JPH06102141A - 反射測定装置 - Google Patents

反射測定装置

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JPH06102141A
JPH06102141A JP4248246A JP24824692A JPH06102141A JP H06102141 A JPH06102141 A JP H06102141A JP 4248246 A JP4248246 A JP 4248246A JP 24824692 A JP24824692 A JP 24824692A JP H06102141 A JPH06102141 A JP H06102141A
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Kazumasa Takada
和正 高田
Masaharu Horiguchi
正治 堀口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導波路内の特定の地点の反射を高分解能か
つ短時間に測定できるようにする。 【構成】 主干渉計(3、4)の一方のアームに被測定
光導波路(5)を光学的に結合し、補助干渉計(7、
8、9)の出力に発生するビート信号を利用して被測定
光導波路内で発生する反射光を測定する反射測定装置に
おいて、補助干渉計の出力におけるビート信号の位相変
化を測定し、その補助干渉計の二つのアームの光路長差
を任意に設定したときに得られるビート信号を電気的に
作り出し、それを基準にして主干渉計の出力を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバその他の光導
波路の検査に利用する。特に、光導波路内の反射点およ
びその反射率の測定に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は従来例の反射測定装置を示すブロ
ック構成図である。
【0003】この従来例装置では、波長掃引光源1の出
射光を光ファイバカプラ2により二分し、その一方を光
ファイバカプラ3、全反射鏡4および被測定光ファイバ
5からなる主干渉計に入射させ、他方を光ファイバカプ
ラ7、全反射鏡8および9からなる補助干渉計に入射さ
せる。
【0004】主干渉計では、その入射光を光ファイバカ
プラ3でさらに二分し、その一方を参照光として全反射
鏡4で反射させ、他方をプローブ光として被測定光ファ
イバ5に伝搬させる。このとき、プローブ光により被測
定光ファイバ5内で反射光が発生する。この反射光は、
光ファイバカプラ3により全反射鏡4で反射した参照光
に合波される。この合波光を光検出器6で受光する。
【0005】補助干渉計では、入射光を光ファイバカプ
ラ7で二分し、それぞれを全反射鏡8、9で反射させて
再び光ファイバカプラ7により合波する。この合波光を
光検出器10で受光し、クロックパルス発生回路11に
供給する。
【0006】このとき、補助干渉計では、波長掃引光源
1の出力波長が時間とともに変化しているため、 I0 (t) =C cos(2πν(t) τ0 ) …(1) で表されるビート信号が発生する。ここで、Cは定数、
ν(t) は時刻tにおける光周波数、τ0 は補助干渉計の
二つのアーム間を伝搬した後に合波される二つの光の間
に生じる遅延時間差である。クロックパルス発生回路1
1は、このビート信号I0 (t) がゼロ点をよぎるたび
に、すなわち、式(1)における光周波数ν(t) が等周
波数間隔1/τ0 で変化するごとに、TTLパルスを発
生させる。
【0007】主干渉計側では、このパルスを用いて、光
周波数が1/τ0 だけ変化するごとに、主干渉計で生じ
たビート信号をA/D変換器12でサンプリングする。
サンプリングされたデータは信号処理装置13に送られ
る。信号処理装置13は、光周波数が一掃引された後
に、データのフーリエ変換を行う。
【0008】このような構成により、光周波数が時間に
対して非線形に変化した場合でも等しい光周波数間隔で
ビート信号をサンプリングでき、非線形掃引による空間
分解能の劣化を抑制できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の反射測
定装置では、ビート信号をA/D変換するため多量のメ
モリが必要となり、その結果、フーリエ変換に長時間を
要するという問題があった。また、フーリエ変換して初
めて任意の地点の反射率が明らかとなるので、特定の地
点だけを短時間で高感度に測定するには適していなかっ
た。さらに、空間分解能が一掃引あたりの最大周波数変
位量によって決定され、それ以上の分解能向上は原理的
に不可能であった。
【0010】本発明は、このような課題を解決し、被測
定光導波路内の特定の地点を高い空間分解能で短時間に
測定することのできる反射測定装置を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の反射測定装置
は、補助干渉計の出力において光源の光周波数ν(t) の
変化によって生じるビート信号を測定するモニタ手段と
して、ビート信号の位相変化φ(t) =2πν(t) τ0
ただしτ0 は補助干渉計の二つのアームの光路長差によ
って生じる遅延時間差、を測定する手段と、測定された
