JPH0472540A - 後方散乱光測定方式 - 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１ 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に関するものである。

［従来の技術１ 光ファイバに光パルス等の信号光を入射し、光ファイバ
内のレーリー散乱のうち入射端に戻ってくる光すなわち
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、後方散乱光の強度を時開的に観測することにより、
光ファイバの長生方向の光伝搬強度分布、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。

第４図は、光へテロダイン検波方式を用いた従来の後方
散乱光測定方式の構成図、第５図（ａ）〜（ｄ）は第４
図中のａＮｄ点におけるそれぞれの信号波形図である。

図中１は測定用信号光か測定しようとする被測定ファイ
バ５の往復伝搬時間に相当する時間よりも長い繰り返し
周期Ｔ〉２１・Ｕ（ｊは被測定光ファイバ５の長さ、υ
は信号光αが光ファイバ５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５図（ａ）のよう
なパルス時間幅Ｗ　＝　２　ｄ　／　ｖの単一パルス信
号Ｐを発生するパルス発生器、２はパルス発生器１から
のパルス信号Ｐにより、光源３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すための周波数
変調回路、３はＤＦＢレーザ等の狭スペクトル線幅を有
する光源、４は光源３から出射された第５図（ｂｌ）の
如き周波数変調さｔした信号光αを被測定光ファイバ５
と後述する光合波器６とに分波すると共に被測定光ファ
イバ５で発生した第５図（ｃ）の後方散乱光βを光源３
とは異なる側に取り出す為の光方向性結合器、６は光方
向性結合器４によって取り出された周波数変調された信
号光αと後方散乱光βとを合波する光合波器、７は後方
散乱光βを光ヘテロタイン検波し、電気信号に変換する
受光器、８は受光器７において光へテロタイン検波され
たビート信号ＳＯを増幅したし−ト信号Ｓ１とするため
の初段電気増幅器、９は増幅されたビート信号Ｓ１の雑
音成分を除去してビート信号Ｓ３を通過させる帯域Ｐ波
器（以下、”Ｂ、Ｐ、Ｆ、　」と称す）、１０は包絡線
検波を行うための包路線検波器、１１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、１２
は平均化処理された信号Ｓ４すなわち後方散乱光測定波
形を表示する表示回路て゛ある。

次に当該従来構成の動作について説明する。

周波数変調回路２においては、パルス信号Ｐにより光源
３の出力信号光αが第５図（ｂｌ）に示すように２種類
の光周波数ｆｏ、ｆ１となり、かつこれらか予め定めら
れた光周波数差（ｌｆＯ−ｆｌｌ）で発振するように光
源３を直接周波数変調する。ここでパルス信号Ｐのパル
スによる変調状態における出力信号光の光周波数をｆｌ
、それ以外のときの出力信号光の光周波数をｆＯとし、
前述の周波数変調により時間軸上で光周波数か異なるこ
の信号光を便宜上区別するために、光周波数ｆ１の信号
光成分をＬｌおよび光周波数ｆＯの信号光成分をＬＯと
呼ぶこととする。

繰り返し周期Ｔ、パルス時間幅Ｗのパルス信号Ｐ（第５
図（ａ））で変調を行うと光源３はパルスの期間Ｗでは
信号光Ｌｌ−その他の期間（Ｔ−Ｗ）では信号光ＬＯを
出射する。これら信号光のうち、測定の対象となる後方
散乱光βを生じさせる測定用信号光をＬｌとし、ＬＯは
局発用信号光として用いることとする。第５図（ｂ２）
は、信号光ＬｌおよびＬＯを周波数軸上て表したもので
ある。

一方、これらの信号光Ｌ１およびｌ＝　Ｏは光方向性結
合器４によって分岐され、一方は測定用として被測定光
ファイバ５に入射し、他方は光ヘテロダイン検波用局発
光として光合波器６に入射する。

