JPH0672833B2 - 光ファイバの伝送特性測定方法 - Google Patents
光ファイバの伝送特性測定方法Info
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- JPH0672833B2 JPH0672833B2 JP27820885A JP27820885A JPH0672833B2 JP H0672833 B2 JPH0672833 B2 JP H0672833B2 JP 27820885 A JP27820885 A JP 27820885A JP 27820885 A JP27820885 A JP 27820885A JP H0672833 B2 JPH0672833 B2 JP H0672833B2
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- optical fiber
- measuring
- laser
- laser light
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
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- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光ファイバの吸収率等の伝送特定を測定する光
ファイバの伝送特性測定装置に関するものである。
ファイバの伝送特性測定装置に関するものである。
従来の技術 従来の吸収率測定の主な方法は、第２図に示すように、
レーザ発振器１からのレーザ光を、ビームスプリッタ２
によって、２つのビームに分岐し、一方は、測定しよう
とする光ファイバ３に入射し、もう一方はパワーメータ
４に導き、光ファイバ３への入射パワーを測定する、光
ファイバから出射されるレーザ光を第２のパワーメータ
５で測定し、入射パワーと出射パワーの比から、光ファ
イバの伝送特定即ち吸収率を算出する。
レーザ発振器１からのレーザ光を、ビームスプリッタ２
によって、２つのビームに分岐し、一方は、測定しよう
とする光ファイバ３に入射し、もう一方はパワーメータ
４に導き、光ファイバ３への入射パワーを測定する、光
ファイバから出射されるレーザ光を第２のパワーメータ
５で測定し、入射パワーと出射パワーの比から、光ファ
イバの伝送特定即ち吸収率を算出する。
発明が解決しようとする問題点 ガラスやプラスチックを原料とする光ファイバの吸収率
測定は従来の方法で特に問題はない。ガラスやプラスチ
ックの光ファイバでは伝送できないような波長の長いレ
ーザ光、たとえば炭酸ガスレーザ光などに対しては、多
結晶からなる光ファイバが試みられ、また一部では使わ
ないようとしている。この場合、炭酸ガスレーザ光に対
して透過特性の良い光学結晶を熱間押出しで、ファイバ
化する。その結果、光ファイバは無数の小さな結晶がフ
ァイバ状に形成されたものとなる。例えば500ミクロン
の直径の光ファイバを構成する小さな結晶の大きさは、
およそ10〜50ミクロン程度である。このような光ファイ
バの伝送損失は、結晶と結晶との間の粒界や、表面での
光の散乱のために、吸収損失よりも、散乱損失が多いと
言われている。したがって従来の方法のように、入出力
パワーの比で算出したものは、吸収損失と散乱損失の和
であって、それらを分離して測定することは出来ない。
本発明は吸収損失を独立に測定しようとするものであ
る。
測定は従来の方法で特に問題はない。ガラスやプラスチ
ックの光ファイバでは伝送できないような波長の長いレ
ーザ光、たとえば炭酸ガスレーザ光などに対しては、多
結晶からなる光ファイバが試みられ、また一部では使わ
ないようとしている。この場合、炭酸ガスレーザ光に対
して透過特性の良い光学結晶を熱間押出しで、ファイバ
化する。その結果、光ファイバは無数の小さな結晶がフ
ァイバ状に形成されたものとなる。例えば500ミクロン
の直径の光ファイバを構成する小さな結晶の大きさは、
およそ10〜50ミクロン程度である。このような光ファイ
バの伝送損失は、結晶と結晶との間の粒界や、表面での
光の散乱のために、吸収損失よりも、散乱損失が多いと
言われている。したがって従来の方法のように、入出力
パワーの比で算出したものは、吸収損失と散乱損失の和
であって、それらを分離して測定することは出来ない。
本発明は吸収損失を独立に測定しようとするものであ
る。
問題点を解決するための手段 散乱損失は、光ファイバ内部の結晶粒界などで散乱した
光が、光ファイバの外部へ出てしまうものであり、一
