JPH04285836A - 光ファイバ伝送特性測定装置 - 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、被測定光ファイバにお
ける伝送帯域特性（ベースバンド帯域特性）、波長分散
特性、伝送損失の測定及び障害位置の検出ができる光フ
ァイバ伝送特性測定装置に関する。

【０００２】光ファイバは、その大容量性を生かした光
ＬＡＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｌｏｃａｌ　　ＡｒｅａＮ
ｅｔｗｏｒｋ）や低損失性を生かした海底ケーブル等の
長距離伝送などに広く応用されている。近年、通信容量
の増大を目的とした波長多重化や、伝送距離の拡大を目
的とした光ファイバ増幅器が研究されている。波長多重
通信回線には、光合分波器が挿入されており、一つの入
力ポートから伝送できる波長に制限があり、また光ファ
イバ増幅器も中心波長に対する帯域が数ｎｍと狭い。こ
のように、波長多重通信回線や光ファイバ増幅器の伝送
系には波長の制約が課せられている。

【０００３】　　本発明は、上記のような波長の制約の
ある光伝送系の被測定光ファイバ伝送路の特性を測定す
るものであって、１つの装置で、伝送帯域特性、波長分
散特性、伝送損失の測定及び障害位置の検出が行え、し
かも片端で精度よく測定が行えるものである。

【０００４】

【従来の技術】通常、光通信系では伝送帯域特性、波長
分散特性、伝送損失の測定及び障害位置の検出が行われ
ているが、伝送損失測定及び障害位置の検出にはＯＴＤ
Ｒ（Ｏｐｔｉｃａ　ｌ　　Ｔｉｍｅ　　　Ｄｏｍａｉｎ
　　　Ｒｅｆｒｅｃｔｍｅｔｅｒ　）が、伝送帯域特性
測定にはには伝送特性測定器が、波長分散特性測定には
波長分散特性測定器が個別に使用されていた。これらの
測定器の多くはファブリ・ペロー型半導体レーザを使用
していて発振波長が固定されていたので、このような波
長の制約がある伝送系を測定するには、測定項目毎に、
また波長毎に測定器を揃えなければならなかった。

【０００５】前記の問題の解決を図ろうというものとし
て、ＯＴＤＲでは、複数の波長の異なる光源を備えて測
定する方法、ラマン散乱で離散的に波長を選択する方法
、温度を変化させることで連続的に波長を可変できる半
導体レーザを用いる方法などが提案され、開発されてい
る。さらに、ＯＴＤＲに伝送帯域特性測定機能及び伝送
特性測定機能が付加されたものとして、特開昭６２−２
０７９７号公報に記載された光ファイバ測定器がある。

【０００６】この光ファイバ測定器では、光ファイバの
特性のうち、損失特性、偏波モード結合の測定、波長分
散特性と伝送帯域特性測定及び波長分散測定が行える。 その測定方法としては、光ファイバの反射光を利用して
片端測定を可能にしている。また、後方散乱光及びフレ
ネル反射光を偏波分離してそれぞれの偏波成分から損失
若しくは偏波モード結合を求めている。そして、波長分
散特性と伝送帯域の測定では波長を順次可変しながらフ
レネル反射光を利用して遅延時間及びパルス幅を測定す
ることによって、波長分散特性及び伝送帯域特性を算出
している。偏波分散もフレネル反射光を利用して求めて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭６２−２
０７９７号公報に記載された光ファイバ測定器により、
機能的には一応の目的が得られる。しかし、前記光ファ
イバ測定器には次のような２つの問題があった。

【０００８】１．　　ＯＴＤＲとして、後方散乱光を受
光して障害点測定及び損失測定を行うためには、光検出
器の受光感度レベルは後方散乱光レベルに合わせる必要
がある。文献「ＩＥＥＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＵ
ＡＮＴＵＭ　ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　」ｖｏｌ．ＱＥ
−１７，ＮＯ，７，ｐｐ１２６４−１２６９，ＪＵＬＹ
　１９８１に記載されているように、光ファイバの入射
端から距離ｚにある点から戻ってくる後方散乱光レベル
Ｒｂｓは、光ファイバ内の群速度ｖｇ　、レイリー散乱
係数αｓ　、コア屈折率ｎ１、入射レベルＰｉｎ、光パ
ルス幅ｗ、全減衰係数αｔ　及び開口数ＮＡによって、
次の式（１）及び式（２）で表わすことができる。