被測定光ファイバ５に入射した測定用信号光１−１およ
び局発用信号光ＬＯは被測定光ファイバ５中においてそ
れぞれＬＩＢおよび［−、ＯＢの後方散乱光（第５図（
Ｃ））を生じ、これらは入射側の光方向性結合器４によ
り分離されて光合波Ｈ６に加えられ、光方向性結合器４
によって分岐された出力信号光α（Ｌ、１及びＬＯ）と
合波される。これら合波された信号光りは受光器７の自
乗検波特性により光へテロタイン検波が行われ、測定用
信号光Ｌ１による後方散乱光ＬＩＢと局発用信号光ＬＯ
によるビート信号Ｓｏ　（ｌ　ｆＯ−ｆｌｌ　）か得ら
れる。

従って、初段電気増幅器８によって増幅されたビート信
号Ｓ１をＢ、Ｐ、Ｆ、９にて雑音成分を除去したビート
信号Ｓ３を抽出し、包路線検波１０において包路線検波
（第５図（ｄ））を行い、平均化処理回＃１１１内の高
速Ａ／Ｄ変換器で量子化され、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１１において時
間領域に記憶され、平均化か施された信号Ｓ４（以下、
「平均化処理信号」と称す）は、表示回路１２に順次表
示される。従って、表示回路１２では、平均化処理回路
１１において時間領域に記憶された平均化処理信号Ｓ４
をＹ軸、Ｘ軸を時間すなわち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５の長手方向の損
失分布として表わすことができる。

しかし、受光器７において光ヘテロダイン検波で生じる
ビート信号ＳＯは、後方散乱光測定用として必要な要素
（ＬＩＢ−ＬＯ）のほか、他の要素（ＬＩＢ−Ｌｌ）、
（ＬＯＢ−ＬＯ）、（ＬＯＢ−Ｌｌ）の組合せによる周
波数差に相当するビト信号Ｓｏが得られる。ここで要素
（ＬＩＢ−−Ｌｌ）および（ＬＯＢ−ＬＯ）はそれぞれ
ｆｌおよびｆＯの同一周波数成分のコヒーレント検波で
あり、これらのビート信号の周波数はＯＨｚであるから
、容易に除去できる。また、要素（ＬＯＢ−Ｌｌ）によ
るビート信号周波数（ｌｆｌ−ｆｏｌ）は、後方散乱光
測定用の要素（ＬＩＢ−ＬＯ）のビート信号（ｌｆｏ−
ｆｉ＋）と同一周波数であるため、除去は不可能である
。なお、要素（ＬＯＢ−Ｌｌ）の光へテロダイン検波が
おこなわれるのは第５図（ｄ）の如く、第５図（ｂｌ）
の信号光Ｌ１の送出期間である。

［発明か解決しようとする課題］ 後方散乱光βを測定しようとする場合、光ファイバのレ
ーリー散乱に起因する後方散乱光βのほか、後方散乱光
測定装置Ａと光ファイバ５の接続部や被測定光ファイバ
５の接続部あるいは破断点などにおいて屈折率差の違い
に起因するフレネル反射光Ｌａも入射端で受光される。

このフレネル反射光Ｌａの強度は後方散乱光βの強度に
比べ約千倍と非常に過大であり、このため光へテロダイ
ン検波されたフレネル反射光Ｌａは電気回路を飽和させ
、後方散乱信号光βが覆い隠されてしまい、後方散乱光
測定のダイナミックレンジを制限したり、測定を不可能
にしてしまう欠点がある。

