JPH10339667A - 光測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定前に光を遮光することなくオフセット補
償を自動的に行って高精度な測定を実現する。 【解決手段】 光パワーレベルを測定する場合、出力電
流が流れないように増倍率がほぼ０となる逆バイアス電
圧を受光部に印加し、出力電流が流れるように増倍率が
１以上となる逆バイアス電圧が受光部に印加されるまで
の間をオフセットデータ取得期間として直流増幅部の出
力からオフセットレベルを求める。出力電流が流れるよ
うに増倍率が１以上となる逆バイアス電圧が受光部に印
加され、出力電流が流れないように増倍率がほぼ０とな
る逆バイアス電圧が受光部に印加されるまでの間を測定
状態とし、時間Ｔ０より早いクロックで光パワーを測定
する。この測定した光パワーレベルからオフセットレベ
ルを差し引くことにより、オフセットを補償して被測定
物の正しい光パワーレベルを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外部から入射され
る光のパワーレベルを測定する光測定器に関する。

【０００２】

【従来の技術】外部に接続される光源や光伝送装置など
の被測定物から入射される光の受光パワーレベルを測定
する光パワーメータなどの光測定器では、受光系（例え
ば増幅器など）のオフセットレベルを補償する必要があ
る。

【０００３】ここで、被測定物からの光を入力しない時
の受光系の出力レベルをオフセットレベルと言う。被測
定物の光パワーは、被測定物からの光を入力した時の受
光系の出力レベルからオフセットレベルを減算すること
で算出される。そして、このときの減算処理をオフセッ
ト補償と呼んでいる。

【０００４】このため、従来、光測定器によって光パワ
ーの測定を行う前には、以下の手順に従ってオフセット
補償を行っていた。まず、被測定物が接続されるコネク
タ部に遮光用のフタをする。そして、コネクタ部に光が
入射しない状態で出力レベルを測定し、この測定された
レベルをオフセットレベルとする。その後、フタを取り
外してコネクタ部に被測定物を接続し、被測定物からの
測定光をコネクタ部に入射させる。そして、このとき受
光検出された光のレベルからオフセットレベルを差し引
き、そのレベルが被測定物の光パワーレベルとして測定
される。このオフセット補償は、測定誤差を低減するた
めに定期的に行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光測定器では、上述したオフセット補償を行うために光
を遮光しなければならず、測定前にコネクタ部に遮光用
のフタを取り付けるといった煩わしい作業が必要であっ
た。また、即座に測定動作に移行することができなかっ
た。

【０００６】ところで、上述したオフセットレベルがゼ
ロとならない原因には、大きく分けて以下に示す２つの
要因がある。 １．受光素子の暗電流 ２．受光素子に接続される直流増幅器

【０００７】ここで、本発明者等は、１の要因による測
定結果への影響を考察してみた。図２はＩｎＧａＡｓの
３元系ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode ）の出力電流、
暗電流及び電流増倍率−逆電圧特性を示している。図２
より被測定物の光パワー測定時（増倍率が１程度の逆バ
イアスを印加した状態）には、約１０^-10 Ａの暗電流が
発生する。この暗電流が被測定物からの光による受光電
流に加算されてＡＰＤから出力されることになる。この
条件における被測定物の光パワーと測定誤差の計算結果
を図３に示す。

【０００８】この図３より、光パワーが−５０ｄＢｍま
での範囲であれば、０．０５ｄＢ以内の誤差で測定が可
能であることがわかる。

【０００９】したがって、図３に示す光パワーが−５０
ｄＢｍまでの範囲の測定に関して言えば、上記２の要因
によるオフセットレベルのみを補償すれば、上記１の要
因によるオフセットレベルを補償する必要性が少ないこ
とが判明した。

【００１０】一方、光測定器としては、被測定ファイバ
に光パルスを入射し、この光パルスの供給に伴って被測
定ファイバから戻ってくる反射光（後方散乱光、フレネ
ル反射光）を信号処理して被測定ファイバの損失や障害
点などの測定を行う光パルス試験器が既に知られてい
る。

【００１１】図６はこの種の光パルス試験器の一般的な
構成を示している。光パルス試験器は、タイミング発生
部２１、光パルス発光部２２、分岐部２３、受光部２
４、直流増幅部２５、Ａ／Ｄ変換部２６、処理部２７、
表示部２８を備えて構成される。