【０００９】 　　Ｐｂｓ＝１／２　・Ｓ・αｓ　・Ｖｇ　・Ｐｉｎ・
Ｗ・ｅｘｐ（−２・αｔ　・　ｚ）　　　　　　（１）

【００１０】 　　　　　　０．２１・（ＮＡ／２ｎ１）の２乗≦Ｓ≦
０．２４・（ＮＡ／２ｎ１）の２乗　　　　　　　　　
　　　（２）

【００１１】光ファイバの入射端（ｚ＝０
　）から戻ってくる後方散乱光レベルは、被測定光ファ
イバから戻ってくる後方散乱光のうち最大のレベルであ
る。後方散乱光のレベルは入射端から遠端の方に離れる
につれその距離に応じた損失にしたがって下がっていく
。例えば、シングルモード光ファイバでは最大となる後
方散乱光のレベルは、パルス幅ｗ＝１０ｎｓの光パルス
を光ファイバへ入射したとき、入射したレベルより約７
０ｄＢ低い。したがって、通常、光ファイバの距離に応
じて後方散乱光のレベルは、光ファイバへ入射したレベ
ルに比べて約−７０ｄＢ以下である。

【００１２】一方、波長分散特性と伝送帯域の測定では
、フレネル反射光を利用して遅延時間及びパルス幅を測
定しているが、フレネル反射光のレベルは後方散乱光の
レベルよりはるかに高い。

【００１３】したがって、測定項目に応じて光検出器の
受光レベルが大幅に異なり、光検出器が飽和するという
問題がある。この解決を図るためには光減衰器が考えら
れる。しかし、波長多重回線でオンラインで障害位置の
検出をしようとすれば測定波長以外の波長の光を除去で
きないので、測定できないという欠点があった。

【００１４】２．　　上記特開昭６２−２０７９７号公
報記載の光ファイバ測定器は、フレネル反射光を利用し
て波長分散特性と伝送帯域の測定を行っている。しかし
、フレネル反射は遠端側の端面によって直接反射する反
射光と考えられるが、遠端の端面の状態によっては、光
ファイバへ送出した光の伝搬モードと反射してきた伝搬
モードが異なり、測定精度を悪化するという問題がある
。また、フレネルを利用しているときは後方散乱光自体
は雑音となり、測定精度に影響を与える。

【００１５】本発明の目的は、上記課題を解決して１つ
の測定装置で次の特徴を有する光ファイバ伝送特性測定
装置を提供することである。 Ａ．通信回線における各種波長の光ファイバ伝送路に対
応して、伝送帯域特性、波長分散特性、伝送損失の測定
及び障害位置の検出が、片端から行える装置。しかも、
光多重回線でオンラインで障害位置を検出可能な装置。 Ｂ．測定精度の向上

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、次のように構成した。■　　可変波長
光源を備えて各種波長のファイバ伝送路に対応する。■
　　可変波長フィルタを各測定項目に対応して変化する
受光レベルの調整に用いるとともに、光多重回線におい
て使用した場合は所定の波長選択に用い、簡単な構成で
多機能を図る。■　　被測定ファイバ伝送路の遠端側に
特性の既知の反射手段（具体例としてはミラー）を用い
て、光ファイバの端面の反射光のみに依存しないように
するとともに、後方散乱光との間のレベル差を大きくし
て精度を向上して測定する。

【００１７】具体的構成を説明する。可変波長光源は、
光パルスを光分岐手段を介して被測定光ファイバ伝送路
へ送出する。光分岐手段は、前記被測定ファイバからの
後方散乱光及び、反射手段からの反射光を取り出してそ
れらの反射光を可変波長フィルタへ入力させる。光検出
器は、可変波長フィルタを通過してくる反射光を検出し
測定データとして出力し、それをメモリに記憶する。デ
ータ処理部は、メモリからの測定データをもとに、被測
定光ファイバ伝送路の伝送帯域、波長分散特性、伝送損
失の測定及び障害点位置を検出するための処理を行う。