また、例えば単位キロ当りの損失が０．２ｄＢの２００
ｋｍ長の被測定光ファイバ５の後方散乱光測定を行う場
合、入射端Ｏｋｍ点での後方散乱光強度と２００ｋｍ点
での後方散乱光強度の差は８０ｄＢである。従って、光
ヘテロダイン検波以降の電気回路のダイナミックレンジ
は、８０ｄＢ以上必要である。しかし、この様な広範囲
にわたる電気回路の製作は困難である３例えば４０ｄＢ
のダイナミックレンジを有する電気回路を使用する場合
、０〜１１００ｋの測定は可能であるが１１００ｋ〜２
００ｋｍの測定は不可能となる。１１００ｋ〜２００ｋ
ｍの測定を行うために後方散乱信号光レベルを増幅器で
４０ｄＢ上げてやると、０〜１１００ｋの後方散乱信号
光レベルも４０ｄＢ上がるため、０〜１１００ｋの後方
散乱信号光により電気回路を飽和させてしまい、結果的
にも０〜１１００ｋの範囲しか測定できないという問題
がある。

さらに、前述の如く測定対象の信号光Ｌ１の送出中にお
いては被測定光ファイバ５からの後方散乱光ＬＯＢが信
号光Ｌ１を局発用信号光として光ヘテロダイン検波（Ｉ
　ｆｏ−ｆ　１１　’）される、後方散乱光ＬＯＢは、
局発用信号光ＬＯによる後方散乱光であるが、局発用信
号光ＬＯの見かけ上のパルス幅は（Ｔ−Ｗ）と大きいた
め、その強度は測定用信号光Ｌ１の後方散乱光ＬＩＢに
比べ非常に大きく、また局発用信号光ＬＯによる近端で
のフレネル反射光Ｌａも受信されるため、測定用信号光
Ｌ１送出期間において前述の電気回路の飽和が発生して
しまう間離がある。

以上のように、従来の後方散乱光測定方式では、測定に
不要なフレネル反射光Ｌａや局発用信号光ＬＯの後方散
乱光ＬＯＢにより電気回路が飽和し、測定ダイナミック
レンジが小さいという間Ｕ点があった。

本発明は前記の課題を解決するなめになされたもので、
測定性能を劣化させるフレネル反射光および任意の後方
散乱光等の不要な信号光成分を除去し、測定ダイナミッ
クレンジの大きな後方散乱光測定方式を提供せんとする
ものである。

［課題を解決するための手段］ 前記課題の解決は、本発明が次の特徴的構成手段を採用
することにより達成される。

本発明の特徴は、光源からの測定用信号光を光ファイバ
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
射端で取り出して測定する後方散乱光測定方式において
、それぞれ発振波長の異なる測定用信号光、局発用信号
光及びダミー用信号光を予め定めた時間幅で、かつ連続
光となるように一周期を構成された連続信号光を周期的
に前記光ファイバ内に入射し、前記連続信号光が前記光
ファイバ内で発生した後方散乱光と前記連続信号光とを
光検波し、該光検波により得られたビート信号のうち前
記測定信号光による後方散乱光と前記局発用信号光とで
得られる光検波後のビート信号を取り出して後方散乱光
を測定するように構成してなる後方散乱光測定方式であ
る。

１作　用１ 本発明は前記手段を講じ、測定用信号光を被測定光ファ
イバに入射させて該被測定光ファイバ内で発生する後方
散乱光を入射端側で局発用信号光と合波することによっ
て光へテロダイン検波して測定する後方散乱光測定方式
において、前、？［！測定用信号光及び前記局発用信号
光とは波長の異なるダミー用信号光と該測定用信号光と
該局発用信号光との送信時間か所望幅となるよう組合せ
を計り、前記測定用信号光による後方散乱光と該局発用
信号光との光へテロダイン検波されたビート信号成分の
みを受光器出力の初段電気増幅器の＃１幅周波数とする
ことにより、目的とするところの前記ヒト信号成分以外
の成分を次段の増幅器に通過させず、またフレネル反射
光および測定ダイナミックレンジを超える大きな後方散
乱光部分は前記ダミー用信号光のとビート信号成分とし
てタイミングを合せ重畳カットし、それぞれ通人な不要
信号成分を除去する。

