JPH05322698A - 光パルス試験器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】コヒーレント検波方式を用いる光パルス試験器
において、受信部の電気系の設計が容易な光パルス試験
器を提供すること。 【構成】試験信号光ａを第１のＡＯスイッチ２１でパル
ス化すると共に、正に例えば１００ＭＨｚ周波数シフト
させる。パルス化した試験信号光を第２のＡＯスイッチ
２２で負に１００．１ＭＨｚシフトさせ、被試験光ファ
イバ５に入射する。反射光及び後方散乱波光ｃとローカ
ル信号光ｂとを合波して得られるビート信号光ｄの光周
波数は、負に０．１ＭＨｚシフトされる。ビート信号光
ｄを受光器７で電気信号に変換し、処理後、後方散乱波
形をＣＲＴ１４に表示する。 【効果】光レベルで低周波数化するので、動作帯域の低
い増幅器で光パルス試験器を構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信システム分野にお
いて、光通信信号の伝送媒体である光ファイバ及び光フ
ァイバ線路の光損失等の特性を試験する光パルス試験器
（以後、ＯＴＤＲ(Optical Time Domain Reflectomete
r) と称する）の測定性能の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＯＴＤＲは、被試験光ファイバに光パル
スを送出し、被試験光ファイバからの反射光や後方散乱
光を受信、解析して光損失等の特性をＣＲＴ等に表示す
る装置である。被試験光ファイバの特性を片端から試験
できることから非常に有用なツールとなっている。その
ため、従来からＯＴＤＲの測定可能範囲（これをダイナ
ミックレンジという）を拡大する研究開発がなされてき
た。ダイナミックレンジを拡大するには、主に被試験光
ファイバへの送出パルス強度を大きくすることと、後方
散乱光等の受信感度を向上する方法が取られる。受信感
度を向上する一方法として、ヘテロダインもしくはホモ
ダイン受信といったコヒーレント検波技術の適用が検討
されている。

【０００３】コヒーレント検波技術を用いる従来のＯＴ
ＤＲについて図４を基に説明する。図４では試験信号光
とローカル信号光の発生を同一光源により行っていると
ともに、試験信号光側を光周波数変調してヘテロダイン
受信を行っている。図４において、１は狭線幅スペクト
ルの試験信号光およびローカル信号光を発生する狭線幅
光源、２は光源１からの出射光を試験信号光ａとローカ
ル信号光ｂとに分岐する第１の合分岐器、３は分岐した
試験信号光を一定の周期でパルス化すると共に光周波数
変調する音響光学スイッチ（以後ＡＯスイッチと称
す）、４はパルス化した試験信号光を被試験光ファイバ
５に入射するとともに光ファイバからの反射光および後
方散乱光ｃを試験器に導く第２の合分岐器、６は試験器
内に導かれた反射光および後方散乱光ｃと前記のローカ
ル信号光ｂとを合波する第３の合分岐器、７は合波され
た反射光および後方散乱光とローカル信号光とのビート
信号光ｄを光−電気変換する受光器、８は電気信号の増
幅器、９は増幅された電気信号と局部発振器１０で発生
したローカル電気信号とをミキシングするミキサ、１１
は高周波信号を遮断する電気フィルタ、１２はアナログ
・ディジタル変換する信号変換器、１３はディジタル信
号を自乗加算するとともに対数変換する信号処理器、１
４は反射光および後方散乱光強度の長手方向分布を表示
するＣＲＴ、１５は試験信号光を一定周期でパルス化し
たり、加算処理するために必要なタイミング発生器であ
る。符号８〜１３で電気処理系を成している。

【０００４】このようなコヒーレント検波技術を用いる
ＯＴＤＲでは、微弱な後方散乱光ｃに対して比較的大き
な強度のローカル信号光ｂを合波したビート信号光ｄを
受信検波するものである。ビート信号光の強度Ａd は、
後方散乱光強度をＡc 、ローカル信号光強度をＡb とす
ると、Ａc とＡb の積の平方根に比例する。従って、ロ
ーカル信号光強度Ａb を比較的大きくすることによっ
て、より微弱な後方散乱光まで受信できることになり、
ＯＴＤＲとしてのダイナミックレンジを拡大することが
できる。

