JPH06105184B2

JPH06105184B2 - 光パワーメータ

Info

Publication number: JPH06105184B2
Application number: JP1501537A
Authority: JP
Inventors: ジエームス，シモン・マーク; フアーグソン，ダビツド・アレキサンダー; ドロウエト，ドミニツク; ホーヌング，ステフエン
Original assignee: ブリテツシユ・テレコミユニケイシヨンズ・パブリツク・リミテツド・カンパニー
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1989-01-13
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: US5127724A; ATE77143T1; DE68901727T2; DE68901727D1; JPH03502731A; EP0325382B1; EP0325382A1; WO1989006786A1; GB8800667D0; CA1332291C

Description

【発明の詳細な説明】本発明は光ファイバに沿って通過する光エネルギの光パ
ワーを測定するための装置、特に携帯用光パワーメータ
に関する。

典型的に光ファイバ伝送システムは、一緒に接続された
（例えばスプライスまたは融合によって）複数の光ファ
イバによってそれぞれ構成された複数の個々の伝送通路
を含む。問題はこのようなシステムの保守に関して、特
に所定の伝送通路が許容できないパワー損失を有する場
合に生じる。このような場合、その伝送通路を構成する
非常に多数の光ファイバにおいてパワー伝送を測定する
必要がある。既知の光パワーメータはパワー測定のため
に切裂かれたファイバ端部を必要とする。この要求はシ
ステムの中断を伴うだけでなく、時間的な浪費であり、
特別な工具の使用およびオペレータによる高レベルの技
術が必要である。

光ファイバが十分に小さい半径により曲げられた場合、
光ファイバによって伝達された光線は曲げられたファイ
バから漏洩し得るという既知の事実を利用する種々の装
置および構造も知られている。ヨーロッパ特許出願第02
11537A号明細書において、スプライスの前に整列したフ
ァイバにおいて使用するための局部発射および検出技術
の改良について記載されており、それにおいて光ファイ
バはファイバの曲げられた位置で光検出器または光源に
光学的に結合されている。ファイバは湾曲したマンドレ
ルの周囲に曲げられ、光検出の場合には曲げられたファ
イバから放射する光は弾性的に変形可能な光カップラに
よって送られ、堅牢な透明体によって検出器に限定され
る。この技術の第１の目的は予めスプライスされたファ
イバの整列であるため、結合装置が低い挿入損失を呈す
る必要はない。事実、結果装置は光の局部発射に効果的
であるため、それは高い挿入損失を呈すると考えられ、
有効なレベルの光のクラッドファイバ中への局部発射を
可能にするために小さく曲げられた半径が必要であると
認められている。さらに、検出器に対する光ファイバの
光学的な結合の低効率性は、小さく曲げられた半径が通
常の検出器による検出を保証するために必要なことによ
る。結局、このような装置は非侵入結合が要求される遠
隔通信システムにおける“活線状態の”ファイバ上での
使用に不適切である。非侵入システムに対する挿入損失
の最大限界は、典型的に約3dBである。この値を越えた
挿入損失を持つ装置は伝送システムの動作限界を越え
て、したがってビット率エラーの許容できない増加を生
じる。

さらに曲げ損失現象を使用する既知の光結合装置は日本
特許公開58−188668号公報に記載されている。ファイバ
は再度湾曲したマンドレルの周囲で曲げられ、放射され
た光は複数の別の光ファイバによって検出器に案内され
る。これら別の光ファイバは、試験下にあるファイバが
マンドレルによってプレスされる湾曲面に対する材料の
ブロック中に埋設されている。“収集”ファイバはそれ
ぞれブロックの湾曲面と接触した端部平面を有し、使用
の際にそれぞれ試験下にあるファイバ表面の各隣接部分
から直角に延在するように整列されている。複数の“収
集”ファイバの使用は漏洩光線の効果的な検出になる。

放射された光の必要レベルは“収集”ファイバに結合さ
れるだけなので、この点で試験下のファイバが小さい湾
曲半径を与えられなければならないこともまた欠点であ
る。したがって、この装置の挿入損失はまた非常に高い
ため非侵入測定が“活線”ファイバに関して行われるこ
とが許されない。この装置はまた検出器に対する試験フ
ァイバの非最適結合により損失を受け、小さい湾曲半径
を必要とする。