「実施例〕 本発明の実施例を第１図、第２図および第３図を用いて
詳細に説明する。なお、本実籍例の後方散乱光測定装置
Ｂにおいて、従来構成と同一回路素子には、同一番号を
付し、説明の重複は省く。

図中１３は本発明の特徴である任意のパルスパターン信
号Ｐ２（以下、「ダミー用信号」と称す）を発生するこ
とができるパルスパターン発生器、１４はパルス発生器
１の単一パルス信号Ｐ１とダミー信号Ｐ２を電気的に合
成する合成器、１５は合成器１４によって合成されたパ
ルス合成信号ＰＰ（以下、「合成信号」と祢す）の電圧
に応じて、光源３の周波数偏移量を制御するための周波
数変調回路、１６は本発明の特徴である所望の周波数帯
域のみを増幅するように設定された初段電気増幅器であ
る。

次に本実維例の動作について説明する。

パルスパターン発生器１３は、被測定光ファイバ５の往
復伝搬時間より長い時間（Ｔ＞　２ｊ　／υ）の２倍の
時間に相当する繰り返し周期２Ｔで、がつＴ〜２Ｔの期
間に相当する位ｉにダミー用信号Ｐ２（第２図（ａ２）
）を発生し、合成器１４により、単一パルス信号Ｐ１（
第２図（ａｌ））と合成された合成信号ＰＰ（第２図（
ａ３））を出力供給する。この合成信号ＰＰは、測定用
信号光Ｌ１１発生用電圧ｖ１）、局発用信号光Ｌ、２発
生用（電圧Ｖ２）及び本発明の特徴でりるダミー用信号
光Ｌ３発生用〈電圧Ｖ３）の３値の電圧（Ｖ１〜ＶＢ）
を持つようにする。また、周波数偏移量＃！１５ではこ
れらの３値の電圧に比例した周波数偏移を光源３に与え
るように構成する。

なお、電圧■１〜■３に対応する光周波数をｆ１〜ｆ３
（便宜上対応する信号光成分の名称をＬ１〜Ｌ３とする
）とする、ここで、これら３値の信号光Ｌ１〜Ｌ３によ
る光ヘテロダイン検波により、Δｆ１２（ｌｆｌ−ｆ２
＋）、Δｆ１３（ｆｌ−’ｆ３１）およびΔｆ２３　（
ｌ　ｆ２−ｆ３１　）の３種類の周波数成分のビート信
号Ｓ〇−成分が得られる。測定に必要な成分は測定用信
号光Ｌ１と局発用信号光Ｌ２とのヒート信号ＳＯ゛成分
、すなわちΔｆ１２　（ｌ　ｆｌ−ｆ２＋）である、従
って、不必要な成分である測定用信号光Ｌ１とダミー用
信号光Ｌ３のビート信号成分Δｆ１３および局発用信号
光Ｌ２とタミー用信号光Ｌ３のビト信号成分Δｆ２３は
、初段電気増幅器１６の周波数帯域（通過帯域の低域側
をｆＬ、高域側をｆＵとする）を制膓し、かつ （１）ｆＬ＜Δｆ１２＜ｆＵ （２）ｆＬ＞Δｆ１３あるいはｆＵ＜Δｆ１３（３）ｆ
Ｌ＞Δｆ２３あるいはｆＵ＜Δｆ２３を満足するような
ビート信号Ｓ〇−周波数を設定することにより、第２図
（ｃ）の如く、容易に不要成分の除去ができる。

ここで、従来の方式で問題となった、測定用信号光Ｌ１
を送出時における局発用信号光Ｌ２あるいはダミー用信
号光Ｌ３による後方散乱光β−あるいは近端フレネル反
射光Ｌａ−と局発用信号光Ｌ２との合波信号光し−に基
づくビート信号ＳＯ゛について考えてみる。ます局発用
信号光Ｌ２については、局発用信号光Ｌ２の持続時間は
くＷ〜Ｔ）であり、続いて（Ｔ〜２Ｔ）の期間（被測定
光ファイバ５の往復伝搬時間より長い期間）はダミー用
信号光Ｌ３か送出されている。

