JPH039237A - 光パルス試験器 - 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等の光伝送路のレベル損失及び光伝
送路に発生する障害点の位置を、検出する光パルス試験
器（以下、ＯＴ　Ｄ　Ｒ（ＯｐｔｉｃａｌＴｉ＋ｍｅ　
Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）と言う。

）に関する。

［従来の技術］ 光伝送路のレベル損失及び光伝送路に発生した障害点を
、探査する技術として０ＴＤＲなる装置がある。第８図
に原理図を示す。パルス発生器１により光源２を駆動す
る。この光源には半導体レーザなどが用いられる。光源
からの光は光分岐手段３のボートＡからボートＢを通り
、接続端４に接続された被測定光ファイバ５に入射され
る。被測定光ファイバ５からの反射光は光分岐手段３の
ボートＢに入り、ボートＣより出て光検出器７に入り電
気信号に変換される。この信号は増幅器８で増幅された
後、平均化回路９で平均化処理され、表示部１０によっ
て画面に表示される。第５図に画面の出力の一例を示す
。

当初、この光分岐手段として、ハーフミラ−あるいはビ
ームスプリッタ−等が用いられていた。

しかし、この光分岐手段では０ＴＤＲと被測定光ファイ
バの接続端４のフレネル反射（以下、近端フレネル反射
と言う。）等の不要な反射パルスが光検出器に入射し、
飽和現象が生じるのを避けることが出来なかった。この
飽和現象により一定時間すなわち一定の測定不能区間（
以下、デッドゾーンと言う。）を生じる。又、別の問題
としてこれらの光分岐手段が往復で６ｄＢの損失を持つ
ため平均光電力が減少し、ＳＮ比を劣化させていた。

これらの問題を解決する一手法として、光分岐手段を音
響光学（ＡＯ）素子又は電気光学（ＥＯ）素子による光
スィッチとした０ＴＤＲがある。

（時開５６−１４７３９号公報、実間５６−１９７４３
号公報、時開５７−７３６３３号公報）。ＡＯ素子また
はＥＯ素子は光損失が少ないため、ＳＮ比の劣化が少な
く、しかも光パルスを送出して所望の時間が経過した後
、光分岐手段の光路を光検出器側に切り換えることによ
って、反射光の影響を除去でき、飽和によるデッドゾー
ンを短縮できる。

また、これら０ＴＤＲの共通した問題として次のような
ことも指摘されている。被測定光ファイバへ入射する光
パルスの幅を短くすれば、分解能を上げることが出来る
が、反面反射光の平均光電力が低下する。０ＴＤＲの主
な雑音の発生源は光検出器であるため、平均光電力の低
下はＳＮ比の劣化につながる。よってより大きな光出力
の光源を用いてＳＮ比を改善しようとする傾向にあるが
、光源駆動回路が複雑となり、しかもレーザ光による人
体への危険性が大きくなる。　一方、まったく別の手法
としてパルス発生器でパルス列信号を発生させ、この信
号と受光後の信号との間で相関をとる方法がある。（時
開５８−６６０３７号公報、時開６２−１７９６３２号
公報）この方法では、ビークパワーが低くパルス幅が狭
い光パルスで、高分解能かつ高ダイナミツクレンジを実
現できる。しかしながら相関関係を取る都合上、反射光
は常に光検出器に入射されており、ＡＯ素子又はＥＯ素
子を用いた単一パルス型０ＴＤＲのような光路の切り換
えは行われない。したがって飽和を避けるため平均光電
力（例えば光パルス間隔）を調整する機構が必要となり
、装置が複雑となる。しかも他の反射光より飛び抜けて
強い近端フレネル反射光に合わせて調整するため、結果
的には飛躍的なＳＮ比の改善は難しい。

［発明が解決しようとする課題］ このように現在の各種０ＴＤＲが持つ問題点を上げると
次のようになる。

■、主な雑音発生源は光検出器であり、分解能を上げる
には平均光電力を上げなければならない。

２．１の理由により光分岐手段による光損失はＳＮ比を
劣化させる要因となる。

３．１及び２を解決するために高出力光源を用いると光
源駆動回路が複雑になり、しかもレーザ光障害による危
険性が増す。

４、近端フレネル反射光による光検出器や増幅器の飽和
により測定不能区間が生ずる。

５、近端フレネル反射光による問題を解決するためには
光分岐手段にＡＯ素子、ＥＯ素子を用いれば良い、しか
し、高ダイナミツクレンジを確保するため、高出力光源
を用いると光′ａ駆動回路が複雑になり、しかもレーザ
光障害による危険性も増す。