方、吸収損失は、光ファイバ内部で吸収され、熱となっ
て、光ファイバの温度を上昇させる。光ファイバは、温
度上昇の結果、熱膨張によって長さが変化するから、長
さの変化量から逆に吸収損失を求めることができる。し
たがって本発明は光ファイバにレーザ光を通した時の長
さの変化を、長さ変化測定器を用いて測定し、その値か
ら吸収損失，減衰係数，散乱係数を算出しようとするも
のである。
光が、光ファイバの外部へ出てしまうものであり、一
方、吸収損失は、光ファイバ内部で吸収され、熱となっ
て、光ファイバの温度を上昇させる。光ファイバは、温
度上昇の結果、熱膨張によって長さが変化するから、長
さの変化量から逆に吸収損失を求めることができる。し
たがって本発明は光ファイバにレーザ光を通した時の長
さの変化を、長さ変化測定器を用いて測定し、その値か
ら吸収損失，減衰係数，散乱係数を算出しようとするも
のである。
作用 光ファイバにレーザ光を通す時の、光ファイバの温度分
布は、入・出射端面で高温を示すが、内部では急速に温
度の低下がみられ、長さ方向に対して温度一定になる。
例えば、材料としてKRS-5を用いた赤外用光ファイバの
場合、端面の温度が200℃前後に達する場合でも、端面
から５〜6mm内部では室温＋20℃前後の一定値になる。
布は、入・出射端面で高温を示すが、内部では急速に温
度の低下がみられ、長さ方向に対して温度一定になる。
例えば、材料としてKRS-5を用いた赤外用光ファイバの
場合、端面の温度が200℃前後に達する場合でも、端面
から５〜6mm内部では室温＋20℃前後の一定値になる。
長さ1m以上光ファイバの場合、レーザ光を通した時の、
長さの変化量は、上記の理由によって、端面の影響は小
さく、近似的に次式のように書ける。
長さの変化量は、上記の理由によって、端面の影響は小
さく、近似的に次式のように書ける。
但し、Δｌは長さの変化量,lはレーザ光を通さない時の
光ファイバの長さ，Ecは熱膨張率,gは光ファイバの単位
体積，単位時間に発生する熱量,kは熱伝導率,tは時間,b
は光ファイバの半径，αは熱拡散率で次式で定義されて
いる。
光ファイバの長さ，Ecは熱膨張率,gは光ファイバの単位
体積，単位時間に発生する熱量,kは熱伝導率,tは時間,b
は光ファイバの半径，αは熱拡散率で次式で定義されて
いる。
α＝k/ρC,ρは密度,Cは比熱である。光ファイバにレー
ザ光を入射する時の、光ファイバの長さ変化は、上式の
ように指数関数的に増加し、一定値Ecｇlb/2hに達す
る。その後、レーザ光を遮断すると、光ファイバは元の
長さに向って次式のように変化する。
ザ光を入射する時の、光ファイバの長さ変化は、上式の
ように指数関数的に増加し、一定値Ecｇlb/2hに達す
る。その後、レーザ光を遮断すると、光ファイバは元の
長さに向って次式のように変化する。
（２）式を見ると、Δloffを実験によって測定すれば、
ｇ即ち単位体積当りの発熱量、したがって吸収損失が求
められるように思える。確かにEc,l,b,αなどは物理定
数および、光ファイバの寸法であるから問題ないが、熱
伝達率ｈは、光ファイバの表面から周囲への熱損失を表
わすもので、熱伝導と放射の両方が関与し、測定環境に
よって変わるから、実際の測定状況に対応した値を実験
的に求めることが、測定精度を高めるために必要であ
る。（２）式を見ると、幸い長さ変化の時間応答を示す
指数関数部分に熱伝達率が含まれているから、これを利
用して、熱伝達率を実験的に求めることが可能である。
今、レーザ光を遮断した後のτ1，τ2時間の長さ変化を
Δloff（τ1），Δloff（τ2）とすると、Δl
off（τ1）とΔloff（τ2）の比からｈが次のように求
められる。
ｇ即ち単位体積当りの発熱量、したがって吸収損失が求
められるように思える。確かにEc,l,b,αなどは物理定
数および、光ファイバの寸法であるから問題ないが、熱
伝達率ｈは、光ファイバの表面から周囲への熱損失を表
わすもので、熱伝導と放射の両方が関与し、測定環境に
よって変わるから、実際の測定状況に対応した値を実験
的に求めることが、測定精度を高めるために必要であ
る。（２）式を見ると、幸い長さ変化の時間応答を示す
指数関数部分に熱伝達率が含まれているから、これを利
用して、熱伝達率を実験的に求めることが可能である。
今、レーザ光を遮断した後のτ1，τ2時間の長さ変化を
Δloff（τ1），Δloff（τ2）とすると、Δl
off（τ1）とΔloff（τ2）の比からｈが次のように求
められる。
但し、lnは自然対数を表わす。τ1，τ2，Δl
off（τ1），Δloff（τ2）は、長さ変化の時間応答特