【００１８】測定制御部は、伝送帯域及び波長分散特性
を測定する場合には、前記光パルスの発振波長を変化さ
せるとともに前記可変波長フィルタの減衰領域を利用し
て前記検出器に入力する反射手段からの反射光を所定レ
ベル、つまり、ほぼ後方散乱光を受けたときのレベルに
する。そして、伝送損失測定及び障害点位置検出の場合
には、前記光パルスの発振波長及び前記可変波長フィル
タの透過域を被測定光ファイバ伝送路の伝送波長に一致
させるように制御するように構成した。

【００１９】

【作用】伝送損失測定及び障害点位置検出の場合には、
光パルスの発振波長に可変波長フィルタを同調させて後
方散乱光測定し、伝送帯域及び波長分散特性を測定する
場合には予め既知の特性の反射手段、典型的例としては
反射率ほぼ１００％のミラーを使って測定できるのでミ
ラーからの反射レベルと後方散乱光との比が大きくとれ
精度よく測定できる。また、伝送損失測定及び障害点位
置検出の場合に、多重回線に利用したときでも可変波長
フィルタによって必要な波長成分のみ抽出して測定でき
る。

【００２０】

【実施例】（　第１の実施例）図１に、本発明の第１の
実施例の構成を示す。可変波長光源１には、幾つかの種
類があるがこの例では２電極型半導体レーザーを用いて
いる。例えば２電極型半導体レーザーの簡単な構造と電
流（個別電極の電流Ｉ１　およびＩ２　、トータル電流
Ｉｔ　）対発振波長に関するデータとを図２に示す。光
源データメモリ３には、この２電極型半導体レーザー制
御するためのデータとして、予め発振波長に対応して第
１電極パルス電流Ｉ１　と第２電極パルス電流Ｉ２　が
記憶されている。そして、光源制御部２は、測定制御手
段１１からの各測定項目に応じて、光源データメモリ３
のデータを読み出して可変波長光源１が所望の波長で、
かつ所定の幅で繰返す光パルスを出力するように制御す
る。

【００２１】光分岐手段４は、ポートＡで受けた可変波
長光源１からの光パルスをポートＢを経て被測定ファイ
バ伝送路５に出力する。被測定ファイバ５からの後方散
乱光、フレネル反射及び反射手段としてのミラー６から
の反射光（以下、まとめて反射光等と称する）は、光分
岐手段４のポートＢからポートＣを経て可変波長フィル
タ７に入力する。この可変波長フィルタ７の通過又は減
衰域のいずれかを利用し、測定制御手段１１からの制御
にしたがって、測定項目に応じて入力された反射光等を
減衰（減衰域の利用）させて、または反射光等の波長に
同調（通過域の利用）して光検出器８に入力させる。可
変波長フィルタ７の構成例を図３に示す。図３では、レ
ンズ１４で入射光を平行光にした後に平行光に対する干
渉フィルタ（誘電体多層膜を用いた帯域通過型フィルタ
素子）の角度ψを変えることにより透過領域の中心波長
を制御できる。光検出器８は、入力する反射光等のレベ
ルに対応した電気信号に変換して出力する。メモリ９は
、一旦、増幅器（図示せず）で増幅された電気信号をデ
ジタルデータに変換（図示せず）後に、それぞれ発振波
長毎に、また測定時間に対応してデジタルデータを記憶
する。　　データ処理部１０は、被測定光ファィバ伝送
路の伝送帯域、波長分散特性、伝送損失の測定及び障害
点位置の検出の各測定項目に対応した処理能力を備えて
いる。つまり、メモリ９からデジタルデータを読み出し
て、測定制御部１１からの制御にしたがって、測定項目
に応じてデータ処理を行い、被測定光ファイバ伝送路５
の特性を出力する。　　なおこの実施例では、上記ミラ
ー６の反射率が約１００％のものを使用している。