６、高分解能、広いダイナミックレンジを確保するには
相関型０ＴＤＲにすると良い。しかし、近端フレネル反
射光による飽和を避けるための工夫が必要で複雑になり
、また性能を充分に発揮できない。

このことから不要な反射パルスの除去にはＡＯ素子、Ｅ
Ｏ素子等を用いたタイプが有効であり、広いダイナミッ
クレンジの実現には相関型が有効であるといえる。しか
し、いまだそれぞれの長所をあわせ持った０ＴＤＲが無
かった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、不要な反射パルスの影響無く、かつ、高分解能で広い
ダイナミックレンジの０ＴＤＲを提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するために本発明の０ＴＤＲでは、光
検出器の前に光増幅器を配置し、かつ、この利得を光源
の光パルスに関連させながら制御することにより、ＳＮ
比の改善を図ると同時に付加的機能も実現した。光増幅
器として使用する一例としてはファイバレーザ光増幅器
や半導体レーザ光増幅器などが挙げられる。この際、問
題となる近端フレネル反射による光検出器の飽和に関し
ては次の方法で解決を図った。一つはこの光が入って来
るタイミングにおいて光増幅器の利得を下げる制御手段
（光スイツチング作用）を備えたものであり、または光
検出器の飽和レベル以上の光をカットする制御手段（光
リミッタ作用）を備えたものである。又は光検出器の信
号をフィードバックして光増幅器の利得を最適に調整す
る制御手段（擬似的光フイードバツク作用）を備えたも
のである。

付加的機能としては測定者が所望の区域の信号に対し、
利得を上げてさらに精・度よく測定したり、または不用
な強い信号に対し、減衰を与えてその強い信号付近の信
号を測定しやすくすることなどが出来る。

なお、本発明におけるファイバレーザ光増幅器とは、コ
アに希土類元素を添加しこのファイバの片面より励起光
を注入、同時に信号光を入力することによって反対側の
面より増幅された光を取り出す構造の物を言う。

また、本発明における半導体レーザ光増幅器とは、半導
体レーザの入力ボートより光を入力し、出力ボートより
励起電流に応じて増幅された光を取り出す構造（光増幅
作用は双方向性があるため、入力ポートが出力ボートに
、出力ボートが入力ポートとする事もできる。）の物を
言い、半導体レーザは、先人出力面の反射率が高い場合
（いわゆる共振型半導体レーザ光増幅器）および反射率
が低い場合（いわゆる進行波型半導体レーザ光増幅器）
を含む。

［作用］ 本発明においては使用する光増幅器の特性を考慮して、
その組み込む場所および制御方法に特徴がある。まず増
幅器の特性例から説明する。第６図はファイバレーザ光
増幅器の特性例である。ファイバのコアに添加される希
土類元素の例はエルビウム（元素記号：Ｅｒ）、ネオジ
ウム（元素記号：　Ｎｄ）等があげられる。ファイバレ
ーザ増幅器では励起光が無いと信号光に対し、減衰を与
え、励起光があると増幅作用を持つ。したがって、本発
明では近端フレネル反射光が入る時間中は制御手段によ
り励起光を下げることによって、この光に対し利得を下
げるか、または減衰を与え、他の反射光のみに大きな利
得を与えることにより、光検出器の飽和を招くことなく
ＳＮ比を改善できる。

第７図（Ａ）、（Ｂ）に進行波型半導体レーザ光増幅器
の励起電流対利得特性及び入力光電力対利得特性を示す
。この増幅器は第７図（Ａ）に示すように励起電流を制
御して利得を制御出来ることが知られている。したがっ
て、本発明では強い反射光が入る時間中は制御手段によ
り励起電流を下げることによって、この光に対し利得を
下げるか、または減衰を与え、他の反射光のみに大きな
利得を与えることにより光検出器の飽和を招くことなく
ＳＮ比を改善できる。また第７［ｉｌＵ　（Ｂ）に示す
ように一定レベル以上の光が入力すると増幅機能が飽和
し、利得が下がる。