性から得られるから、（３）式によって、熱伝達率ｈ
が、実験的に求められる。
off（τ1），Δloff（τ2）は、長さ変化の時間応答特
性から得られるから、（３）式によって、熱伝達率ｈ
が、実験的に求められる。
光ファイバの吸収係数をβa，散乱係数をβsとし、その
和をβ＝βa＋βsとすると、入射端の反射率R,断面積S,
長さｌの光ファイバに、レーザパワーPinを入射する時
の光ファイバ内部でのエネルギー吸収ｇは、次式のよう
になる。
和をβ＝βa＋βsとすると、入射端の反射率R,断面積S,
長さｌの光ファイバに、レーザパワーPinを入射する時
の光ファイバ内部でのエネルギー吸収ｇは、次式のよう
になる。
（２）式においてｔ＝０とした時のΔloffの値（Δl
off(0)と書く）に入れて、βa／βを求めると となる。
off(0)と書く）に入れて、βa／βを求めると となる。
光ファイバの内部には、入・出射端で反射する光が無数
に往復しており、この多重往復光を考慮すると、入射パ
ワーPinと出射パワーPoutとの間には次式が成り立つ。
に往復しており、この多重往復光を考慮すると、入射パ
ワーPinと出射パワーPoutとの間には次式が成り立つ。
Pin，Poutは実験によって求められるから、（６）式か
らβが算出できる。このβを用いると実験値Δloff(0)
から（５）式によって、吸収係数βaが求められる。
らβが算出できる。このβを用いると実験値Δloff(0)
から（５）式によって、吸収係数βaが求められる。
このようにして、入射パワーPin，入射パワーPout，お
よび長さ変化の時間応答特性を実験して測定することに
よって、熱伝達率，吸収係数，散乱係数を求めることが
できる。
よび長さ変化の時間応答特性を実験して測定することに
よって、熱伝達率，吸収係数，散乱係数を求めることが
できる。
実施例 第１図に本発明の実施例を示す。６はレーザ発振器、７
はビームスプリッター、８は集光レンズ、９は第１のパ
ワーメータ、10は測定しようとする光ファイバ、10aは
光ファイバ10の入射端、10bは光ファイバ10の出射端、1
1は第２のパワーメータ、12は光ファイバの出射端、10b
の変位を測定する変位計であり、13はレーザ光を示す。
14は第１のパワーメータの出力でPin′15は第２のパワ
ーメータの出力でPout,16は変位計の出力でΔｌを示
す。
はビームスプリッター、８は集光レンズ、９は第１のパ
ワーメータ、10は測定しようとする光ファイバ、10aは
光ファイバ10の入射端、10bは光ファイバ10の出射端、1
1は第２のパワーメータ、12は光ファイバの出射端、10b
の変位を測定する変位計であり、13はレーザ光を示す。
14は第１のパワーメータの出力でPin′15は第２のパワ
ーメータの出力でPout,16は変位計の出力でΔｌを示
す。
レーザ発振器６から出るレーザ光13は、ビームスプリッ
タ７で２つに分岐される。レーザ光13の大部分は、ビー
ムスプリッタを通過してレンズ８に入射するように、ビ
ームスプリッタの分岐比が決められている。ビームスプ
リッタ７で反射した残りのレーザ光は、パワーメータ９
で吸収され、光ファイバ10への入射パワーに換算され14
Pinを出力する。レンズ８はレーザ光を、光ファイバ10
の入射端面10aに集光し、レーザ光を光レーザ10に入射
させる。光ファイバを透過したレーザ光は、出射端10b
から出射され、第２のパワーメータ11に吸収されて、光
ファイバの出射パワーに換算され、15Poutを出力する。
光ファイバの入射端10aはレンズ８との相対位置が変化
しないように固定し、出射端10bは、固定せず、長さ方
向に自由に動きうるようにし、かつ、光ファイバ10の全
体は直線状になるように支持する。レーザ光が光ファイ
バの内部で吸収されると、光ファイバの温度が上昇し、
熱膨張によって、光ファイバは伸びる。この時、入射端
10aは固定されているから、光ファイバの伸びは、出射
端10bの変位となって現れる。この出射端10bの変位を非
接触変位計12で測定し、変位量16Δｌを出力する。レー
ザ光を入射した光ファイバは、温度上昇の結果、長さが
伸びるが、る時間たつと（約10数秒）一定値におちつ
く。その後レーザ光を遮断すると、光ファイバは再び同
じ時間応答を示しながら元の長さに戻る。時間応答特性
は、伸びる時も、元へ戻る時も同じであるが、式の上で
は元へ戻る時の方が単純な形で表現できるので、
（（１）式と（２）式の違い程度）、レーザ光を遮断し
た後のΔｌの時間応答を考える。レーザ光遮断後の
τ1，τ2時間後のΔ１の値をΔloff（τ1），Δl
