JPH0961298A - 低コヒーレンスリフレクトメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、光路長変化が大きく、簡単な構成
で市販のレトロリフレクタを用いた光学的可変遅延回路
を有する低コヒーレンスリフレクトメータを提供する。 【解決手段】 レトリリフレクタ２２、２４を向い合わ
せ、このレトロリフレクタ２２、２４間に光ビームを入
射させて一方のレトロリフレクタにて反射させ、順にレ
トロリフレクタ２２、２４間を反射して反射鏡２５にて
基に戻るようにし、可動側レトロリフレクタ２４を固定
側レトロリフレクタ２５に接近・離間させるように移動
させ、また固定側レトロリフレクタ２５に対してずれる
方向に移動させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路の反射分
布をマイクロメートルの空間分解能で測定することがで
きる低コヒーレンスリフクレトメータに係り、特に参照
光の光路長を連続的にかつ長尺にわたって変化させるこ
とができる光学的可変遅延回路を有する低コヒーレンス
リフレクトメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、低コヒーレンスリフレクトメー
タの一例をしめす。このリフレクトメータは、入射光を
スペクトル幅の広いＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａ
ｖｅ）光源と干渉計を用いて光導波路内で発生する後方
レーリィ散乱をマイクロメートルの空間分解能で測定す
ることにより、光導波路自体の損失分布を求めるもので
ある。図４において、低コヒーレンス光源１からの出射
光は、ファイバポート２からファイバ型３ｄＢカプラ３
に入射して２分される。２分された一方は、ファイバポ
ート４を伝搬して試験用の光導波路６に入射する。２分
された他方は、ファイバポート５を伝搬して光学的可変
遅延回路７に入射する。この遅延回路７からの戻り光
は、参照光として再びファイバポート５を伝搬した後
に、前記光導波路６からの反射光と前記ファイバ型３ｄ
Ｂカプラ３で合波される。合波光はファイバポート９を
伝搬して光検出器１０で受光され、信号処理系１１で干
渉成分の電力が検波される。ここで、８はファイバの一
部を円筒型電歪振動子に巻き付けた構造からなる位相変
調器であって、信号処理系１１での検波の際のキャリア
周波数を発生させるために設置してある。ここで、リフ
レクトメータの空間分解能については、光源の中心波長
をλ、試験用導波路の屈折率をｎとするとき、半値全幅
スペクトルδλに対して、０．１３λ² ／（ｎδλ）に
て与えられる。低コヒーレンス光源１のスペクトル幅と
中心波長はそれぞれδλ＝０．７ｎｍ、λ＝１５５０ｎ
ｍであるので、石英系導波路や光ファイバを測定する際
の本リフレクトメータの空間分解能は７００μｍとな
る。

【０００３】かかる低コヒーレンスリフレクトメータに
あって光学的可変遅延回路７に着目した場合、図５に示
す構成例を有する。すなわち、１２はレンズ、１３は光
ビーム、１４は反射鏡、１５はステージである。ファイ
バポート５からの出射光はレンズ１２で平行ビームにコ
リメートされて光ビーム１３となり、反射鏡１４で反射
され、レンズ１２を介して再びファイバポート５に入射
する。ここで、ステージ１５をビーム１３に平行に矢印
方向に移動させることによって、光ファイバを出射した
後に再び光ファイバに入射するまでに光ビーム１３が伝
搬する光路長を連続的に変化させることができる。光ビ
ーム１３は反射鏡１４で１回だけ１８０度（逆方向）の
方向転換をしているので、ステージの移動距離をＬとす
れば、光路長の変化量ＺはＺ＝２Ｌで与えられる。市販
されているステージの移動距離は通常Ｌ＝３０ｃｍ程度
なので光路長変化は最大６０ｃｍ程度に制限される。こ
の場合、低コヒーレンスリフレクトメータの測定可能な
距離レンジは、光路長の変化量Ｚと試験される光導波路
６の屈折率ｎとの関係からＺ／（２ｎ）にて与えられる
ことが判明している。したがって、低コヒーレンスリフ
レクトメータにおける測定距離レンジの拡大のために
は、ステージ１５の移動量Ｌに対して光路長変化Ｚが２
ＭＬ（Ｍ＞１）となるような光学系を実現することが強
く望まれる。