【０００５】通常、光通信に用いる波長１．３μｍ、
１．５５μｍにおいて、ＡＯスイッチを光周波数変調器
として使用するためには１００ＭＨｚ程度の周波数で駆
動する必要がある。従って、光周波数は１００ＭＨｚ程
度（ここでは丁度１００ＭＨｚとする）シフトすること
になる。その結果、第３の合分岐器で後方散乱光および
反射光とローカル信号光とを合波して得られるビート信
号光ｄは、受光器７で光電気変換された後、そのスペク
トルを観測すると１００ＭＨｚを中心として側帯波成分
を有する中間周波信号（ＩＦ信号）となる。このＩＦ信
号を電気レベルでベースバンド信号に落として信号処理
し最終的に後方散乱波形等をＣＲＴに表示するために、
まず増幅器８でＩＦ信号を増幅し、局部発振器１０から
のローカル電気信号とミキサ９でミキシングする。さら
にベースバンド信号を電気フィルタ１１で高周波成分を
遮断して信号変換器１２に入力する。

【０００６】前述したビート信号の側帯波帯域は、試験
信号光の光パルス幅をＷとすると１／Ｗとなり、例えば
光パルス幅１μｓの場合には１ＭＨｚとなる。従って、
局部発器は光パルス幅が１μｓの場合１００．１ＭＨｚ
もしくは９９．９ＭＨｚ程度に設定し、さらに電気フィ
ルタは１ＭＨｚ以上を遮断するものを用いる。このよう
な構成であるので、増幅器８は１００ＭＨｚ帯の高周波
域まで大きな増幅性能を有し、低雑音なものが必要であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような１００ＭＨ
ｚ以上の帯域まで低雑音で高利得な特性を有する増幅器
を作製するのは、低周波域の増幅器より難しく、増幅器
で発生する熱雑音のためにコヒーレント検波方式のショ
ット雑音限界を達成しにくいといった問題があった。そ
の結果、ＯＴＤＲの高ダイナミックレンジ化の妨げとな
っていた。また、局部発振器やミキサも１００ＭＨｚ帯
の高周波で良好な特性のものが必要であり、このような
ものは高価であるといった欠点もあった。

【０００８】本発明の目的は、コヒーレント検波方式を
用いるＯＴＤＲにおいて、光レベルでビート信号周波数
を低周波化して、増幅器をはじめとする電気系の設計を
容易にし、ダイナミックレンジの大きいＯＴＤＲを実現
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、コヒーレント
検波方式を用いるＯＴＤＲにおいて、試験信号光側もし
くはローカル信号光側、もしくは両光側に対して設けた
光周波数変調器を複数個にすると共に個々の光周波数シ
フトを正および負にし、後方散乱光および反射光とロー
カル信号光とを合波して得られるビート信号光の周波数
を低周波化して、光電気変換後に用いる増幅器の所要帯
域を狭くするものである。また、局部発振器やミキサを
用いる場合にはこれらの所要帯域も狭くするものであ
る。

【００１０】ＡＯスイッチを光周波数変調器として用い
る場合、光周波数シフトの正負はＡＯスイッチ内の圧電
素子と超音波吸収体の配置を変えることによって容易に
実現できる。コヒーレント検波方式を用いるＯＴＤＲの
構成として、試験信号光側にＡＯスイッチを縦列に２個
配設し、第１番目のもので光周波数変調とパルス化を行
い第２番目のもので光周波数変調を行う場合、第１番目
のＡＯスイッチの駆動周波数を１００ＨＭｚ、シフトを
正とし、第２番目のＡＯスイッチの駆動周波数を１０
０．１ＭＨｚ、シフトを負とすると、試験光ファイバか
らの後方散乱光および反射光は０．１ＭＨｚ負にシフト
している。この後方散乱光および反射光とローカル信号
光とを合波すると、ビート信号のビート周波数は０．１
ＭＨｚとなる。