off（τ2）とすると、この値は、変位計の出力16から得
られるのでこれを用いて（３）式の演算を行うことによ
って、熱伝達率ｈが求められる。
タ７で２つに分岐される。レーザ光13の大部分は、ビー
ムスプリッタを通過してレンズ８に入射するように、ビ
ームスプリッタの分岐比が決められている。ビームスプ
リッタ７で反射した残りのレーザ光は、パワーメータ９
で吸収され、光ファイバ10への入射パワーに換算され14
Pinを出力する。レンズ８はレーザ光を、光ファイバ10
の入射端面10aに集光し、レーザ光を光レーザ10に入射
させる。光ファイバを透過したレーザ光は、出射端10b
から出射され、第２のパワーメータ11に吸収されて、光
ファイバの出射パワーに換算され、15Poutを出力する。
光ファイバの入射端10aはレンズ８との相対位置が変化
しないように固定し、出射端10bは、固定せず、長さ方
向に自由に動きうるようにし、かつ、光ファイバ10の全
体は直線状になるように支持する。レーザ光が光ファイ
バの内部で吸収されると、光ファイバの温度が上昇し、
熱膨張によって、光ファイバは伸びる。この時、入射端
10aは固定されているから、光ファイバの伸びは、出射
端10bの変位となって現れる。この出射端10bの変位を非
接触変位計12で測定し、変位量16Δｌを出力する。レー
ザ光を入射した光ファイバは、温度上昇の結果、長さが
伸びるが、る時間たつと（約10数秒）一定値におちつ
く。その後レーザ光を遮断すると、光ファイバは再び同
じ時間応答を示しながら元の長さに戻る。時間応答特性
は、伸びる時も、元へ戻る時も同じであるが、式の上で
は元へ戻る時の方が単純な形で表現できるので、
（（１）式と（２）式の違い程度）、レーザ光を遮断し
た後のΔｌの時間応答を考える。レーザ光遮断後の
τ1，τ2時間後のΔ１の値をΔloff（τ1），Δl
off（τ2）とすると、この値は、変位計の出力16から得
られるのでこれを用いて（３）式の演算を行うことによ
って、熱伝達率ｈが求められる。
第１および第２のパワーメータの出力14および15からP
in，Poutが得られるので、これを（６）式に入れて、減
衰係数βを求める。さらに、変位計出力16から得られる
Δloff(0)と、上記で求めた、熱伝達率、および減衰係
数βとを（５）式に入れれば、吸収係数βaが求められ
る。また散乱係数βsはβs＝β−βaから求められる。
in，Poutが得られるので、これを（６）式に入れて、減
衰係数βを求める。さらに、変位計出力16から得られる
Δloff(0)と、上記で求めた、熱伝達率、および減衰係
数βとを（５）式に入れれば、吸収係数βaが求められ
る。また散乱係数βsはβs＝β−βaから求められる。
発明の効果 多結晶光ファイバのように、光ファイバ内での光の損失
要因として、吸収だけでなく、散乱が大きく関与してい
るファイバの場合には、従来のような、光ファイバへの
入出力パワーの比を測定するだけでは、吸収と散乱を分
離することができない。本発明では、吸収と光ファイバ
の膨張による長さの伸びとが密接に関係している事に着
目し、入・出力パワーに加えて、光ファイバの長さ変化
（伸び）を同時測定することによって、散乱損失から分
離した形で吸収損失を求めるもので、光ファイバの等性
を測定する上で大変有用な方法である。
要因として、吸収だけでなく、散乱が大きく関与してい
るファイバの場合には、従来のような、光ファイバへの
入出力パワーの比を測定するだけでは、吸収と散乱を分
離することができない。本発明では、吸収と光ファイバ
の膨張による長さの伸びとが密接に関係している事に着
目し、入・出力パワーに加えて、光ファイバの長さ変化
（伸び）を同時測定することによって、散乱損失から分
離した形で吸収損失を求めるもので、光ファイバの等性
を測定する上で大変有用な方法である。
また、吸収損失を求める計算の際、光ファイバの表面か
ら、周囲へ逃げる熱量（熱伝達率）を用いているが、こ
の値は周囲温度や光ファイバの支持台の構造などで変化
するので、測定状況に応じた値を実験的に求めること
が、吸収損失を精度良く求めるため不可欠となる。本発
明では、それを光ファイバの長さ変化の時間応答から求
めることができるため、吸収損失測定の状況に即した熱
伝達率が得られるという特長を有する。
ら、周囲へ逃げる熱量（熱伝達率）を用いているが、こ
の値は周囲温度や光ファイバの支持台の構造などで変化
するので、測定状況に応じた値を実験的に求めること
が、吸収損失を精度良く求めるため不可欠となる。本発
明では、それを光ファイバの長さ変化の時間応答から求