【００２２】以下、各測定項目に対応して動作を説明す
る。Ａ項では障害点位置の探索と伝送損失、Ｂ項では波
長分散特性およびＣ項では帯域測定について説明する。

【００２３】Ａ．伝送損失及び障害点探索測定制御部１
１は、光源制御部２に対して光パルスの条件、つまり波
長（被測定ファイバ伝送路５の波長）及びパルス幅等の
条件を指示する。また、可変波長フィルタ７に対しても
前記波長に同調するように制御する。光源制御部２は前
記条件にしたがって、波長に応じた第１電極パルス電流
Ｉ１　と第２電極パルス電流Ｉ２　を光源データメモリ
３から読み出して可変波長光源１に印加するとともに、
所定のパルス幅になるように制御する。そして、メモリ
９に対しては光検出器８からのデータを時間（あるいは
距離）に対応して記憶するように制御する。 データ処理部１０は、被測定光ファイバ伝送路の距離に
対応したデータとして出力する。そのデータの例を図４
に示す。図４は、横軸を距離（時間）とし縦軸を検出し
たレベルとして表わしたもので、このデータから障害位
置が検出できる。

【００２４】図４は、Ｇ点はミラー６の位置でこれを中
心に光分岐手段４のポートＢ間までのデータを示す。こ
の図では、ミラー６を仮想の光源として見立てたデータ
が得られ、かつ可変波長光源１とミラー６間で生じる反
射等がすべて示される。しかし、この測定で対象として
いるのは後方散乱光である。被測定光ファイバ伝送路の
損失については、（損失レベル）／（距離）、つまり図
４に示されるデータの傾斜から単位距離当りの損失を求
められる。スプライス点（Ｅ点およびＦ点）の損失は、
Ｅ点及びＦ点の行きの損失をそれぞれｅ１　及びｆ１、
帰りのそれぞれの損失をｅ２　及びｆ２　とすれば、（
ｅ１　＋ｅ２　）／２及び（ｆ１　＋ｆ２　）／２とし
て求められる。

【００２５】なお、ＯＴＤＲとして後方散乱光を受光し
て障害点検出及び損失測定を行うための装置であるから
、光検出器８の受光感度レベルは後方散乱光レベルに合
わせてある。後方散乱光レベルは、先に式（１）および
（２）で示したように、パルス中１０ｎｓの光パルスを
被測定ファイバ伝送路５の入射端へ入射したときには、
入射したレベルより−７０ｄＢ以下の低いレベルになる
。

【００２６】また、従来、伝送損失及び障害点探索にお
いては測定のための光源の波長として被測定ファイバ伝
送路５の公称値を用いていたが、本発明では、後記する
波長分散測定で得られる波長分散が零を示す波長を記憶
しておいて、可変波長光源１に設定することにより精度
のよい測定が可能である。

【００２７】ｂ．波長分散 測定制御部１１は、光源制御部２に対して光パルス毎の
波長の指示をする。光源制御部２は前記指示にしたがっ
て、波長に応じた第１電極パルス電流Ｉ１　と第２電極
パルス電流Ｉ２　を光源データメモリ３から読み出して
可変波長光源１に印加して、光パルス毎に微小に波長を
変化させて被測定ファイバ伝送路５へ出力せしめる。ま
た、測定制御部１１は、可変波長フィルタ７を制御して
前記光パルスが変化する波長の範囲が可変波長フィルタ
７の減衰領域にかかるようにして、光検出器８の入力点
でミラー６からの光パルスの反射光（波長分散測定及び
後記の伝送帯域測定においては、このミラー６からの反
射光のみを測定の対象としている。以下、ミラー反射光
と言う）のレベルが、障害位置の探索時における後方散
乱光のレベルとほぼ同じになるようにする。また、メモ
リ９に対しては、波長に応じてミラー反射光が到着した
時刻を記憶させる。そしてメモリ９には図５において示
されるような、波長に対するパルス遅れ時間のデータが
記憶される。

【００２８】なお、波長分散測定、後述する伝送帯域測
定の場合には、ミラー反射光のレベルが先に示したＯＴ
ＤＲとして測定した場合におけるレベル、つまり入射レ
ベルの−７０ｄＢよりはるかに大きいために受光系が飽
和するので、この飽和を避けるため、光分岐手段と光検
出器の間にある可変波長フィルタ７を制御してその減衰
領域を利用してレベルを調整している。