【００１２】この光パルス試験器では、処理部２７から
の制御信号のもとに、被測定ファイバ２９の長さに対応
した周期、すなわち、被測定ファイバ２９に光パルスを
供給してから被測定ファイバ２９の全長にわたって反射
光が戻ってくるまでの時間ｔより長い時間の周期Ｔでタ
イミング発生部２１より光パルス発光部２２に対して信
号が出力される。

【００１３】これにより、光パルス発生部２２は分岐部
２３を介して周期Ｔ毎に光パルスを被測定ファイバ２９
に入射する。この光パルスの供給に伴って被測定ファイ
バ２９から戻ってくる反射光は、分岐部２３を介して受
光部２４に入射し、受光部２４で光−電気変換される。
そして、この変換された信号はＡ／Ｄ変換部２６でディ
ジタル信号に変換された後に処理部２７に入力される。
処理部２７では入力されるディジタル信号によるデータ
のサンプリングをして対数変換する信号処理が行われ
る。そして、この信号処理の結果に基づいて表示部２８
に波形が表示される。

【００１４】この種の光パルス試験器では、被測定ファ
イバ２９に対して周期Ｔ（例えば１ｍｓｅｃ）毎に光パ
ルスを入射している。そして、１周期Ｔの間にサンプリ
ングしたＮ個（例えば５０００個）のデータのうち、被
測定ファイバ２９からの反射光を含まないＭ個（例えば
２０個）のデータの平均値をオフセットレベルとしてい
る。そして、サンプリングしたＮ個の各データからオフ
セットレベルを差し引くことにより、オフセット補償を
行っている。

【００１５】ところで、近年の光パルス試験器には、例
えば光源や光伝送装置などの被測定物を接続し、その被
測定物から入射される光の受光パワーレベルを測定でき
る機能が要求されている。この構成の場合には、光パル
ス発光部２２の光パルスを用いずに外部から入射される
光の受光パワーレベルを測定する。このため、一般に用
いられる光測定器と同様の受光系のオフセット補償を行
う必要があった。

【００１６】そこで、本発明は、解析により上記２の要
因によるオフセットレベルを補償すれば十分な測定がで
きることが判明したので、そのことにより上記の問題点
を解消するべく、従来のような測定前に光を遮光するこ
となくオフセット補償を行って高精度な測定が簡単に行
える光測定器を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、印加される逆バイアス電圧に応
じて出力電流が変化し、被測定物からの光を受光するた
めの受光部５と、前記受光部に逆バイアス電圧を可変可
能に印加するバイアス部６と、前記受光部が出力する出
力電流に応じたレベルの信号を出力する直流増幅部７
と、前記バイアス部が前記受光部に出力電流が流れない
ように逆バイアス電圧を印加したときに前記直流増幅部
が出力する第１の出力レベルを求め、前記バイアス部が
前記受光部に出力電流が流れるように前記逆バイアス電
圧を印加したときに前記直流増幅部が出力する第２の出
力レベルを求め、さらに第２の出力レベルから第１の出
力レベルを差し引くことによってオフセットを補償して
前記被測定物の光パワーレベルを求める手段８，９とを
備えたことを特徴とする。

【００１８】請求項２の発明は、請求項１の光測定器に
おいて、前記バイアス部６は、前記受光部５の出力電流
が流れないように前記受光部の増倍率がほぼ０となる逆
バイアス電圧を前記受光部に印加し、前記被測定物の光
パワーレベルが測定可能に前記受光部の出力電流が流れ
るように前記受光部の増倍率が１以上となる逆バイアス
電圧を前記受光部に印加することを特徴とする。

【００１９】本発明の光測定器では、受光部５の出力電
流が流れないように逆バイアス電圧をバイアス部６が受
光部５に印加したときの直流増幅部７が出力する第１の
出力レベルを求める。また、受光部５の出力電流が流れ
るように逆バイアス電圧をバイアス部６が受光部５に印
加したときの直流増幅部７が出力する第２の出力レベル
を求める。そして、求めた第２の出力レベルから第１の
出力レベルを差し引くことによってオフセットを補償し
て被測定物の光パワーレベルを求める。