めることができるため、吸収損失測定の状況に即した熱
伝達率が得られるという特長を有する。
なお上記説明では、KRS-5からなる光ファイバを例にと
って説明したが、本発明は多少なりとも散乱損失のある
光ファイバすべてに適用することができるものである。
って説明したが、本発明は多少なりとも散乱損失のある
光ファイバすべてに適用することができるものである。
第１図は本発明の一実施例における光ファイバの伝送特
性測定装置の原理図、第２図は従来例における光ファイ
バの伝送特性測定装置の原理図である。 ７……ビームスプリッタ、９……第１のパワーメータ、
10……光ファイバ、11……第２のパワーメータ、12……
変位計。
性測定装置の原理図、第２図は従来例における光ファイ
バの伝送特性測定装置の原理図である。 ７……ビームスプリッタ、９……第１のパワーメータ、
10……光ファイバ、11……第２のパワーメータ、12……
変位計。
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ発振器と、このレーザ発振器で発生
したレーザー光を分岐するビームスプリッタと、このビ
ームスプリッタで分岐されたレーザ光のパワーを測定す
る第１のパワーメータと、前記ビームスプリッタを出た
レーザ光を集光する集光レンズと、前記集光レンズを出
たレーザ光を入射光とする光ファイバと、前記光ファイ
バの出射端から出射されるレーザ光のパワーを測定する
第２のパワーメータと、前記光ファイバの長さ変化を測
定する長さ変化測定手段とを用い、前記第１のパワーメ
ータからの出力Pinと前記第２のパワーメータからの出
力Poutとから、 なる式により減衰係数βを求め、 Pout測定後、レーザ光を遮断してからτ1、τ2時間後の
長さの変化の値 Δloff（τ1）、Δloff（τ2）を用いて、 なる式を用いて熱伝導率ｈを求め、さらに、τ1＝０の
時のΔloff（Ｏ）と、前記演算によって得た熱伝導率
ｈ、減衰係数βとから、 なる式によって吸収係数βａを求め、求めたβ、βａを
用いて、 β＝βａ＋βｓなる式から散乱係数βｓを求めることを
特徴とする光ファイバの伝送特性測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27820885A JPH0672833B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 光ファイバの伝送特性測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27820885A JPH0672833B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 光ファイバの伝送特性測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62137535A JPS62137535A (ja) | 1987-06-20 |
| JPH0672833B2 true JPH0672833B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=17594101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27820885A Expired - Lifetime JPH0672833B2 (ja) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | 光ファイバの伝送特性測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0672833B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU705520B2 (en) * | 1995-09-15 | 1999-05-27 | Pllb Elettronica S.P.A. | System, method and device for monitoring a fiber optic cable |
-
1985
- 1985-12-11 JP JP27820885A patent/JPH0672833B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62137535A (ja) | 1987-06-20 |
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