位相変化φ(t) に外部から設定された値αを乗算する手
段と、この乗算により得られた値αφ(t)=2πν(t)
・ατ0 を位相変化とする信号波を生成する手段とを備
え、モニタ手段の出力にしたがって主干渉計から出力さ
れる干渉光を測定する測定手段として、信号波を生成す
る手段からの信号波の位相変化と相関のある信号を抽出
する相関手段を備えたことを特徴する。
【0012】ビート信号の位相変化を測定する手段は、
補助干渉計の二つのアームの光路長差を周期的に変化さ
せる手段と、この周期的変化の周波数f0 をキャリアと
して補助干渉計の出力を周波数検波するFM検波回路と
を含み、外部から設定された値αを乗算する手段はこの
FM検波回路の電源電圧を設定する電源手段を含み、信
号波を生成する手段は周波数f0 をキャリアとするFM
変調回路を含み、相関手段は、主干渉計の二つのアーム
の光路長差を周波数f0 で周期的に変化させる手段と、
主干渉計から出力される干渉光の受光信号とFM変調回
路の出力とを乗算してその低周波成分を抽出する相関回
路とを含むことがよい。
【0013】信号波を生成する手段の出力する信号波に
任意の遅延時間を加えるための遅延回路を設けることも
できる。
【0014】
【作用】補助干渉計のビート信号からクロックパルスを
発生させて主干渉計のビート信号をディジタル的にサン
プリングするのではなく、補助干渉計のビート信号の位
相変化を直接測定し、その補助干渉計の二つのアームの
光路長差を任意に設定したときに得られるビート信号を
電気的に作り出す。この電気信号と主干渉計のビート信
号との相関を取れば、主干渉計の二つのアームの光路長
差が補助干渉計側で電気的に設定された仮想的な光路長
差に一致した地点における反射率を測定できる。すなわ
ち、主干渉計の一方のアームに接続された被測定光ファ
イバの任意の地点の反射率を測定できる。
【0015】本発明は、測定地点に対応して補助干渉計
の二つのアームの光路長差を仮想的に変化させるので、
被測定光導波路の特定の地点を測定することができ、し
かも光源の最大周波数変位で決定されるより高い空間分
解能を実現できる。
【0016】本発明では、補助干渉計のビート信号から
クロックパルスを発生させる場合のように光源の光周波
数変化に線形性が要求されるわけではなく、光周波数が
ランダムに変化してもよい。
【0017】
【実施例】図1は本発明実施例の反射測定装置を示すブ
ロック構成図である。
【0018】この反射測定装置は、光周波数が時間的に
変化する光源1を備え、この光源1の出力光を二つに分
岐する光分岐手段として光ファイバカプラ2を備え、こ
の光ファイバカプラ2により分岐された一方の光をさら
にプローブ光と参照光とに分岐し、そのプローブ光を被
測定光導波路としての被測定光ファイバ5に入射させ、
その被測定光ファイバ5内で発生した反射光と参照光と
を合波して干渉させる主干渉計として光ファイバカプラ
3および全反射鏡4を備え、光ファイバカプラ2により
分岐された他方の光をさらに二つに分岐し、その二つの
分岐光を光路長の異なるアームを経由させた後に再び合
波して干渉させる補助干渉計として光ファイバカプラ7
および全反射鏡8、9を備える。
【0019】ここで本実施例の特徴とするところは、補
助干渉計の出力において光源1の光周波数の変化によっ
て生じるビート信号を測定するモニタ手段として、光検
出器10と、ビート信号の位相変化を測定する手段とし
ての正弦波発振器14、位相変調器15およびFM検波
回路17と、測定された位相変化に外部から設定された
値を乗算する手段としての直流可変電源18と、この乗
算により得られた値を位相変化とする信号波を生成する
手段としてのFM変調回路19とを備え、このモニタ手
段の出力にしたがって主干渉計から出力される干渉光を
測定する測定手段として、光検出器6と、FM変調回路
19からの信号波の位相変化と相関のある信号を抽出す
る相関手段としての位相変調器16および相関回路20
とを備えたことにある。
【0020】また、従来例と同様に、測定手段の出力を
フーリエ変換して被測定光導波路の反射率分布を求める
処理手段として信号処理装置13を備える。
【0021】この実施例において、光源1の光周波数は
ランダムに変調されているものとする。主干渉計と補助
干渉計との双方における一方のアームに位相変調器1
5、16を設け、正弦波発振器14からの信号により周
波数f0 =40kHzの位相変調を施す。このとき、補
助干渉計側のビート信号の基本波成分は、 I1(t) =C1 cos〔2πf0t+2πν(t) τ0〕 …(2) となる。ここで、C1 は定数である。f0 をキャリアと
したFM検波回路17は、このビート信号により、瞬間
周波数 f(t) =ατ0 dν(t)/dt …(3) を検出する。ここで、FM検波回路17はエミッタ電圧
によりFM検波効率を変化させることができるので、直
流可変電源18からの電圧と1対1に対応してFM検波
出力のαが決まる。出力f(t) をキャリア周波数がf0
に設定されたFM変調回路19に供給することにより、
そのFM出力は、 I2(t) =C2 cos〔2πf0t+2πν(t) ατ0〕 …(4) となる。τ0 が補助干渉計のアーム間の遅延時間差であ
ることを考慮すると、ビート信号I2 (t) は、キャリア
を無視すれば、アーム間の長さが任意に異なる補助干渉