【００２０】そして、上記オフセット補償にあたって、
バイアス部６は、受光部５の出力電流が流れないように
受光部５の増倍率がほぼ０となる逆バイアス電圧を印加
する。また、受光部５の出力電流が流れるようにして光
パワーレベル測定可能に受光部５の増倍率が１以上とな
る逆バイアス電圧を印加する。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は本発明による光測定器の第
１実施の形態を示すブロック図である。

【００２２】図１に示すように、第１実施の形態の光測
定器は、入力部１、タイミング発生部２、光パルス発光
部３、分岐部４、受光部５、バイアス部６、直流増幅部
７、Ａ／Ｄ変換部８、処理部９、表示部１０を備えて構
成される。

【００２３】入力部１は、測定モードとして被測定ファ
イバ測定モード及び光パワーレベル測定モードを有し、
それらのモードの選択を例えばキー操作により行ってい
る。このとき選択されたモードに応じた信号が処理部９
に入力される。また、入力部１からは、処理部９におけ
る信号処理に必要な各種測定パラメータの情報が入力さ
れる。

【００２４】タイミング発生部２は、処理部９からの制
御信号Ｓ１に基づいて光パルス発光部３、Ａ／Ｄ変換部
８にタイミング信号Ｓ２を出力している。

【００２５】光パルス発光部３は、タイミング発生部２
から供給されるタイミング信号Ｓ２をトリガとして、例
えば１．３μｍや１．５５μｍの長波長帯の光パルスを
出力している。この光パルスは、被測定ファイバ１１の
長さに対応した周期、すなわち、被測定ファイバ１１に
光パルスを供給してから被測定ファイバ１１の全長にわ
たって反射光が戻ってくるまでの時間ｔより長い時間の
周期Ｔ毎に分岐部４を介して被測定ファイバ１１に出射
される。

【００２６】分岐部４は、例えば方向性結合器で構成さ
れ、被測定ファイバ測定モード時の光パルスの供給に伴
って被測定ファイバ１１から戻ってくる反射光（後方散
乱光、フレネル反射光）、又はパワーレベル測定モード
時の例えば光源や光伝送装置などの被測定物からの入射
光を受光部５側に分離している。

【００２７】受光部５は、例えばＩｎＧａＡｓなどの３
元系ＡＰＤで構成され、入射光により生じた電子や正孔
を所定の増倍率で増倍する作用を有している。このＡＰ
Ｄ５では、被測定ファイバ測定モード時の分岐部４によ
り分離される被測定ファイバ１１からの反射光、光パワ
ーレベル測定モード時の被測定物からの入射光を受光検
出している。この受光部５は、バイアス部６から印加さ
れる逆バイアス電圧のレベルに応じて電流増倍率が可変
される。

【００２８】ここで、受光部５としては、図２の出力電
流、暗電流及び電流増倍率−逆電圧特性を示すＩｎＧａ
Ａｓの３元系ＡＰＤが用いられる。このＩｎＧａＡｓの
３元系ＡＰＤを用いた場合には、図２からも明らかなよ
うに、逆バイアス電圧を０Ｖに近づけるに従って出力電
流がほとんど流れない。つまり、増倍率Ｍ≒０となる。
また、暗電流も減少する。この場合の暗電流によるオフ
セットは、上記「発明が解決しようとする課題」で解析
したように、無視できる値である。

【００２９】因みに、図２において、増倍率Ｍを０に近
づけていくと、ＡＰＤの出力電流の低下とともに、暗電
流が流れなくなるということは、先に解析した１の要因
によるオフセットレベルが補償できないことを示してい
る。

【００３０】なお、ＡＰＤ５としては、図２に示すよう
に、逆バイアス電圧の可変によって出力電流がほとんど
流れない特性を有しているものであればよい。

【００３１】バイアス部６は、処理部９からの制御信号
Ｓ３に基づいて所定の逆バイアス電圧をＡＰＤ５に印加
している。更に説明すると、バイアス部６は、ＡＰＤ５
としてＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤを使用した場合、処理部９
からオフセット指令を示す制御信号Ｓ３ａが入力される
と、電流がほとんど流れない電流増倍率Ｍ≒０となるよ
うな逆バイアス電圧をＡＰＤ５に印加する。これに対
し、処理部９から測定指令を示す制御信号Ｓ３ｂが入力
されたときには、被測定物からの入射光を測定できる電
流増倍率Ｍ≧１となるような逆バイアス電圧をＡＰＤ５
に印加する。

