JPH0623678B2 - コヒ−レントotdr装置 - Google Patents

コヒ−レントotdr装置

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JPH0623678B2
JPH0623678B2 JP61061628A JP6162886A JPH0623678B2 JP H0623678 B2 JPH0623678 B2 JP H0623678B2 JP 61061628 A JP61061628 A JP 61061628A JP 6162886 A JP6162886 A JP 6162886A JP H0623678 B2 JPH0623678 B2 JP H0623678B2
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optical
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optical fiber
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知之 菊川
貴司 坂本
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Anritsu Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3172Reflectometers detecting the back-scattered light in the frequency-domain, e.g. OFDR, FMCW, heterodyne detection

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) この発明はバースト状のコヒーレント光を被測定光ファ
イバに入射し、該被測定光ファイバからの戻り光を光ホ
モダイン検波で検出し、該被測定光ファイバの損失及び
破断点の位置等を測定するホモダイン検波方式コヒーレ
ントOTDR(Optical Time Demain Reflectometry)装
置に関するものである。なお,光ホモダイン検波とは,
信号光と同じ周波数の,十分な強さの局発光と結合させ
てから信号光の検波を行う方式である。
(従来技術と問題点) 光パルスを被測定光ファイバに入射し,該被測定光ファ
イバからのフレネル反射光及び後方散乱等の戻り光を検
出するOTDR装置には,該戻り光を直接検波する直接
検波方式OTDR装置と,局発光を用いて光ヘテロダイ
ン検波あるいは光ホモダイン検波するコヒーレントOT
DR装置がある。これらのOTDR装置では,該被測定
光ファイバ近端で発生するフレネル反射光は後方散乱光
に比べ30dB〜50dB程度レベルが高く,そのようなフレネ
ル反射光が受光素子に入射すると,受光系が飽和し,正
確な測定ができなかった。第6図は,従来技術によるコ
ヒーレントOTDR装置の構成図である。第1図,第2
図,第3図,第5図と同一構成のものは同一符号をもっ
て示してあるが,局発光の位相を変化させる光位相変調
器8がないため,受光系を飽和させるような戻り光も,
そのまま検波されてしまうという問題があった。
(発明の目的) 本発明の目的は上記の問題に鑑み,戻り光の通過及び遮
断を局発光の位相の制御により行うようにすることで、
受光系の信号対雑音比(SNR)を低下させることなく受光
系の飽和を防ぐことができるホモダイン検波方式コヒー
レントOTDR装置を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) ホモダイン検波方式コヒーレントOTDR装置は,バー
スト状の第1のコヒーレント光を被測定光ファイバに入
射し、該被測定光ファイバからの戻り光,つまり信号光
を,十分な強さの第2のコヒーレント光,すなわち局発
光と,光方向性結合器等の結合手段によって結合させ
る。ここで,前記第1のコヒーレント光の周波数は,該
局発光の周波数と等しい。そして,前記結合した信号光
と局発光は,光検出器に入射されるが,本発明は光検出
器に入射する局発光の位相を変化させる光位相変調器
と,前記被測定光ファイバの所望の観測位置で戻る戻り
光のみを通過させるように,該光位相変調器を制御する
制御手段を備えたことを特徴としている。通過させるよ
うに制御するとは,第2の光(j)と戻り光(i)の位相差が
ほぼ零になるように調整することである。
ホモダイン検波方式では,信号光電力をPs,局発光電力
をPLとすると受光素子から出力される電流iは, で表される。ここでeは電子電荷,ηは受光素子の量子
効率,hはプランク定数,νは局発光の周波数(ただ
し,局発光の周波数=信号光の周波数)φは局発光と信
号光の位相差である。そこで,過大なフレネル反射光等
の不要な信号光が入射したときに,光位相変調器によっ
て局発光の位相を変化させ となるようにすれば,受光系は飽和しない。
また,検波後の雑音電流2乗平均値▲▼は,局発
光電力PLが十分大きい場合,局発光によるショット雑音
が支配的であり, となる。ここでBは受光系の周波数帯域幅である。
一方,検波信号電流2乗平均値iseは(1)から導き出され
るが,(1)式右辺の第1項はフィルタによって除去さ
れ,第2項は,P<<Psであるので無視でき,また,位
相差は光位相変調器によりφ=0にできるから, となる。
したがって信号雑音比(SNR)は, で表される。
