）が常に一定となるように制御しなければならな
い。これに対し、本発明では１つの光源１３しか用いて
いないため、ＡＰＣ用のｌ１ｌｌ！１回路が不要である
。また、本発明は周波数変調を施した連続光を測定用光
信号として用いることから、光増幅器の利得ｌＩＩ１ｗ
Ｊのための自動電力料６０（ＡＰＣ＞動作にも影響を及
ぼすことなく現用に供することが可能である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明は、予め定めた周期で周波数変調
された連続発振の測定用光信号を光ファイバに入射し、
光ファイバ内で発生した後方散乱光と周波数変調されな
い局発光とで光ヘテロダイン検波し、光ヘテロダイン検
波で得られたビート信号をフィルタで取り出して測定す
ることにより、低挿入損失で、かつ光中継器に影響を与
えることなくインザービスで後方散乱光が測定できる。

周波数変調する繰返し周ｌ１ｌＪ丁が、光ファイバの長
さをρ、測定用光信号の光ファイバ内での伝搬速度をＶ
とするとき、Ｔ＞２ｇ／ｖとなるように構成することに
より、簡単に変調光信号と無変調光ｆｉｉ号とのビート
信号の周波数成分（ｆＯ−ｆ１）を取り出すことができ
る。

ビート信号は、周波数変調されているときの測定用光信
号の周波数をｆ１、無変調時の測定用光信号の周波数を
ｆＯとするとき、（ｆｏ−ｆ１）となるように構成する
ことにより、（ｆｏ−ｆ１）を中心周波数フィルターを
介して雑音光を簡単に除去できる。

周波数変調手段が、光源の周波数を直接変調するように
構成することにより、簡単に周波数変調できる。

周波数変調手段が、光源の発振周波数を外部変調器で変
調するように構成することにより、周波数精度の良い周
波数変調ができる。

従って本発明は、コヒーレント光通信システムを構成す
る光ファイバの後方散乱光測定をインサービス状態にお
いても適用することが可能であり、その効果は極めて大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による後方散乱光測定装置のブロック図
、第２図（ａ）〜（ｄ）、は本発明による後方散乱光測
定装置の各ａ−ｄ点における波形図、第３図は従来の後
方散乱光測定装置のブロック図、第４図（ａ）〜（ｄ）
は従来の後方散乱光測定装置の各ａ−ｄ点における波形
図。第５図は他の従来の後方散乱光測定装置のブロック
図である。 １・・・パルス発生器　　　２，１３・・・光源３・・
・光方向性結合器　　４・・・被測定光ファイバ５・・
・受光器　　　　　　６・・・平均化処理回路７・・・
表示回路　　　　　８・・・光分波器９・・・音響光学
素子　　１０・・・光合波器１１−０．駆動回路　　　
　１２・・・帯域濾波器１４・・・周波数変調回路　１
５・・・光合波器１６・・・包絡線検波器 ＥＯ，Ｆｌ・・・ビート信号 Ｌ・・・測定用信号光　　　Ｌ、　Ｂ・・・後方散乱光
ｆＯ・・・無変調時の光周波数 ｆｌ・・・変調時の光周波数 Ｌ　Ｏ・・・無変調光信号 ［、ＯＢ・・・ＬＯによる後方散乱光 し１・・・変調光信号 ＬＩＢ・・・Ｌｌによる後方散乱光 Ｌ５・・・光合波信号 １−１０・・・光信号　　　　Ｌｌｌ・・・分岐光信号
１１２・・・分岐光信号　　Ｌｌ３・・・光信号Ｌ１４
・・・後方散乱光　　Ｌｌ５・・・合波光信号ト）・・
・パルス信号 Ｔ・・・パルス信号の繰り返し周期 Ｗ・・・パルス時間幅 ニ９メ ２１４− 一践罎ｖＰγ− ０求愕 コポづ 、＼４ぺに をＳ匁 ゼ薄屑 ９１べ嘘キ象璽

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの測定用光信号を光ファイバに入射させて
   該光ファイバ内で発生する後方散乱光を入射端側で取り
   出して測定する後方散乱光測定方式において、 予め定めた周期で周波数変調された連続発振の測定用光
   信号を前記光ファイバに入射し、前記光ファイバ内で発
   生した後方散乱光と該周波数変調された光信号とで光ヘ
   テロダイン検波し、該光ヘテロダイン検波で得られたビ
   ート信号をフィルタで取り出して測定することを特徴と
   する後方散乱光測定方式。 ２、光源からの測定用光信号を光ファイバに入射させて
   該光ファイバ内で発生する後方散乱光を入射端側で取り
   出して測定する後方散乱光測定装置において、 予め定めた周期でパルスを発生するパルス発生手段と、 前記光源から出力される測定用光信号を該パルス発生器
   の周期に合わせて周波数変調する周波数変調手段と、 該周波数変調された連続波の測定用光信号が前記光ファ
   イバ内を伝搬して発生した後方散乱光と前記周波数変調
   された測定用光信号とを合波する光合波手段と、 該光合波手段により合波された光を光ヘテロダイン検波
   する光ヘテロダイン検波手段と、該光ヘテロダイン検波
   手段により得られたビート信号を抽出するフィルタと、 該フィルタ出力のビート信号の包絡線を取り出す包絡線
   検波手段とを有することを特徴とする後方散乱光測定装
   置。 ３、前記周波数変調する周期Ｔが、前記光ファイバの長
   さをｌ、前記測定用光信号の光ファイバ内での伝搬速度
   をＶとするとき、Ｔ＞２ｌ／Ｖとなるように構成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の後方散乱光測定装
   置。 ４、前記ビート信号は、周波数変調されているときの測
   定用光信号の周波数をｆ１、無変調時の測定用光信号の
   周波数をｆ０とするとき、（ｆ０−ｆ１）となるように
   構成されていることを特徴とする請求項２記載の後方散
   乱光測定装置。 ５、前記周波数変調手段が、前記光源の周波数を直接変
   調するように構成されていることを特徴とする請求項２
   記載の後方散乱光測定装置。 ６、前記周波数変調手段が、前記光源の発振周波数を外
   部変調器で変調するように構成されていることを特徴と
   する請求項２記載の後方散乱光測定装置。