【００３２】直流増幅部７は、ＡＰＤ５からの出力電流
を所定の増幅率で増幅してＡ／Ｄ変換部８に出力してい
る。更に説明すると、直流増幅部７は、例えば電流・電
圧変換器と電圧増幅器を備えて構成され、ＡＰＤ５のカ
ソードから出力される電流信号を電流・電圧変換器によ
って電圧信号に変換し、この変換された電圧信号を電圧
増幅器により所定の増幅率で増幅している。その際、電
圧増幅器における増幅率は、処理部９からの制御信号に
よって可変制御される。

【００３３】Ａ／Ｄ変換部８は、被測定ファイバ測定モ
ード時に、タイミング発生部２からのタイミング信号Ｓ
２をトリガとして、直流増幅部７で増幅された信号を所
定のサンプリング周期でサンプリングしてディジタル化
し、このサンプリングされたディジタル信号を処理部９
に出力している。また、Ａ／Ｄ変換部８は、光パワーレ
ベル測定モード時に、直流増幅部７で増幅された信号を
ディジタル信号に変換して処理部９に出力している。

【００３４】処理部９は、被測定ファイバ測定モード時
のＡ／Ｄ変換部８からのサンプリング信号を対数変換す
る信号処理を行っている。この信号処理によって得られ
る各データは、例えば波形データとしてディスプレイな
どの表示部１０に表示される。また、処理部９は、光パ
ワーレベル測定モード時のＡ／Ｄ変換部からのディジタ
ル信号からレベルを求める演算処理を行っている。この
演算処理によって得られるデータは、表示部１０に表示
される。さらに、処理部９は、入力部１を操作したとき
の入力信号に基づいてタイミング発生部２、バイアス部
６に制御信号Ｓ１、Ｓ３（Ｓ３ａ、Ｓ３ｂ）を出力して
いる。

【００３５】さらに説明すると、処理部９は、内部にタ
イマ回路を有しており、光パワーレベル測定モードが設
定されると、タイマ回路に設定されたタイマ時間が経過
する毎にオフセット指令を示す制御信号Ｓ３ａをバイア
ス部６に出力する。また、処理部９は、オフセット指令
を示す制御信号Ｓ３ａを出力していない期間では、測定
指令を示す制御信号Ｓ３ｂをバイアス部６に出力してい
る。その際、測定モードとして入力部１から被測定ファ
イバ測定モードが選択されたときには、タイミング発生
部２に光パルスの出射を指示する制御信号Ｓ１を出力す
る。

【００３６】次に、上記のように構成された光測定器の
オフセット補償を含む一連の動作を図４のタイミングチ
ャートにしたがって説明する。

【００３７】まず、光測定器を起動させるために電源ス
イッチがオンされ、その後に入力部１により光パワーレ
ベル測定モードが選択されると、光パルス発光部３から
は光パルスが出射されず、被測定物からの入射光がＡＰ
Ｄ５に入射し、ＡＰＤ５で光−電気変換される。そし
て、処理部９からはオフセット指令を示す制御信号Ｓ３
ａがバイアス部６に出力される。

【００３８】バイアス部６は、処理部９からオフセット
指令を示す制御信号Ｓ３ａが入力されると、増倍率Ｍ≒
０となるようなバイアス電圧（≒０）をＡＰＤ５に印加
する。これにより、ＡＰＤ５の出力電流がほとんど流れ
ない。そして、このときのＡＰＤ５の暗電流等の出力
は、直流増幅部７で増幅された後、直流増幅部７で発生
したオフセット電圧とともにＡ／Ｄ変換部８でディジタ
ル信号に変換され、光パワーレベル測定モード時のオフ
セットデータとして処理部９に入力される。このオフセ
ットデータは、例えば処理部９内のメモリ（図示せず）
に格納される。

【００３９】ここで、図４に示すように、ＡＰＤ５に増
倍率Ｍ≒０となるようなバイアス電圧（≒０）が印加さ
れてからＡＰＤ５に増倍率Ｍ≧１となるようなバイアス
電圧が印加されるまでの間をオフセットデータの取得期
間としている。

【００４０】次に、バイアス部６は、処理部９から測定
指令を示す制御信号Ｓ３ｂが入力されると、測定状態に
するため増倍率Ｍ≧１となるようなバイアス電圧をＡＰ
Ｄ５に印加する。