【００２９】データ処理部１０は、各波長λにおいて、
遅延時間τを求め、分散ｓ＝−Δτ／Δλを求める。分
散は波長に対して相対的なものであり、ある波長λ１　
における遅延時間τ１　を基準として、波長の差Δλ及
び各遅延時間の差Δτを求めてから分散ｓを求める。つ
まり、分散ｓは図３に示されるような波長に対するパル
ス遅れ時間のデータを微分したものである。この例を図
５に波長に対する波長分散特性としてに示す。

【００３０】Ｃ．伝送帯域測定 測定制御部１１は、光源制御部２に対して光パルスの条
件、つまり波長（被測定ファイバ伝送路の波長）及びパ
ルス幅等の条件を指示する。光源制御部２は前記条件に
したがって、波長に応じた第１電極パルス電流Ｉ１　と
第２電極パルス電流Ｉ２　を光源データメモリ３から読
みだして可変波長光源１に印加している。また、測定制
御部１１は上記波長分散測定と同様に、可変波長フィル
タ７を制御して前記光パルスの波長が可変波長フィルタ
７の減衰領域にかかるようにして、光検出器８の入力点
でミラー６からのミラー反射光のレベルが、後方散乱光
のレベルにほぼ同じになるようにする。

【００３１】この場合、測定制御部１１は、メモリ９に
は、被測定ファイバ伝送路５の代わりに特性のほぼ無視
できる短い光ファィバあるいは、短い既知の特性の光フ
ァイバを用いてそのとき光検出器８が検出したパルス波
形のを予め記憶しておく（以下、このときのパルス波形
のパルス幅を送出パルス幅と言う）。そして次に被測定
光ファイバ伝送路５を測定した時のパルス波形を記憶す
る（以下、このときのパルス波形のパルス幅を受光パル
ス幅と言う）。その双方のパルス波形を比較して、被測
定光ファイバ伝送路５を測定した時のパルス波形の広が
りでその帯域を求める。図６に送出パルス幅対受光パル
ス幅との関係を波長をパラメータとして示す。前記双方
のパルス波形を時間領域で比較することもできるが、従
来からある高速フーリエ変換を利用した方法を用いて周
波数領域で帯域を比較することができる。

【００３２】（第２の実施例）図７は、第１の実施例の
構成を波長依存カップラー１２によって、実働状態の回
線に接続した例である。この場合、ミラー６を設けるこ
とはできないが、障害位置測定及び損失測定は行える。 つまり、図４におけるＧ点前の特性は測定できる。可変
波長フィルタ７は可変波長光源１から出力される波長の
光パルスのみを選択受信できるように制御される。

【００３３】（第３の実施例）光分岐手段４として図８
に示すように音響光学効果型光スイッチ（　ＡＯスイッ
チ４ａ）　を使用する場合について説明する。ＡＯスイ
ッチ４ａはＡＯスイッチ制御部４ｂによって回折制御さ
れることにより、光パルスを被測定光ファイバ伝送路５
へ送出するときは可変波長光源１と被測定光ファイバ伝
送路５を結び、反射光等を受光するときは可変波長フィ
ルタ７と被測定光ファイバ伝送路５を結ぶように動作す
る。

【００３４】ＡＯスイッチ４ａにおける回折角θと波長
λの関係は、音響光学効果を有する媒質の屈折率をｎ、
音響光学効果を有する媒質内の超音波の伝搬速度をｖ、
駆動周波数をｆとして、次式（３）の様に表すことがで
きる。

【００３５】 　　　　ｓｉｎ　θ＝（ｆ・λ）÷（２ｎ・ｖ）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３
）