本発明では一定の光をバイアス光として半導体レーザ光
増幅器に与え、バイアス光の波長を反射光の波長付近と
し、バイアス光のレベルと半導体レーザ光増幅器の励起
電流を調整することにより、通常の反射光に対しては利
得を持ち、かつ近端フレネル反射光のような強い光に対
して半導体レーザ光増幅器の利得が飽和するよう設定す
る。したがって光検出器の飽和を招くことなくＳＮ比を
改善できる。この方法であると一定レベルの光に対し常
にカットされるので光学的動作となるので応答が極めて
早い。利得特性についてまとめると、これらの光増幅器
は最大利得が２０ｄＢ以上得られ、その利得は励起電流
又は励起光により容易に制御できる。また、光増幅器の
休止状態と最大利得状態では利得差が４０ｄＢ〜６０ｄ
Ｂあり、この利得差を利用して光スイッチングが出来る
。しかも電気回路における増幅器と違って双方向性であ
る。

次に光増幅器を組み込む場所について説明する。

通常は光分岐手段と光検出器の間であるが、特に単一パ
ルス型０ＴＤＲでは例示した光増幅器の双方向性を利用
して被測定光ファイバと光分岐手段の間でもよい。特に
この場合においては光源より発射された信号光も光増幅
器を通るので、その分さらに光源の出力を低くすること
が出来、光源駆動回路を闇路化することが出来る。発射
される平均光電力が大きい場合は光増幅器が飽和して利
得が低下するが、その量は予め予見できるので信号処理
時に補正してやればよい。

次に制御方法について説明する。近端フレネル反射光に
対しては、単一パルス形０ＴＤＲにおいては予め近端フ
レネル反射がかえってくる時間がパルス波形および０Ｔ
ＤＲ内部で光の伝播時間より判断できるのでその時間帯
だけ励起光又は励起電流を遮断して光増幅器の利得を制
御すれば、この光による光検出器の飽和を防ぐことが出
来る。

又、相関形０ＴＤＲにおいては相関関係を取る都合上、
反射光は常に光検出器に入射されているため、光スイッ
チングできない。そこで、光検出器の信号を制御手段に
フィードバックして受光状態を判断し、飽和しないよう
に自動的に利得を調整すれば良い。又、付加的機能とし
て両方式の０ＴＤＲにおいて制御手段の制御パターンを
測定者が任意に制御することが可能である。これにより
所望の区域の信号に対し、利得を上げてさらに精度よく
測定したり、または不用な強い信号に対し、減衰を与え
てその強い信号付近の信号を測定しやすくすることなど
が出来る。

［実施例］ ０ＴＤＲとして、単一パルス型０ＴＤＲと相関型０ＴＤ
Ｒがある。以下図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成図であり、本発
明において単一パルス型０ＴＤＲに光増幅器として半導
体レーザ光増幅器を適用したものである。パルス発生器
１により光源２を駆動する。

光源２からの光は光分岐手段３のポートＡからポートＢ
を通り、接続端４につながれた被測定光ファイバ５に入
射される。被測定光ファイバ５からの反射光は光分岐手
段３のポートＢに入り、ポートＣより光増幅器６に入射
する。光増幅器は半導体レーザ光増幅器６ａ、帯域通過
型光フィルタ６ｂ及び駆動回路６ｃにより構成される。

半導体レーザ光増幅器６ａは駆動回路６Ｃによって励起
電流が供給され、駆動回路６Ｃは制御手段１１によって
励起電流の大きさを制御されている。制御手段１１はパ
ルス発生器ｌのパルス発生時間と、０ＴＤＲ内部で近端
フレネル反射光が半導体レーザ光増幅器Ｂａに到達する
時間とを考慮して駆動回路６ｃを制御するよう構成され
ている。半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中には増幅
された反射光と半導体レーザ光増幅器６ａ自身が発する
自然放出光が含まれる。自然放出光はＳＮ比劣化の原因
となるので帯域通過型光フィルタ６ｂにより除去し、増
幅された反射光の波長付近のみを通過させる。帯域通過
型光フィルタ６ｂを通った光は光検出器７により電気信
号に変換され、この電気信号は増幅器８によって増幅さ
れた後、平均化回路９によって平均化処理され、処理結
果は表示部１０によって画面に表示される。