上式からわかるように,検波後の雑音電流の2乗平均値
▲▼が,局発光によるショット雑音の支配的な領
域では,SNRは信号光電力Psのみに依存するため,たと
え局発光の位相を変化させる光位相変調器に挿入損があ
ったとしても、その挿入損によるSNRの低下はおきな
い。
また,局発光の偏波面の方向は一定にできるので,偏波
面依存型の光位相変調器でも使用可能である。
(発明の実施例) 以下,本発明の実施例につき,図に従って説明する。
第1図は本発明による第1の実施例の構成図である。同
図において,1はコヒーレント光源,2は光分岐器,3
は断続式光スイッチ,4は光結合器,5は被測定光ファ
イバ,6はパルス発生器,7は光スイッチ駆動器,8は
光位相変調器,9はパルス制御器,10は光位相変調器駆
動器,11は光検出器,12は信号処理装置,13は表示装置
を示す。コヒーレント光源1からの連続波は,光分岐器
2によって分岐され,一方の連続波は断続式光スイッチ
3により、コヒーレント光パルスとなり,光結合器4を
通って,被測定光ファイバ5に入射する。該断続式光ス
イッチ3は,パルス発生器6に同期して発する光スイッ
チ駆動器7の光スイッチ駆動信号によって動作する。
前記光分岐器2によって分岐されたもう一方の連続波
は,局発光となり,光位相変調器8を通って,前記光結
合器4に入射し,前記被測定光ファイバ5からの戻り光
と結合される。
またこのとき、該局発光の位相を変化させ,該被測定光
ファイバ5の所望の観測位置から戻る戻り光のみが,該
局発光と結合する時,強め合うようにする。そのため
に,前記パルス発生器6で発生した電気パルスを,パル
ス制御器9によって任意に遅延及びパルス幅,パルスレ
ベル制御し,光位相変調器駆動器10で光位相変調器駆動
信号に変換して前記光位相変調器8を動作させる。
そして、前記結合した光波は光検出器11で電気信号にな
り,信号処理装置12で,増幅,ろ波,対数演算,A-D変
換等の信号処理を受け,表示装置13でCRT等に表示され
る。断続式光スイッチ3,光位相変調器8としては,Li
Nb03,LiTa03,KDP,ADP,PLZTのような電気光学効果を有す
る材料に,適当な強さの電界を,光スイッチ駆動信号あ
るいは光位相変調器駆動信号として印加することで実現
できる。
第2図は,第1の実施例の動作を説明するための波形図
である。横軸は,すべて時間を示す。波形(a)はコヒー
レント光源から出力される光波のレベル,波形(b),(c)
は光分岐器2によって分岐された光波のレベル,波形
(d)は,光スイッチ駆動器7から出力される光スイッチ
駆動信号を示す。そして,該駆動信号が出力されている
間,断続式光スイッチ3は通過状態となる。波形(e)
は,波測定光ファイバ5に入射される光波のレベル,波
形(f)は表示装置13に表示される観測波形を示す。波形
(g)は、光位相変調器駆動器10から出力される光位相変
調器駆動信号で,該駆動信号の出力電圧を可変すること
で,局発光の位相を変化させることができる。波形(h)
は,前記被測定光ファイバ5からの戻り光(1)と,結合
する局発光(j)との位相差を示す。同図より,波形(d)の
光スイッチ駆動信号で断続式光スイッチ3を動作させる
と,波形(e)の光パルスが被測定光ファイバ5に入射さ
れ,表示装置13に波形(f)が出力されるが,もし,光位
相変調器8がないと,波形(f)の破線で示した被測定光
ファイバ5の入射端及び終端からのレベルの高いフレネ
ル反射光が現れ,波形のすそひき等をおこして正確な測
定が困難になってしまう。そこで,たとえば,表示装置
13に出力される波形(f)を見ながら,レベルの高いフレ
ネル反射光が最小となるように,パルス制御器9を操作
し,光位相変調器8に加える信号を変化させる。つま
り,波形(g)の光位相変調器駆動信号で光位相変調器8
を動作させ,波形(h)のように,局発光(j)と戻り光(i)
の位相差を,所望の戻り光のときには0,不要な戻り光
のときには,およそπ/2となるように位相を制御す
る。そうすれば,所望の戻り光のみを検出できるので受
光系は飽和せず,所望の戻り光を正確に測定できる。第
3図は,本発明による第2の実施例の構成図である。第
1図と同一構成のものは同一符号をもって示してあり,
また14はターンオーバ式光スイッチ,15,16,17は光スイ
ッチ14の入出力ポートを示す。本構成では第1図の光分
岐器2と断続式スイッチ3の代わりにターンオーバ式光
スイッチ14を用いている。該ターンオーバ式光スイッチ
14は,光スイッチ駆動器7から駆動信号が出力されてい
る間,ポート15とポート16が導通し,駆動信号が出力さ
れていない時は,該ポート15はポート17と導通してい
る。これによる第1の実施例との相違点は,被測定光フ
ァイバ5に光パルスを出射する間は局発光が出力されな
いということと,光分岐器2による分岐損がないという
ことである。ターンオーバ式光スイッチ14としては,断
続式光スイッチ3と同様な,電気光学効果を有する材料
に,適当な強さの電界を光スイッチ駆動信号として印加
することで実現できる。
第4図は第2の実施例の動作を説明するための波形図で
ある。横軸はすべて時間を示す。波形(d)の光スイッチ
駆動信号による,ターンオーバ式光スイッチ14のポート
15とポート16の断続で,波形(e)の光パルスが被測定光
ファイバに入射される。
また,それにともない,ポート17からは波形(k)のレベ
ルの光波が出力される。