【００３６】ここで、可変波長光源１の発振可変波長
全域に渡って、音響光学効果を有する媒質の屈折率が同
じであると仮定すると、式（３）から明かな様に、回折
角θを一定に保つために、波長λに従って波長λと駆動
周波数ｆとの積λ・ｆが一定となる様に駆動周波数ｆを
変化させればよい。この場合、光源データメモリ３に発
振波長とともに、発振波長に対応したＡＯスイッチ４ａ
の駆動周波数ｆをデータとして記憶させておく。光源制
御手段２は、光源データメモリから所定の波長の発振デ
ータに基づいて可変波長光源１を発振させるとともに、
ＡＯスイッチ４ａの駆動周波数ｆデータを読出してＡＯ
スイッチ制御部４ｂへ出力する。ＡＯスイッチ制御部４
ｂは、駆動周波数ｆデータをもとに所定の周波数の駆動
信号をつくり、この駆動信号によってＡＯスイッチ４ａ
の動作を制御して波長が変化しても回折角θが一定にな
るようにする。

【００３７】

【発明の効果】上記説明のように、本発明の光ファイバ
伝送路特性測定装置では、可変波長光源で発振された光
パルスを被測定光ファイバ伝送路に送出し、光パルスの
後方散乱光を検出して伝送損失、障害点の測定を行うだ
けでなく、遠端側に反射手段を設けるとともに可変波長
フィルタによって受光感度レベルを調整して、波長分散
、伝送帯域の測定ができる構成としたので、１つの測定
装置で光ファイバ伝送路の各種波長に対応して、伝送帯
域（ベースバンド帯域）、波長分散特性、伝送損失及び
障害点位置の各測定が、片端で行える効果がある。

【００３８】また、遠端側に反射手段を設けることによ
って、波長分散、伝送帯域の測定が精度よく行えるとと
もに、伝送損失及び障害点位置の測定においても波長分
散測定で得られた分散が零の波長を可変波長光源に設定
することにより精度のよい測定が可能である。

【００３９】さらに、可変波長フィルタによって波長選
択できることから、波長多重回線にも使用可能になった
。

【００４０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す図である。

【図２】可変波長光源の特性を示す図。

【図３】可変波長フィルタの構成を示す図。

【図４】障害位置の検出及び損失測定の測定データ例を
示す図である。

【図５】波長分散特性の測定データ例を示す図である。

【図６】伝送帯域特性の測定データ例を示す図である。

【図７】本発明の第２実施例の構成を示す図である。

【図８】本発明の第３実施例の構成を示す図である。

【符号の説明】 １　　可変波長光源 ２　　光源制御部 ３　　光源データメモリ ４　　光分岐手段 ４ａ　　ＡＯスイッチ ４ｂ　　ＡＯスイッチ制御部 ５　　被測定ファイバ伝送路 ６　　ミラー ７　　可変波長フィルタ ８　　光検出部 ９　　メモリ １０　　データ処理部 １１　　測定制御部 １２　　波長依存カップラ １３　　光ファイバ １４　　レンズ １５　　干渉フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光パルスを発生する可変波長光源（１）と
   、被測定光ファイバへ前記光パルスを送出するとともに
   前記被測定光ファイバからの反射光を取り出す光分岐手
   段（４）と、前記光分岐手段からの反射光を検出し測定
   データとして出力する光検出器（８）と、前記測定デー
   タを記憶するメモリ（９）と、前記測定データより前記
   被測定光ファイバの特性を演算するデータ処理部（１０
   ）とを備えた光ファイバ伝送特性測定装置であって、前
   記データ処理部には、前記被測定光ファイバの伝送帯域
   、波長分散特性、伝送損失の測定及び障害位置を検出す
   るための処理部を備え、さらに、前記被測定光ファイバ
   の遠端に設けられた反射手段（６）と、前記光分岐手段
   と前記光検出器との間に設けられた可変波長フィルタ（
   ７）と、前記伝送帯域及び波長分散特性を測定する場合
   には、前記光パルスの発振波長を変化させるとともに前
   記可変波長フィルタの減衰量を変化させて前記光検出器
   に入力する反射光を所定レベルにし、前記伝送損失測定
   及び障害位置検出の場合には、前記光パルスの発振波長
   及び前記可変波長フィルタの透過域を前記被測定光ファ
   イバの伝送波長に一致させるように制御する測定制御部
   （１１）とを備えた光ファイバ伝送特性測定装置。 【０００１】