第２図は、本発明において単一パルス型０ＴＤＲに半導
体レーザ光増幅器を適用した第二の実施例を示す構成図
である。

パルス発生器１による駆動電流の発生から被測定光ファ
イバ５からの反射光が光増幅器６に入射するまでの動作
は第一の実施例と同じである。異なる点は光増幅器６の
構成が半導体レーザ光増幅器６ａとバイアス用光Ｒ６ｅ
と、光カブラ６ｄと帯域通過型光フィルタ６ｂからなる
ことにある。バイアス用光ｆｉ６ｅの波長は光Ｓ２の波
長に対し、数ｎｍずらしてあり、この光と被測定ファイ
バ５からの反射光は光カプラ６ｄによって混合され、半
導体レーザ光増幅器６ａに入射する。バイアス用光源６
ｅの光出力及び半導体レーザ光増幅器６ａの励起電流は
、近端フレネル反射光のような強いレベルの光が半導体
レーザ光増幅器に入射すると飽和するようなレベルに調
整しである。半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中には
増幅された反射光とバイアス光及び半導体レーザ光増幅
器自身が・発する自然放出光が含まれる。バイアス光及
び自然放出光は、ＳＮ比劣化の原因となるので帯域通過
型光フィルタ６ｂにより除去し、増幅された反射光の波
長付近のみを通過させる。帯域通過型光フィルタ６ｂを
通った光は光検出器７により電気信号に変換され、あと
は第一の実施例と同じ手段で処理される。

第３図は、本発明において単一パルス型０ＴＤＲに半導
体レーザ光増幅器を適用した第三の実施例を示す構成図
である。

パルス発生器１により光源２を駆動する。光源２からの
光は光分岐手段３のボートＡからボートＢを通る。第一
の実施例と異なる点は光増幅器６が光分岐手段３と接続
端４の間に入っていることにある。光分岐手段３より出
てきた信号光は光増幅器６に入力する。光増幅器６は半
導体レーザ光増幅器６ａと、その両端に帯域通過型光フ
ィルタ６ｂ、半導体レーザ光増幅器６ａを駆動する駆動
回路６ｃからなる。光源２より発射された信号光が光増
幅器を通ると、利得の分だけ光源の出力を低くすること
が出来、駆動回路６ｃを簡略化することが出来る。平均
光電力が大きい場合は光増幅器６が飽和して利得が低下
するが、その量は予め予見できるので信号処理時に補正
してやればよい。

半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中には増幅された信
号光と半導体レーザ光増幅器６ａ自身が発する自然放出
光が含まれる。自然放出光による被測定光ファイバ５の
反射を防ぐため、帯域通過光フィルタ６ｂ’　によりこ
の光を除去し、増幅された信号光の波長付近のみを通過
させる。光増幅器６を通った光は接続端４につながれた
被測定光ファイバ５に入射する。被測定光ファイバ５か
らの反射光は再び光増幅器６に入る。制御手段１１はパ
ルス発生器１のパルス発生時間と、０ＴＤＲ内部で近端
フレネル反射光が半導体レーザ光増幅器６ａに到達する
時間とを考慮して駆動回路６Ｃを制御するよう構成され
ている。半導体レーザ光増幅器６ａの出力光中には増幅
された反射光と半導体レーザ光増幅器６ａ自身が発する
自然放出光が含まれ、自然放出光はＳＮ比劣化の原因と
なるので帯域通過光フィルタ６ｂにより除去し、増幅さ
れた反射光の波長付近のみを通過させる。増幅された反
射光は光分岐手段３のボートＢからボートＣを通って光
検出器側に分岐し、光検出器７により電気信号に変換さ
れ、あとは第一の実施例と同じ手段で処理される。

一方、第４図は、本発明において相関型０ＴＤＲに希土
類添加ファイバレーザ光増幅器を適用した第四の実施例
を示す構成図である。

パルス発生器１ａは先例の単一パルス型０ＴＤＲノパル
ス発生Ｈ１とは違い、疑似ランダムパルスまたはＭ系列
パルスなど有限の時系列を持ったパルスを発生する。こ
のパルス発生器１ａにより光ｉ１＊２を駆動する。光源
２からの光は光分岐手段３のボー１−ＡからボートＢを
通り、接続端４につながれた被測定光ファイバ５に入射
される。被測定光ファイバ５からの反射光は光分岐手段
３のボートＢに入り、ボートＣより光増幅器６に入る。

光増幅器６は希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｒと
これを励起する励起用光Ｂ６ｇと、光カプラ６ｄおよび
帯域通過型光フィルタ６ｂからなる。

希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの添加希土類元
素は光源２の波長により定まる。希土類添加ファイバ６
ｆを光励起する励起用光源６ｇからの励起光と被測定光
ファイバ５からの反射光は光カプラ６ｄにより混合され
て希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆに入射される
。励起用光源６ｇの波長は希土類添加ファイバレーザ光
増幅器６ｒに添加された希土類元素の種類により定まる
。