そして,波形(g)の光位相変調器駆動信号で光位相変調
器8を動作させ,波形(h)のように,局発光(j)と戻り光
(i)の位相差を変化させると,第1の実施例と同じ効果
がえられる。
第5図は,本発明による第3の実施例の構成図である。
第1図,第3図と同一構成のものは同一符号をもって示
してあり,また,18は基板,19,20は電極,21,22は光
導波路,23はターンオーバ式光スイッチ,24は光位相変
調器を示す。
本構成では第3図のターンオーバ式光スイッチ14と,光
位相変調器8を,LiNb03あるいはLiTa03のような,電気
光学効果を有する基板上に一体形成してある。そして,
これによる第2の実施例との相違は,導波路型素子とし
てIC化が計れる。また,IC化することにより,小型に構
成できるとともに,大量に同一規格の製品が製造できる
利点がある。
なお,第3実施例の動作は,第2の実施例とまったく同
じであるので説明は省略する。
(発明の効果) 以上詳細に説明した様に,本発明のホモダイン検波方式
コヒーレントOTDR装置においては, (1)制御手段9,10により、被測定光ファイバの所望の
観測位置で戻る戻り光のみを検出できるので、過大な戻
り光による飽和の悪影響もなく、正確な測定ができる。
(2)戻り光を制御せず、信号ラインに無関係な局発光の
変化により通過及び遮断の制御をしているため、コヒー
レントOTDR検波のすぐれた信号対雑音比(SNR)
をまったく低下させることがない。すなわち、たとえ局
発光に損失が生じても信号光(戻り光)には損失がない
ので微弱な戻り光を減衰させることがない。
(3)局発光の偏波面の方向は一定にできるので,該光位
相変調器は偏波面依存型のものも使用できるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による第1の実施例の効果図,第2図は
本発明による第1の実施例を説明するための波形図,第
3図は本発明による第2の実施例の構成図,第4図は本
発明による第2の実施例を説明するための波形図,第5
図は本発明による第3の実施例の構成図,第6図は従来
技術によるコヒーレントOTDR装置の構成図である。
図中の1はコヒーレント光源,2は光分岐器,3は断続
式光スイッチ,4は光結合器,5は被測定光ファイバ,
6はパルス発生器,7は光スイッチ駆動器,8は光位相
変調器,9はパルス制御器,10は光位相変調器駆動器,
11は光検出器を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】偏波面が一定なバースト状のコヒーレント
    光を被測定光ファイバに入射し、該被測定光ファイバか
    らの戻り光を光ホモダイン検波で検出し、該被測定光フ
    ァイバの損失及び破断点の位置等を測定するホモダイン
    検波方式コヒーレントOTDR装置において、バースト
    状にコヒーレントな第1の光を発する第1の手段(1,2,
    3)と、 偏波面が一定な該第1の光と同一の周波数のコヒーレン
    トな第2の光を発する第2の手段(1,2)と、 該第1の光を被測定光ファイバに出射し、かつ、該被測
    定光ファイバからの戻り光と、該第2の光とを結合する
    光学手段(4)と、 該結合された光を受ける光検出器(11)と、 該光学手段に入射する該第2の光の位相を変化させる光
    位相変調器(8)と、 前記被測定光ファイバからの戻り光を所望の時間だけ前
    記光検出器で検出可能にするため前記光位相変調器が出
    力する第2の光の位相を所定の値だけ制御する制御手段
    (10)とを備えたことを特徴とするコヒーレントOTDR
    装置。
  2. 【請求項2】前記第1の手段(1,2,3)が光源からのコ
    ヒーレント光を通過及び遮断する光スイッチ(3)を有
    し,かつ,前記第2の手段(1,2)と同一の連続波コヒ
    ーレント光源(1)から光を受けて成ることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載のコヒーレントOTDR装
    置。
  3. 【請求項3】前記第1の手段の光スイッチ(3)と前記光
    位相変調器(8)とが同一基板上に導波路型素子として配
    置されたことを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の
    コヒーレントOTDR装置。
JP61061628A 1986-03-19 1986-03-19 コヒ−レントotdr装置 Expired - Lifetime JPH0623678B2 (ja)

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JPS62217135A JPS62217135A (ja) 1987-09-24
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04134238A (ja) * 1990-09-27 1992-05-08 Ando Electric Co Ltd ヘテロダイン受光を用いた光パルス試験器

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JPS62217135A (ja) 1987-09-24

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