本発明の目的は、パワー測定のために切裂かれた端部面
を必要とせず、試験下のファイバに良好に光結合する動
作の容易な光パワーメータを提供することである。

さらに本発明の目的は、低い挿入損失を持つ光パワーメ
ータを提供することである。

本発明は、光ファイバからの光放射線を分岐する分岐手
段と、分岐された光放射線を電気信号に変換する変換器
と、電気信号の大きさを示す表示手段とを具備し、分岐
手段が曲げられた光導波路を限定する採取素子と、使用
の際に光ファイバに沿って通過する光エネルギが曲げら
れた光導波路に結合されるように、少なくとも曲げられ
通路の内側に実質的に適合する曲げられた位置で光ファ
イバをクランプするクランプ手段とを具備している光フ
ァイバに沿って通過する光エネルギの光パワーを測定す
る装置を提供し、曲げられた光導波路はファイバに沿っ
て化する光エネルギの光パワーの測定が3.5dBより高い
この光エネルギの減衰を生ぜずに行われることができる
ように選択された最小曲率半径を有する。採取素子は湾
曲部分および直線部分を有し、湾曲部分が曲げられた光
導波路を限定し、直線部分が変換器に分岐された光エネ
ルギを導く直線の導波路を構成していることが好まし
い。

曲げられた光導波路の最小曲率半径は10mmであることが
好ましい。

表示手段はディスプレイ駆動装置およびマルチセグメン
トLEDバーディスプレイによって構成されていることが
有効である。駆動装置は増幅された電気信号と光パワー
との間の既知の関係を使用して都合良く較正される。LE
Dバーディスプレイは１個のLEDを有し、駆動装置は各LE
Dが光ファイバの光パワースペクトルの各4dBウインドウ
に応答して照明するように動作する。

変換器はゲルマニウム大面積フォトダイオードであり、
装置はさらに電気信号の増幅手段を含むことが好まし
い。増幅手段は前置増幅器および主増幅器によって構成
されている。前置増幅器は超低雑音増幅器であり、さら
に装置が電気信号を直線化する対数変換器を具備し、変
換器が前置増幅器と主増幅器との間に位置されているこ
とが有効である。

通常分岐手段は２部分構造の光に対して密閉されたケー
ス中に取付けられ、ケースの２つの部分は光ファイバの
挿入を可能にするように相対的に移動することができ
る。ケースはハンドルを具備し、増幅手段および表示手
段がハンドル中に取付けられていることが好ましい。

以下、添付図面を参照して実施例により本発明による光
パワーメータを詳細に説明する。

第１図は、パワーメータの光受光および表示駆動モジュ
ールを示すブロック図である。

第２図はパワーメータの光結合装置の側面図である。

第３図はパワーメータ特性を示すグラフである。

図面を参照すると、第１図はパワーメータの一部を形成
する電子モジュールを概略的に示す。モジュールはゲル
マニウムの大面積検出器（フォトダイオード）１を含
む。検出器１は2mmの直径を有し、パワー伝送が測定さ
れるべき光ファイバから分岐された光放射線を採取する
ように位置されている（以下参照）。検出器１の応答性
は、1300nmの波長における動作に対して最適化される。

検出器１の出力は前置増幅器２によって増幅される。前
置増幅器２は超低雑音増幅器であり、ストレー容量効果
を防止するために検出器１に隣接して設けられてる。前
置増幅器２の出力は、出力可視表示が入力光パワー（dB
で測定された）と線形になるように前置増幅器２からの
出力電圧（光入力の強度に直接比例する）を直線化する
対数変換器３に送られる。さらに変換器３の出力は、10
セグメントLEDバーディスプレイ６を駆動するディスプ
レイ駆動装置５に供給する出力を持つ主増幅器４によっ
て増幅される。電圧調整器および基準ユニット７は全て
のユニット２乃至６に電力を供給する。ユニット７は供
給された電力が一定であることを保証し、それによって
ユニット７に関連したバッテリィ（示されていない）が
可変出力を有する場合でも測定値の精度を保証する。

第３図は、ファイバコアパワーと光受光器の１例の出力
電圧との間の関係を示すグラフである。ウラフは３つの
異なるファイバ特性すなわち湾曲非感度、中間特性およ
び湾曲感度に関する結果を表す。示されているように、
受光器からの出力は実質的にファイバの特性から独立し
ている。装置がファイバ特性から独立しているこの態様
の主な理由は、それがファイバコアにおいて伝播する信
号に高い挿入損失を与え、その結果、信号の大部分がコ
アから外れて結合されて、正確で信頼できる光パワー測
定になるためである。第３図で使用される結果を得るた
めに使用される態様は、もちろん“活線”ファイアでの
使用に適さない侵入的なものである。この態様の第２の
導波体13は、4mmの半径Ｒ（内面14に対して）を持つ湾
曲部分を有する。“活線”ファイバで光パワーレベルを
測定することが望ましい場合、非侵入パワーメータが必
要とされる。したがって、半径Ｒは約10mm程度でなけれ
ばならない。

グラフからのデータは、LEDディスプレイ６の10個のLED
がそれぞれファイバコアパワーの4dBウインドウに対応
するようにディスプレイ駆動装置５を較正するために使
用される。３つのファイバタイプに対する各ウインドウ
における中心パワーレベルは以下に示されている。