【００１１】一方、試験信号光側に光周波数変調機能の
ない光スイッチを配設し、ローカル信号光側にＡＯスイ
ッチを縦列に２個配設した場合には、ローカル信号光側
の第１番目および第２番目のＡＯスイッチの周波数シフ
トを正および負とすることによって、ビート信号周波数
はＡＯスイッチ１個の場合よりも小さくすることができ
る。

【００１２】さらに、試験信号光側およびローカル信号
光側にＡＯ光スイッチを配設する場合、光周波数シフト
符号が同じでシフト量が若干異なるものを用いることに
よって、例えば１００ＭＨｚと１００．１ＭＨｚで、共
に正にシフトするものを用いることによって、ビート信
号周波数は０．１ＭＨｚとすることが出来る。

【００１３】

【作用】試験信号光側もしくはローカル信号光側のみに
光周波数変調手段を複数設ける場合には周波数シフトを
正と負にし、試験信号光側およびローカル信号光側に光
周波数変調手段を複数設ける場合には周波数シフトを正
同士もしくは負同士とすることによって、後方散乱光お
よび反射光とローカル信号光とを合波したビート信号の
周波数を低周波化できる。従って、ビート信号光を検出
し増幅する回路は低周波で動作すれば十分となる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例を説明する図で
あって、２１は第１のＡＯスイッチ、２２は第２のＡＯ
スイッチ、２３は数ＭＨｚ帯域で動作する増幅器であ
る。ＡＯスイッチそれぞれの光周波数シフトは、第１の
ＡＯスイッチ２１では正、第２のＡＯスイッチ２２では
負である。

【００１５】本発明のコヒーレント検波ＯＴＤＲの構成
と動作について説明する。ＤＦＢ−ＬＤ等の半導体レー
ザに光ファイバを接続することなどにより、スペクトル
線幅を狭くした狭線幅光源１からの出射光は、第１の合
分岐器２により試験信号光ａとローカル信号光ｂとに分
岐される。分岐された試験信号光ａは第１のＡＯスイッ
チ２１で一定の周期でパルス化と共に正側に光周波数変
調され、さらに第２のＡＯスイッチ２２で負側に光周波
数変調され、第２の合分岐器４を介して被試験光ファイ
バ５に入射される。

【００１６】被試験光ファイバ５からの反射光および後
方散乱光ｃは、第２の合分岐器４を介して第３の合分岐
器６に導かれる。この第３の合分岐器６にはローカル信
号光ｂも導かれ、反射光および後方散乱光ｃと合波され
る。合波されたビート信号光ｄはダブルバランス型ＰＩ
Ｎ−ＦＥＴ等の受光器７で光−電気変換される。電気変
換されたビート信号は増幅器２３で増幅された後に信号
変換器１２に入力される。

【００１７】信号変換器１２ではアナログ・ディジタル
変換さらに自乗変換され、信号処理器１３でＳＮ改善の
ために加算されたのち対数変換され、ＣＲＴ１４に信号
の時間的変化すなわち長手方向の分布として表示され
る。タイミング発生器１５は試験信号光をパルス化する
ためのトリガ信号を第１のＡＯスイッチ２１の駆動部に
供給するとともに信号変換器１２や信号処理器１３へタ
イミング信号を供給する。

【００１８】第１のＡＯスイッチ２１には圧電素子と超
音波吸収体が正の光周波数シフトを生じるように配置さ
れたものを用い、第２のＡＯスイッチ２２には圧電素子
と超音波吸収体の配置が逆で負の光周波数シフトを生じ
るものを用いる。ＡＯスイッチの駆動周波数は例えば１
００ＭＨｚと１００．１ＭＨｚに設定する。そうする
と、被試験光ファイバに入射される試験信号パルスは狭
線幅光源からの出射光に比べて０．１ＭＨｚ負側に光周
波数シフトしたものとなる。