計からのビート信号と同一である。一方、主干渉計から
のビート信号は、 I(t) =Σ Γi cos〔2πf0t+2πν(t) τi〕 …(5) となる。ここで、Γi は地点i、遅延時間差τi におけ
る反射率を示す。そこで、相関回路20によりI2 (t)
とI(t) との相関をとる(基本的には目的の信号と参照
信号との積をとる)と、出力は、 P(t) =C4 Σ Γi cos〔2πν(t)(τi−ατ0)〕 …(6) で与えられる。ここで、f0 の周波数で変化する成分に
ついては低域通過フィルタにより除去する。ν(t) は時
間的に変化し、そのためにτi −ατ0 ≠0に対応する
P(t) 成分が時間的に変化するので、フィルタの時定数
(バンド幅の逆数)を大きくとることにより除去でき
る。
【0022】したがって、出力はτi −ατ0 =0、す
なわちτi =ατ0 の近傍に限られる。αを任意に設定
できるので、相関回路20の出力は、直流可変電源18
の出力電圧とともに連続して変化するατ0 近辺の反射
率を与える。また、空間分解能は、相関回路20の時定
数で決定され、最大周波数では制限されないことが明ら
かである。さらに、時定数を大きくすることによって信
号対雑音比S/Nの改善も可能であり、感度を高めるこ
とができる。
【0023】また、被測定光ファイバ5として長尺のも
のを用いる場合、信号ビート信号I(t) と参照ビート信
号I2 (t) との間には時間遅延が生じる。このため、遅
延回路のI2 (t) の直後に接続することも有効である。
【0024】図3は10mの光ファイバコードの先端に
取り付けた光コネクタによる反射測定結果を示す。ここ
で、縦軸の反射率とは、100%反射を0dBとした対
数尺度での値を示す。この図に示したように2箇所にあ
るコネクタの反射がはっきりと測定されたほか、最小検
出感度−105dBが実現できた。
【0025】図4は、比較のため、従来の装置でビート
信号をサンプリングしてフーリエ変換を行った結果を示
す。サンプリング点数の制限のため、反射分布、特にピ
ーク地点での反射率を正確に求めることができない。デ
ータ点数を増加させることにより補完することもできる
が、フーリエ変換に莫大な時間が必要となる。また、こ
の方法では、すべてのビート波形を捕捉する必要がある
ので、バンド幅を狭くすることができず、−90dB程
度の感度しか得られない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の反射測定
装置は、補助干渉計のビート信号から光周波数の変化速
度を求めて主干渉計側のサンプリングのタイミングとす
るのではなく、測定地点に対応して、補助干渉計の二つ
のアームの光路長差を仮想的に変化させる。したがっ
て、光ファイバその他の光導波路の特定の反射点を高い
空間分解能で高感度に測定できる。本発明は、光LAN
内の障害点検索に用いて特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の反射測定装置を示すブロック構
成図。
【図2】従来例の反射測定装置を示すブロック構成図。
【図3】実施例による測定結果例を示す図。
【図4】従来例による測定結果例を示す図。
【符号の説明】
1 光源 2、3、7 光ファイバカプラ 4、8、9 全反射鏡 5 被測定光ファイバ 6、10 光検出器 11 クロックパルス発生回路 12 A/D変換回路 13 信号処理装置 14 正弦波発振器 15、16 位相変調器 17 FM検波回路 18 直流可変電源 19 FM変調回路 20 相関回路

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光周波数が時間的に変化する光源(1)
    と、 この光源の出力光を二つに分岐する光分岐手段(2)
    と、 この光分岐手段により分岐された一方の光をさらにプロ
    ーブ光と参照光とに分岐し、そのプローブ光を被測定光
    導波路(5)に入射させ、その被測定光導波路内で発生
    した反射光と前記参照光とを合波して干渉させる主干渉
    計(3、4)と、 上記光分岐手段により分岐された他方の光をさらに二つ
    に分岐し、その二つの分岐光を光路長の異なるアームを
    経由させた後に再び合波して干渉させる補助干渉計
    (7、8、9)と、 この補助干渉計の出力において上記光源の光周波数の変
    化によって生じるビート信号を測定するモニタ手段と、 このモニタ手段の出力にしたがって上記主干渉計から出
    力される干渉光を測定する測定手段と、 この測定手段の出力をフーリエ変換して上記被測定光導
    波路の反射率分布を求める処理手段(13)とを備えた
    反射測定装置において、 上記モニタ手段は、ビート信号の位相変化を測定する手
    段(14、15、17)と、測定された位相変化に外部
    から設定された値を乗算する手段(17、18)と、こ
    の乗算により得られた値を位相変化とする信号波を生成
    する手段(19)とを含み、 上記測定手段は、この信号波を生成する手段からの信号
    波の位相変化と相関のある信号を抽出する相関手段(1
    6、20)を含むことを特徴とする反射測定装置。
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