信号レベルは全てdBmである。ファイバ特性の数値は遮
断波長／モードフィールド直径を示す。

上記のように、検出器１は測定されるべきパワー伝送を
持つ光ファイバから分岐された光放射線を採取する。第
２図は検出器１に対して光ファイバ11からの光放射線を
分岐する光結合装置を示す。光結合装置はブロック12
と、湾曲部分13aおよび直線部分13bを備えたシリカロッ
ド13とを含む。ブロック12およびロッド13は、湾曲部分
13aの内面14に対して光ファイバ11をクランプするよう
に共同する。使用の際にクランプされた光ファイバ11か
ら漏洩した光放射線は、ロッド13の湾曲部分13aによっ
て採取され、検出器１に案内される。検出器１は、直線
部分13bに隣接したロッド13の端部に取付けられる。

ロッド13は一側が2mmの方形の断面を有する。湾曲部分1
3aは4mmの実質的に一定の曲率半径Ｒ（内面14に対し
て）を有し、湾曲の中心で160゜の角度をなす。湾曲部
分13aに隣接したロッド13の端部は滑らかに仕上げるた
めに研磨される。

ブロック12は光学的に不透明のプラスチック材料から形
成され、実質的にＤ形状の側面を有する。それは１側面
を平坦にされ、約20mmの厚さを有する。湾曲面15の大部
分はロッド13の湾曲部分13aの内面14と一致するように
曲げられている。しかしながら、湾曲面15の長さは結合
装置が組立てられたとき、ブロック12がロッド13の湾曲
部分13aから突出するようにロッドの内面14より大き
い。

ブロック12の湾曲面15は中央のＶ縦断面の溝16を具備し
ている。溝16は0.1mmの深さであり、その側面は60゜で
接する。これは第１の保護プラスチック材料被覆を具備
したモノモードファイバである光ファイバ11が溝に設け
られることを可能にし、ファイバは溝16から少し突出す
る。典型的な光通信システムにおいて使用されることの
ようなファイバ11は約250μｍの外径を有する。

ブロック12およびロッド13を一緒に保持する手段（示さ
れていない）が設けられているため、溝16に位置された
ファイバ11はロッド13の湾曲部分13aの内面14に接触さ
せられる。簡単なばねクリップ装置はブロック12および
ロッド13を一緒に保持するのに適しており、装置によっ
て与えられる力はファイバ１の保護プラスチック材料被
覆に損傷を与えずに組立て位置に結合装置を保持するの
に十分である。その代りとして、ブロック12およびロッ
ド13はペンチのように光ファイバ11がそれらの間に把持
されるように回動的に結合されてもよい。

使用において、試験されるべきファイバ11はブロック12
とロッド13の湾曲部分13aとの間に把持され、ファイバ
はブロック12の溝16中に位置する。ファイバ11は溝16中
におよびロッド13に対してその１次被覆を少し曲げるの
に十分にきつく把持されている。ファイバ11は溝16から
突出するため、ロッド13はファイバによってブロック12
から離れて保持される。これは、ファイバ11の１次被覆
と接触する部分を除いてロッド13が大気に囲まれている
ことを意味する。ロッド13の材料の屈折率は1.49であ
る。したがって、放射線ロッド13に結合される場合を除
き、ロッドは（大気と共同して）導波路の基準を満足す
る。すなわち、それらは一緒に低い屈折率のクラッド領
域（大気）によって包囲された１つの屈折率のコア領域
（シリカロッド13）を構成する。２つの領域の屈折率の
差は比較的高い（0.49）ため、ロッド13は強く波を案内
し、ファイバ11から漏洩する光放射線の大部分を“捕
獲”するように動作する。

このタイプの光結合装置は、ここで参照されている同一
出願人による特許出願第87 06929号明細書にさらに詳細
に記載されている。

上記の結合装置は、２部分構造の光に対して密閉された
ケース中に取付けられ、ケースの２つの部分はファイバ
11の挿入を可能にするように相対的に移動することがで
きる。電子モジュールはケースに結合されたハンドル内
に位置されると都合がよい。

10mmの半径（Ｒ）の導波体を有する非侵入形態のパワー
メータの特性は、それらの検出器に試験下のファイバか
らの光を収集して案内するためにいずれも第２の導波体
を使用しない３つの専用パワーメータのものと比較され
た。以下の表は、２つの波長における２つのファイバタ
イプに関する４つの各装置の平均的な挿入損失を示す。

ファイバＡの特性は以下の通りである：遮断波長は1255nmであり、モードフィールド直径は8.9
μｍである。一方ファイバＤに関して、数値は遮断波長
が1175nmであり、モードフィールド直径は9.95μｍであ
る。これら２つのファイバはそれぞれブリティッシュテ
レコム社のファイバ標準CW1505Eのファイバ特性ボック
スの湾曲非感度および湾曲感度コーナーを表す。両ファ
イバはディーサイドのカンパニィ光ファイバによって製
造された。