【００１９】被試験光ファイバからの後方散乱光や反射
光もまた０．１ＭＨｚ負側に光周波数シフトしている。
従って、被試験光ファイバからの後方散乱光および反射
光ｃとローカル信号光ｂとを合波したビート信号光の光
周波数は０．１ＭＨｚ負側に光周波数シフトしている。
すなわち、ビート信号光の光周波数の絶対値は、第１の
ＡＯスイッチ２１の光周波数シフト量の絶対値１００Ｍ
Ｈｚより小さく、また第２のＡＯスイッチ２２の光周波
数シフト量の絶対値１００．１ＭＨｚより小さくなって
いる。

【００２０】このビート信号光を光−電気変換した後の
ビート信号は、０．１ＭＨｚを中心としたものとなる。
光パルス幅が１μｓの場合、ビート信号の側帯波帯域
（＝スペクトル幅）は前述のとおり１ＭＨｚであるの
で、増幅器２３の帯域幅は１ＭＨｚ程度で十分となる。
図４に示した従来のような構成では、ビート信号の周波
数が１００ＭＨｚであるので１００ＭＨｚ帯まで増幅す
る増幅器が必要であったが、本発明ではそのような増幅
器は必要でなく、数ＭＨｚ帯までの増幅器で十分であ
る。高ダイナミックレンジで直線性がよくかつ雑音が小
さい増幅器の設計製造は周波数が高いほど難しくかつ高
価になる。また、従来用いていたようなミキサや局部発
振器、電気フィルタが不要となる。

【００２１】従って、本発明では、ＯＴＤＲの設計製造
が容易になり、安価にできる利点がある。さらに、増幅
器で発生する雑音を小さくできるので、ＯＴＤＲのダイ
ナミックレンジを大きくできるという利点がある。本発
明の第２の実施例を図２に示す。第２のＡＯスイッチ２
２を被試験光ファイバ５との合分岐器として用いるとと
もに被試験光ファイバ５からの反射光および後方散乱光
に対する光周波数変調器として用いたものである。光周
波数シフトの符号と大きさは第１の実施例と同じであ
る。

【００２２】第２のＡＯスイッチ２２の０次光側（駆動
信号オフの時に接続される側）は第１のＡＯスイッチ２
１と接続され、１次光側（駆動信号オンの時に接続され
る側）は第３の合分岐器６と接続される。第２のＡＯス
イッチ２２の駆動信号はタイミング発生器１５より供給
され、試験信号光パルスが第２のＡＯスイッチ部を通過
する時間はオフで、それ以外はオンとする。そうするこ
とによって被試験光ファイバ５からの反射光および後方
散乱は第３の合分岐器６に導かれると共に、その光周波
数が変調される。

【００２３】本実施例では、被試験光ファイバ５に入射
する試験信号光パルス並びに被試験光ファイバで発生す
る反射光および後方散乱光は光周波数が１００ＭＨｚ正
にシフトしているが、第２のＡＯスイッチ２２を介して
第３の合分岐器６に導かれる反射光および後方散乱光は
再変調されて０．１ＭＨｚ負側に光周波数シフトしたも
のとなる。従って、第１の実施例と同様に、ビート信号
は０．１ＭＨｚを中心として得られるので、増幅器２３
の帯域は数ＭＨｚで十分となる。また、第１の実施例と
同様にミキサや局部発振器、電気フィルタが不要であ
り、さらに本実施例では第２の合分岐器が不要となるの
で、より一層構成が簡単になる。

【００２４】本発明の第３の実施例を図３に示す。第２
のＡＯスイッチ２２をローカル信号光側に配設したもの
である。光周波数シフトの符号は両方とも正で、シフト
量が第１のＡＯスイッチは１００ＭＨｚ、第２のＡＯス
イッチは１０５ＭＨｚの例である。被試験光ファイバ５
からの反射光および後方散乱光は１００ＭＨｚ正側に光
周波数シフトし、ローカル信号光は１０５ＭＨｚ正側に
光周波数シフトしているので、第３の合分岐器６で合波
されたビート信号は５ＭＨｚのＩＦ信号となる。そこ
で、電気系においてミキサ２４と局部発振器２５により
ベースバンド信号に落している。電気系の構成は従来例
と同様であるが、ＩＦ周波数が低いので、増幅器２３、
ミキサ２４および局部発振器２５の動作周波数は低くで
きる。