【０００４】このため、Ｍを２以上にする試みとして、
図６、図７に示す構成があげられる。図６は、光学的可
変遅延回路７の第２の従来構成であり、１６は光ビーム
の入射方向にかからず入射ビームを平行でかつ１８０度
方向転換させることができるレトロリフレクタを示す。
このレトロリフレクタには、コーナーキューブプリズム
や直角プリズム、または、以下の図７で示すような、２
枚の反射鏡を９０度に配置したものである。光ビーム１
３は、レトロリフレクタ１６で１８０度方向転換されて
入射方向と平行に伝搬した後に反射鏡１４で反射されて
逆戻りし、再びレトロリフレクタ１６で反射面で方向転
換した後に、レンズ１２によってファイバポート５に入
射する。この場合、レトロリフレクタ１６はステージ１
５によってビーム方向に移動するようになっている。し
たがって、光ビーム１３は、レトロリフレクタ１６で２
回方向転換（バウンド）した後に光ファイバに戻るの
で、レトロリフレクタ１６がＬだけ移動した時の光路長
変化はＺ＝４Ｌとなり、前式Ｍ＝２となる。

【０００５】図７は、遅延回路の第３の従来例である。
（ダニエル シー、他、特願４−１４０１４号）。ここ
で、１７、１８は反射鏡であり、９０度の角度に配置し
てあり、図６のレトロリフレクタ１６と同様に入射ビー
ムを１８０度の方向に反射させることができる。１９と
２０も同様に、２枚の反射鏡が９０度の角度に配置され
たレトロリフレクタであり、図６のレトロリフレクタと
同様な働きをする。ここで、反射鏡１７と１８は接着せ
ずに間隙が開いており、ビームをこの間隙より入射さ
せ、反射鏡１９、２０から構成されるレトロリフレクタ
で１８０度方向転換して反射鏡１７と１８から構成され
るレトロリフレクタに入射させる。このレトロリフレク
タに入射した光は再び反射鏡１９と２０からなるレトロ
リフレクタで１８０度方向転換される。このように、レ
トロリフレクタ間で多数回の方向転換を行った後に、反
射鏡２１により外部に出射させる。反射鏡１９と２０か
らなるレトロリフレクタはステージ（図示省略）でビー
ム方向に移動する。図では、光ビームはこのレトロリフ
レクタで３回の１８０度の方向転換を受けるので、Ｚ＝
６Ｌとなり、図５に示した反射鏡１４を単に移動する構
成よりも３倍の遅延量が得られる。すなわち、Ｍ＝３と
なる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、いかなる
入射方向に対しても１８０度方向転換ができるレトロリ
フレクタを用いてＭ＞２の光学的可変遅延回路を実現し
たいのであるが、図６の例ではＭ＝２となるのみであ
り、図７の例ではＭ＝３となるものの、反射鏡１７と１
８との間にて入射ビームを通過させる構成が必要であ
り、９０度直角プリズムやコーナキューブ等の市販品を
使用することができないという問題を有している。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑み、Ｍ＞２の光
学的可変遅延回路を実現し、簡単な構成で市販のレトロ
リフレクタを用いるようにした低コヒーレンスリフレク
トメータの提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次のような構成を特徴とする。 （１）光源からの光を光導波路と光学的可変遅延回路に
向って分け、この光導波路と光学的可変遅延回路から戻
った光を干渉計を介して信号処理系に入射し、上記光導
波路の反射分布を測定する低コヒーレンスリフレクトメ
ータにおいて、上記光学的可変遅延回路は、２台のレト
ロリフレクタの反射面を対向させた状態に設置したレト
ロリフレクタ系と、上記２台のレトロリフレクタのうち
の一方を他方に対して移動させる移動系と、光ビームを
上記２台のレトロリフレクタの間に入射させついで片方
のレトロリフレクタの反射面に入射させる入射ポート
と、上記２台のレトロリフレクタのいずれか一方の反射
面の中心付近に備えた反射鏡と、を有することを特徴と
する。 （２）（１）において、入射ポートは、光ファイバ、レ
ンズ、及び反射鏡からなることを特徴とする。 （３）（１）において、２台のレトロリフレクタの反射
面を接近離間させる方向及びこを直角な上記反射面をず
らす方向の少なくとも一方の移動を行なう移動系とした
ことを特徴とする。 （４）（２）において、入射ポートの反射鏡は２台のレ
トロリフクレタの反射面どおしをずらす方向に移動可能
としたことを特徴とする。