このため、測定用信号光Ｌ１の送出期間においては局発
用信号光Ｌ２による後方散乱光β−および近端フレネル
反射光Ｌａ−は受光されない。

またダミー用信号光Ｌ３による後方散乱光β−および近
端フレネル反射光Ｌａ−は、測定用信号光Ｌ１送出期間
中受光されるが、このビート信号ＳＯ−の周波数成分は
Δｆ１３であるから電気的に除去される。また、局発用
信号光Ｌ２とダミ用信号光Ｌ３のビート信号Ｓ〇−成分
Δｆ　２３　Ｌ：ついても同様である。

また、被測定光ファイバ５を長尺にするために、複数の
被測定光ファイバが直列接続されて構成している場合、
これらの接続部Ｈ１，Ｈ２や最終先端部分からの過大な
フレネル反射光Ｌａ−が生じ、これを受光することによ
って、測定系の電気段の特性を劣化させることになる。

この場合、本発明では、第３図（ａ＞の如く、このフレ
ネル反射光Ｌａ−を受光する点に、ダミー用信号光Ｌ３
の電圧Ｖ３を周波数変調回路１５に供給することにより
、この測定用信号光Ｌ１によるフレネル反射光Ｌａ’成
分とのビート信号ＳＯ−成分をΔｆ１３として除去する
ことかできる。すなわち、本発明では、光ファイバ５の
接続部Ｈ１，Ｈ２を予め計算して求めるか、または接続
部ＨＩ　　Ｈ２のフレネル反射光Ｌａ−を測定し、該当
する部分にダミ用信号光Ｌ３を挿入することにより、光
ファイバ５の接続部Ｈ１，Ｈ２で生じたフレネル反射光
Ｌａ　　による電気回路の特性劣化を防ぐためそのビー
ト信号Ｓ〇−成分をカットし簡単に除去することができ
る。

さらに、長尺の光ファイバを測定するときに問題となる
大きな後方散乱光β−による電気回路の特性劣化を防ぐ
ためには、ダイナミックレンジを超える大きな後方散乱
光部分βａをカット除去することが必要である。

このような場合、本発明は第３図（ｂ）の如く、除去対
象に相当する期間をＷｄとすると、この期間周波数変調
回８１５に供給する電圧をダミー用信号光Ｌ３の電圧ｖ
３に設定することにより、この測定用信号光Ｌ１による
後方散乱光βとのビト信号Ｓ〇−成分をΔｆ１３として
除去することが可能である。

なお、測定用信号光、局発光信号光及びダミー信号光を
連続光とする方法として、ひとつの光源でバイアスを流
の制御または外部周波数変調器を用いる方法の他に、発
振波長の異なる３つの光源を予め定めた時間幅で切り替
えるようにしても良い ＝発明の効果］ 以上のように１本発明は、光源において予め定められた
測定用、局発用、ダミー用の３種類の光周波数を用い、
３種類の光周波数のｆｉｎ設定を行うことにより、従来
問題となっていた過大なフレネル反射光および不要な後
方散乱光信号成分を容易に除去することが可能となり、
電気回路の特性を劣化させることがない。