【００２５】その結果、増幅器、ミキサ、局部発振器、
電気フィルタの設計製造が従来より容易になる。また、
増幅器で発生する雑音を小さくできるので、ＯＴＤＲの
ダイナミックレンジを大きくできるという利点がある。
本実施例においても、ビート信号光の光周波数の絶対値
は、第１のＡＯスイッチ２１の光周波数シフト量の絶対
値１００ＭＨｚより小さく、また第２のＡＯスイッチ２
２の光周波数シフト量の絶対値１０５ＭＨｚより小さく
なっている。

【００２６】以上説明した実施例のうち、第１と第２の
実施例では、光周波数変調手段をいずれも試験信号光側
のみに配設した場合、第３の実施例では、光周波数変調
手段を試験信号光側とローカル信号光側に配設した場合
を示したが、光周波数変調手段をローカル信号光側のみ
に配設する場合であっても、ビート信号光の光周波数の
絶対値を個々の光変調器の光周波数シフト量絶対値より
小さくすることができ、これら第１〜第３の実施例と同
様の効果を得ることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明はコヒーレン
ト検波方式を用いるＯＴＤＲにおいて、試験信号光側も
しくはローカル信号光側、もしくは両光側に対して設け
た光周波数変調器を複数個にすると共に個々の光周波数
シフトを正および負にし、後方散乱光および反射光とロ
ーカル信号光とを合波して得られるビート信号光の周波
数を低周波化したものであるので、光電気変換後に用い
る増幅器の所要帯域を狭くすることができる。また、局
部発信器やミキサを用いる場合にはこれらの所要帯域も
狭くすることができる。

【００２８】本発明を用いることにより、１００ＭＨｚ
帯まで増幅する増幅器は必要でなく、数ＭＨｚ帯までの
増幅器で十分となり、又、ミキサや局部発振器、電気フ
ィルタを不要に出来るので、ＯＴＤＲの設計製造が容易
に且つ安価になる。また、増幅器で発生する雑音を小さ
くできるので、ＯＴＤＲのダイナミックレンジを大きく
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例

【図２】本発明の第２の実施例

【図３】本発明の第３の実施例

【図４】従来のコヒーレント検波ＯＴＤＲ構成例

【符号の説明】

１：狭線幅スペクトルの光を発生する狭線幅光源 ２：第１の合分岐器 ３：音響光学スイッチ（ＡＯスイッチ） ４：第２の合分岐器 ５：被試験光ファイバ ６：第３の合分岐器 ７：受光器 ８：増幅器 ９：ミキサ １０：局部発振器 １１：電気フィルタ １２：信号変換器 １３：信号処理器 １４：ＣＲＴ １５：タイミング発生器 ２１：第１のＡＯスイッチ ２２：第２のＡＯスイッチ ２３：増幅器 ２４：ミキサ ２５：局部発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三川 泉 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験信号光およびローカル信号光の発生
   手段と、該試験信号光を一定周期にパルス化して被試験
   光ファイバに繰り返して送出する手段と、前被試験光フ
   ァイバから繰り返し戻ってくる反射光及び後方散乱光と
   前記ローカル信号光とを合波する手段と、合波した繰り
   返しビート信号光を検出して電気信号に変換する光検出
   手段と、繰り返し得られる電気信号を処理して前記被試
   験光ファイバからの反射光や後方散乱光の波形を表示す
   る電気信号処理系と、繰り返し処理を行うためのタイミ
   ング発生手段と、前記試験信号光側およびローカル信号
   光側のどちらか一方もしくは両方に光周波数変調手段と
   を備えた光パルス試験器において、 前記光周波数変調手段が光周波数シフト量の異なる複数
   の光変調器から成り、それぞれの光周波数シフトが正も
   しくは負であり、前記ビート信号光の光周波数の絶対値
   が個々の光変調器の光周波数シフト量の絶対値より小さ
   いことを特徴とする光パルス試験器。