励起用光Ｂ６ｇの励起光出力は制御手段１１により制御
される。希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの出力
光中には増幅された反射光と励起光と希土類添加ファイ
バレーザ光増幅器６ｆ自身が発する自然放出光が含まれ
、励起光と自然放出光はＳＮ比劣化の原因となるので帯
域通過光フィルタ６ｂにより除去し、増幅された反射光
の波長付近のみを通過させる。増幅された反射光の波長
のみを通過させる。例えば近端フレネル反射に対する飽
和の問題に対しては光検出器７から受光信号を制御手段
１１にフィードバックを行ない、受光状態が最適になる
ように自動的に利得を調整する。

この時の制御時定数は少なくともパルス列時間より長く
なるようにし、１つのパルス列受信中は光利得が変化し
ないようにする。増幅された反射光は光検出器７により
電気信号に変換され、増幅器８によって増幅された後、
平均化回路９により平均化処理を行なう。自然放出光の
内帯域通過型光フィルタ６ｂによって除去できなかった
部分による雑音が存在する。この雑音は希土類添加ファ
イバレーザ光増幅器６ｆの動作時間中に発生し、電気信
号に変換すると直流信号とみなせる性質の信号である。

したがって相関装置１２によって元の信号との相関処理
を行なうことにより、反射光成分のみを取り出す事がで
きる。これにはまずパルス発生器１ａからの信号を波形
整形回路１２ａによって相関処理に適した形に整形し、
遅延回路１２ｂによって受光信号とのタイミングを合わ
せる。

相関装置１２には、遅延回路１２ｂからの原信号と平均
化回路９からの電気信号を乗算器などからなる相関係数
検出回路１２ｃに人力し、相関処理を行うことにより、
希土類添加ファイバレーザ光増幅器６ｆの自然放出光で
帯域通過型光フィルタ６ｂによって除去できなかった部
分による雑音を取り除く事ができる。相関結果は表示部
１０によって画面に表示される。

以上、本発明の趣旨を鑑みて各実施例において次のこと
が言えるのは言うまでもない。

ａ）励起用光と被測定光ファイバからの反射光の混合、
又はバイアス光と被測定光ファイバからの反射光の混合
は光カブラに限らず光合波器やハーフミラ−等、同効果
を持つものなら使用できる。

ｂ）励起用光と被測定光ファイバからの反射光の分離、
又はバイアス光と被測定光ファイバからの反射光の分離
は光フィルタに限らず光分波器等、同じ効果を持つもの
なら使用できる。

Ｃ）希土類添加ファイバレーザ光増幅器はＥｒ添加に限
らず他の希土類元素も適用できるｄ）半導体レーザ光増
幅器は進行波型に限らず、共振器型も適用できる。

ｅ）電気信号処理系はアナログ方式またはデジタル方式
どちらにおいても適用できる。

ｆ）相関型０ＴＤＲには希土類添加ファイバレーザ光増
幅器に限らず、半導体レーザ光増幅器も適用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、光増幅器を光検出
器の前段に挿入し、光増幅器の利得を制御するために光
パルスに関連した励起光、又は励起電流を光増幅器に入
力する制御手段とを備えた構成であるから、ＳＮ比を改
善でき同一光出力ではより高分解能となり、同一分解能
では低出力光源でよくなるので光源駆動回路の簡略化、
レーザ光による障害の防止に役立つ。しかも従来の０Ｔ
ＤＲにあったデッドゾーンを短縮でき、測定者所望の反
射光信号を増幅又は減衰させて測定の容易性、測定精度
向上、測定範囲の拡大などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例、 第２図は本発明の第二の実施例、 第３図は本発明の第三の実施例、 第４図は本発明の第四の実施例、 第５図は表示出力の例、 第６図は希土類添加ファイバレーザ光増幅器の特性例、 第７図は進行波型半導体レーザ光増幅器の特性例、 第８図は従来の基本構成図である。 １．１ａ・・・パルス発生器、２・・・光源、３・・・
光分岐手段、５・・・被測定光ファイバ、６・・・光増
幅器、７・・・光検出器、１１・・・制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルス発生器と、前記パルス発生器より駆動される光源
   と、前記光源の光パルスを被測定光ファイバに伝送しか
   つ該被測定光ファイバからの反射光を分岐する光分岐手
   段と、該光分岐手段により分岐された前記反射光を電気
   信号に変換する光検出器からなる光パルス試験器におい
   て、 前記光分岐手段と前記光検出器との間、又は前記光分岐
   手段と前記被測定光ファイバとの間に挿入された光増幅
   器と、該光増幅器の利得を制御するために前記光パルス
   に関連した励起光、又は励起電流を前記光増幅器に入力
   する制御手段とを備えたことを特徴とする光パルス試験
   器