【０００９】光ビームを平行かつ１８０度方向転換せし
めるレトロリフレクタ２台を、その反射面が対向する状
態で設置し、光ファイバからの出射光ビームを光学系に
より一方のレトロリフレクタに入射せしめ、前記の２台
のレトロリフレクタ間の多数回の反射を繰り返させる。
その後、片方のレトロリフレクタ付近に接近させて配置
した反射鏡で反射させて再度レトロリフレクタ間を多数
回反射させた後にもとの光ファイバに戻す。このため、
光ビームがレトロリフレクタで３回以上の１８０度の方
向転換をうけるように設定できるので、レトロリフレク
タをステージでビームに平行に移動することによりＺ＝
２ＭＬ（Ｍ＞２）の光路長変化を与えることができる。
また、一方のレトロリフレクタ付近に反射鏡を設置した
ことで、レトロリフレクタ中心部に間隙を開ける必要性
がなくなり、市販のレトロリフレクタで構築することが
可能になった。また、光学的遅延回路は従来例で示した
光学的遅延回路と比較して、同一のステージに移動に対
して、光学的遅延量が２倍大きいという特徴もある。な
お、空間分解能をδＬ（＜１０ｍ）とするためには、光
源は中心波長λに対してスペクトルの半値全幅が０．３
１λ² ／（ｎδＬ）以上でなければいけない。ただし、
ｎは被測定光導波路（光ファイバも含む）のコアの屈折
率である。こうして、例えばステージ１０ｃｍの移動に
対して１ｍ（Ｍ＝１０）以上の光路長変化を与えること
も容易であり、長尺導波路の反射分布を測定することも
可能である。

【００１０】

【発明の実施の形態】ここで、図１〜図３にて発明の実
施の形態を説明する。図１は図４に示す低コヒーレンス
リフレクトメータの光学的可変遅延回路の一例を示す。
すなわち、図４に示す光ファイバポート５及び光学的可
変遅延回路７を図１に置きかえることにより新たな低コ
ヒーレンスフレクトメータが得られる。図１において、
２３は反射鏡、２２、２４はコーナーキューブ型のレト
ロリフレクタ、２５は反射鏡である。レトロリフレクタ
２２、反射鏡２３と２５は固定されており、レトロリフ
レクタ２４はステージ１５で移動する。光ファイバポー
ト５と出射レンズ１２にコリメータされた光ビーム１３
は、レトロリフレクタ２２、２４間を反射鏡２３に向っ
て入射し、ついでこの光ビーム１３は反射鏡２３で曲げ
られてレトロリフレクタ２４に入射する。入射ビーム
は、レトロリフレクタ２４のｒ１，ｒ２の２点で反射さ
れ１８０度の方向転換を受け、他方のレトロリフレクタ
２２に入射する。ここで、レトロリフレクタ２２は、レ
トロリフレクタ２４に対して、わずかに左にずれてい
る。このため、入射した光ビームがレトロリフレクタの
ｒ３，ｒ４に点で反射されて１８０度の方向転換を受け
た後に再びレトロリフレクタ２４に入射する時に、入射
点はｒ１よりも左にずれてｒ５となる。ｒ５で反射した
光は、ｒ２よりみ右側にずれたｒ６で反射されて１８０
度の方向転換を受けてレトロリフレクタ２２に入射す
る。その後、両レトロリフレクタ２２と２４の反射点ｒ
５，ｒ６，，，ｒ１８で順次反射されながら１８０度の
方向転換が繰り返される、レトロリフレクタ２２がレト
ロリフレクタ２４に対して左にずれているため、光ビー
ムは１８０度の方向転換ごとに、レトロリフレクタのよ
り内側に向かうことになる。ｒ１８で反射された光ビー
ムは反射鏡２５で１８０度方向転換され、これまで伝搬
したｒ１８，ｒ１７，，ｒ２，ｒ１の光路を逆に伝搬
し、反射鏡２３で反射され、レンズ１２を介して光ファ
イバ５に入射する。

【００１１】レトロリフレクタ２２と２４は入射ビーム
を正確に１８０度方向転換させるので、レトロリフレク
タ間を多数回反射するビームの各光路は平行である。こ
のため、ステージ１５でレトロリフレクタ２４をビーム
に対して平行に移動させても、レトロリフレクタ間で反
射した光ビームは確実に光ファイバに戻ることができ
る。本例では、光ビームは、反射鏡２５に到達前に、レ
トロリフレクタ２４で５回、反射鏡２５で反射された後
にレトロリフレクタ２４で５回だけ方向転換される。す
なわち光ビームは、移動するレトロリフレクタ２４で計
１０回の１８０度方向転換を受けるので、Ｍ＝１０とな
る。本例では、光ビームが２２と２４のレトロリフレク
タ間を往復伝搬するので、図７に示した従来の構成より
も光学的遅延量が２倍大きい。