上記の装置は、最小の損傷により光ファイバ中のパワー
伝送を測定するために使用されることができる。特に、
光エネルギはパワー伝送が測定されるファイバから分岐
されるため、切裂かれたファイバ端部を形成する必要は
ない。さらに、装置は使用し易く、したがって高度に熟
練していない者でも現場において動作されることができ
る。

上記の装置は多数の方法で修正されることができる。例
えば、光結合装置は光ファイバに沿っていずれの方向に
進行する光エネルギも分岐するように修正されることが
できる。この場合、検出器１はロッド13の各端部に設け
られることができる。また、ファイバ特性に応じて異な
る湾曲効果から生じるパワー変化を最小にするために、
ロッド13はもっとなだらかな湾曲で形成されることがで
きる。この場合、装置は別の修正、特に改善された増幅
を必要とする。別の形態のディスプレイ手段を使用する
こともできる。例えば、ディスプレイ駆動装置およびLE
Dディスプレイはダイアルおよび可動ポインタを具備し
た適切に較正されたメータによって置換されることがで
きる。

装置はまた多数の異なる波長で動作するように修正され
る。この場合、電子モジュールは装置が多数の異なる動
作波長に対して正確であることを保証するために再較正
係数を含むように修正される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ドロウエト，ドミニツクイギリス国アイ・ピー５，７ユー・ビー，サフオーク，アイプスウイッチ，マートレシヤム・ハース，ハースフイールド 32 (72)発明者ホーヌング，ステフエンイギリス国ノーフオーク，デイス，フレツシングフイールド，ストラツドブローク・ロード，クラレンス・ハウス（番地なし) (56)参考文献特開昭62−15507（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−79244（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−211334（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ファイバに沿って通過する光エネルギの
光パワーを測定する装置において、ピックアップ素子を含み、前記光ファイバからの光放射
を分岐するための分岐手段と、分岐された光放射を電気信号に変換する変換器と、前記ピックアップ素子に対して前記光ファイバをクラン
プするためのクランプ手段と、前記電気信号の大きさを示す表示手段とを具備し、前記ピックアップ素子は湾曲した光導波路を限定し、前
記クランプ手段は、前記光ファイバの被膜が変形するよ
うに前記光ファイバを充分緊密に締め付け、しかも前記
光ファイバが前記湾曲した光導波路に結合されるよう
に、少なくとも前記湾曲した光導波路の内側に実質的に
適合する湾曲した位置で前記光ファイバをクランプし、
かつ、前記湾曲した光導波路は、前記光ファイバに沿っ
て通過する前記光エネルギの光パワーの測定が前記光エ
ネルギの減衰を生じることなく行われるように選択され
た最小曲率半径を有することを特徴とする装置。
【請求項２】前記湾曲した光導波路の前記最小曲率半径
は10mmである請求項１記載の装置。
【請求項３】前記減衰は1550nmで測定される請求項１又
は２記載の装置。
【請求項４】前記光ファイバは1175nmの遮断波長および
9.95μｍのモードフィールド直径を有するシリカファイ
バである請求項１乃至３のいずれか１項記載の装置。
【請求項５】前記ピックアップ素子は湾曲部分および直
線部分を有し、前記湾曲部分が前記湾曲した光導波路を
形成し、前記直線部分が前記変換器に前記光エネルギを
導く直線導波路を構成している請求項１乃至４のいずれ
か１項記載の装置。
【請求項６】前記表示手段はディスプレイ駆動装置およ
びマルチセグメントLEDバーディスプレイによって構成
されている請求項１乃至５のいずれか１項記載の装置。
【請求項７】前記駆動装置は増幅された電気信号と前記
光パワーとの間の既知の関係を使用して較正される請求
項６記載の装置。
【請求項８】前記LEDバーディスプレイは10個のLEDを有
し、前記駆動装置は前記光ファイバの光パワースペクト
ルの各4dBウインドウに応答して照明するように動作す
る請求項６又は７記載の装置。
【請求項９】前記変換器はゲルマニウム大面積フォトダ
イオードである請求項１乃至８のいずれか１項記載の装
置。
【請求項１０】さらに前記電気信号を増幅する増幅手段
を含む請求項１乃至９のいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】前記増幅手段は前置増幅器および主増幅
器によって構成されている請求項10記載の装置。
【請求項１２】前記前置増幅器は超低雑音増幅器である
請求項11記載の装置。
【請求項１３】さらに前記電気信号を直線化する対数変
換器を具備し、該変換器は前記前置増幅器と前記主増幅
器との間に位置されている請求項11又は12記載の装置。