ダミー用信号光または測定用信号光の光源を局郁発振用
光源と兼用することにより、簡単な構成で後方散乱光測
定方式を実現することができる。

従って、本発明は電気回路の特性を、目的とする後方散
乱光の測定用にｆｉ週化できるなめ、測定ダイナミック
レンジを大きくして、被測定光ファイバの測定長を長く
する後方散乱光測定方式を容易に可能とすることができ
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方式のブロック図
、第２図（ａ）〜（ｄ）は第１図中の８〜６点における
波形図、第３図（ａ）（ｂ）は不要信号成分を除去する
ための合成信号ＰＰの例、第４図は従来の後方散乱光測
定方式のブロック図、第５図（ａ）〜（ｄ）は第４図中
の８〜６点における波形図である。 Ａ、Ｂ・・・後方散乱光測定装置 １・・・パルス発生器 ２．１５・・・周波数変調回路 ３・・・光源　　　　　　　４・・・光方向性結合器５
・・・被測定光ファイバ　６・・・光合波器７・・・受
光器 ８．１６・・・初段電気増幅器 ９・・・帯域を波器（Ｂ、Ｐ、Ｆ、） １０・・・包絡線検波器　　１１・・・平均化処理回路
１２・・・表示回路 １３・・・パルスパターン発生器 １４・・・合成器 Ｌｌ・・・測定用信号光 ＬＯ，Ｌ２・・・局発用信号光 Ｌ３・・・ダミー用信号光 ＬＩＢ・・・Ｌｌによる後方散乱光 ＬＯＢ・・・ＬＯによる後方散乱光 ｆＯ・・・ＬＯおよびＬＯＢの光周波数ｆｌ・・・Ｌｌ
およびＬＩＢの光周波数ｆ２・・・Ｌ２の光周波数 ｆ３・・・Ｌ３の光周波数 Δｆ１２・・・ＬｌとＬ２の成分によって生じるビト信
号周波数 Δｆ１３・・・ＬｌとＬ３の成分によって生ヒるビート
信号周波数 Δｆ２Ｂ・・・Ｌ２とＬ３の成分によって生じるビート
信号周波数 ■１・・・Ｌｌを得るための電圧 ｖ２・・・Ｌ２を得るための電圧 ｖ３・・・Ｌ３を得るための電圧 ｆＵ・・・初段電気増幅器の通過帯域の高域周波数ｆＬ
・・・初段電気増幅器の通過帯域の低域周波数Ｐ、ＰＩ
・・・パルス信号 Ｐ２．ＰＰ・・・パルスパターン信号 Ｔ・・・パルス信号、パルスパターン信号の繰り返し周
期 Ｗ・・・パルス時間幅 Ｗｄ・・・パルスパターン信号のダミーパルスの時間幅 −一一菅錯訳璽 剥獄悴 第８図 （Ｌｌ）−−’と匠Ｕ５ 第８図 （ｂ） 第５図 （Ｑ） 時 間 （ｂｌ） （ｂ２） （Ｃ） （ｄ） 時 間 手 続 補 正 書 方 式 ％式％ 事件の表示 平成２年特許願第１ ８４０６４号 ２゜ 発明の名称 後方散乱光測定方式 補正をする者 事件との関係 特許畠願人 住所 東京都新宿区西新宿２丁目３番２号 名称 （１２１）国際電信電話株式会社 ４゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光源からの測定用信号光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で取り出
   して測定する後方散乱光測定方式において、 それぞれ発振波長の異なる測定用信号光、局発用信号光
   及びダミー用信号光を予め定めた時間幅で、かつ連続光
   となるように一周期を構成された連続信号光を周期的に
   前記光ファイバ内に入射し、前記連続信号光が前記光フ
   ァイバ内で発生した後方散乱光と前記連続信号光とを光
   検波し、該光検波により得られたビート信号のうち前記
   測定信号光による後方散乱光と前記局発用信号光とで得
   られる光検波後のビート信号を取り出して後方散乱光を
   測定することを特徴とする後方散乱光測定方式。 ２、前記連続信号光が一つの光源のバイアス電流もしく
   は該光源の出力光を外部変調器で変調して連続光にし、
   前記光ファイバに入射することを特徴とする請求項１記
   載の後方散乱光測定方式。 ３、前記連続信号光がそれぞれ発振波長の異なる複数の
   光源からの出力光を切り替えて連続光にし、前記光ファ
   イバに入射することを特徴とする請求項１記載の後方散
   乱光測定方式。