【００１２】図２は、本例による光学的遅延回路におけ
るステージ１５を移動させた時の光路長変化を、光パル
ス（パルス幅１００ピコ秒）の遅延時間から評価した結
果を示す。ここで、ステージは固定レトロリフレクタ２
２から離れる方向に順次平行移動させた。図２に示す通
り、ステージの移動と共に光路長Ｚは２０Ｌの関係で直
線的に増加する事が観測され、Ｍ＝１０であることが証
明された。

【００１３】図３は、低コヒーレンスリフレクトメータ
を用いて１．５ｍ長の石英系導波路の後方レーリィ散乱
分布を測定した結果である。ステージの移動量は３０ｃ
ｍであり、本光学的遅延回路により測定レンジは２ｍで
ある。図で示す通り、導波路長て方向に後方レーリィ散
乱信号が０．０８４ｄＢ／ｃｍの割合で低減しており、
導波路損失が０．０４２ｄＢ／ｃｍであることがわかっ
た。

【００１４】上述の説明においては、可動側レトロリフ
レクタ２４は固定側レトロリフレクタ２２に対して接近
又は離間する方向にステージ１５によって移動され、光
路長を変更することができるが、この光路長の変更は、
レトロリフレクタ２４を接近離間する方向と直角な方向
に移動させても可能であり、例えば固定側レトロリフレ
クタ２４に対してレトロリフレクタ２４のずれ量をわず
かな量とすれば、反射する光ビーム間隔を一層狭めるこ
とができ、反射回数を増大させることができるのでＭ＞
５も容易に実現できる。また、このことは今まで固定側
として説明してきた反射鏡２３を光ビーム１３方向に沿
って移動させることによっても光路長の変更をすること
ができる。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、市販のレトロルフレク
タを用いて、低コヒーレンスリフレクトメータに適した
例えばＭ＝１０の光学的遅延回路を構築することができ
る。このため、例えば、ステージ１０ｃｍの移動に対し
て、１ｍの光路長変化を与えることも容易なので、低コ
ヒーレンスリフレクトメータの距離レンジを飛躍的に向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例である光学的遅延回
路の構成図。

【図２】ステージ移動量と光路長変化の関係図。

【図３】本発明を用いて得られた後方レーリィ散乱分布
図。

【図４】低コヒーレンスリフレクトメータの構成図。

【図５】第一の従来例の構成図。

【図６】第二の従来例の構成図。

【図７】第三の従来例の構成図。

【符号の説明】

１ スーパールミネッセントダイオード ２、４、５、９ ファイバポート ３ ファイバ型３ｄＢカプラ ６ 試験用の光導波路 ７ 光学的可変遅延回路 ８ ファイバ型位相変調器 １０ 光検出器 １１ 信号処理系 １２ レンズ １３ 平行ビーム １４ 反射鏡 １５ ステージ １６ レトロリフレクタ １７、１８、１９、２０ 反射鏡 ２２、２４ レトロリフレクタ ２３、２５ 反射鏡

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの光を光導波路と光学的可変遅
   延回路に向って分け、この光導波路と光学的可変遅延回
   路から戻った光を干渉計を介して信号処理系に入射し、
   上記光導波路の反射分布を測定する低コヒーレンスリフ
   レクトメータにおいて、 上記光学的可変遅延回路は、 ２台のレトロリフレクタの反射面を対向させた状態に設
   置したレトロリフレクタ系と、 上記２台のレトロリフレクタのうちの一方を他方に対し
   て移動させる移動系と、 光ビームを上記２台のレトロリフレクタの間に入射させ
   ついで片方のレトロリフレクタの反射面に入射させる入
   射ポートと、 上記２台のレトロリフレクタのいずれか一方の反射面の
   中心付近に備えた反射鏡と、 を有することを特徴とする低コヒーレンスリフレクトメ
   ータ。
2. 【請求項２】 入射ポートは、光ファイバ、レンズ、及
   び反射鏡からなることを特徴とする請求項１記載の低コ
   ヒーレンスリフレクトメータ。
3. 【請求項３】 ２台のレトロリフレクタの反射面を接近
   離間させる方向及びこを直角な上記反射面をずらす方向
   の少なくとも一方の移動を行なう移動系としたことを特
   徴とする請求項１記載の低コヒーレンスリフレクトメー
   タ。
4. 【請求項４】 入射ポートの反射鏡は２台のレトロリフ
   クレタの反射面どおしをずらす方向に移動可能としたこ
   とを特徴とする請求項２記載の低コヒーレンスリフレク
   トメータ。