【００４１】このときのＡＰＤ５の出力電流は、光−電
気変換された後に直流増幅部７で増幅される。そして、
直流増幅部７で増幅された信号は、直流増幅部７で発生
したオフセット電圧とともにＡ／Ｄ変換部８でディジタ
ル信号に変換された後に処理部９に入力される。処理部
９では、入力されるディジタル信号のデータから増倍率
Ｍ≒０のときに測定記憶しておいたオフセットデータを
差し引き演算してオフセット補償する。このオフセット
補償後のデータのレベルが被測定物の正しい光パワーレ
ベルとなる。

【００４２】ここで、図４に示すように、ＡＰＤ５に増
倍率Ｍ≧１となるようなバイアス電圧が印加されてから
ＡＰＤ５に増倍率Ｍ≒０となるようなバイアス電圧（≒
０）が印加されるまでの間を測定状態としている。そし
て、光パワーレベル測定モードが選択されている間、増
倍率Ｍ≒０のときのオフセットデータの取得が時間Ｔ０
毎に繰り返され、時間Ｔ０内において、Ｔ０より早いク
ロックで増倍率Ｍ≧１のときの入射光の光パワーを複数
回測定している。そして、各測定データから既に取得し
たオフセットデータを差し引き、そのレベルを表示す
る。

【００４３】これにより、処理部９の処理は、複数回
（例えば５０回）の入射光の光パワーを測定、表示を行
うのに対し、オフセットデータの取得を１回で済ませる
ことができる。なお、入射光の光パワーの測定、表示と
オフセットデータの取得の関係は、使用温度環境によっ
て決定される。例えば温度変動が早い場合には、時間Ｔ
０を短く設定し、オフセットデータの取得間隔を早くす
ればよい。

【００４４】ところで、入力部１により被測定ファイバ
測定モードが選択されると、光パルスの出射を指示する
制御信号Ｓ１が処理部９からタイミング発生部２に出力
される。光パルス発光部３は、タイミング発生部２から
のタイミング信号Ｓ２をトリガとして、光パルスを分岐
部４を介して被測定ファイバ１１に出射する。この光パ
ルスは、被測定ファイバ１１の長さに対応した周期、す
なわち、被測定ファイバ１１に光パルスを供給してから
被測定ファイバ１１の全長にわたって反射光が戻ってく
るまでの時間ｔより長い時間の周期Ｔ毎に繰り返し出射
される。

【００４５】そして、この光パルスの供給に伴って被測
定ファイバ１１から戻ってくる反射光は、分岐部４を介
してＡＰＤ５に入射し、ＡＰＤ５で光−電気変換され
る。そして、この変換された信号は直流増幅部７で増幅
され、Ａ／Ｄ変換部８でディジタル信号に変換された後
に処理部９に入力される。処理部９では、入力されるデ
ィジタル信号によるデータのサンプリングをして対数変
換する信号処理を行う。そして、この信号処理の結果に
基づいて表示部１０に波形を表示する。

【００４６】なお、上記動作において、被測定ファイバ
測定モードが選択されている場合のオフセット補償につ
いては、従来と同様に行われる。すなわち、被測定ファ
イバ１１に対して周期Ｔ（例えば１ｍｓｅｃ）毎に光パ
ルスが入射され、１周期Ｔの間にサンプリングしたＮ個
（例えば５０００個）のデータのうち、被測定ファイバ
１１からの反射光を含まないＭ個（例えば２０個）のデ
ータの平均値をオフセットレベルとし、サンプリングし
たＮ個の各データからオフセットレベルを差し引いてオ
フセット補償を行う。

【００４７】したがって、上記第１実施の形態によれ
ば、光パワーレベル測定モード時に必要なオフセット補
償を、電源を投入するだけで所定時間毎に自動的に行う
ことができる。その際、ＡＰＤ５に印加される逆バイア
ス電圧は０に近いほど誤差の少ない測定が可能となる。
なお、オフセット補償は、受光部５が受光していなくて
も行うことができる。

【００４８】次に、図５は本発明による光測定器の第２
実施の形態を示すブロック図である。この第２実施の形
態の光測定器は、第１実施の形態において、タイミング
発生部２、光パルス発光部３、分岐部４が削除された構
成である。言い換えれば、被測定ファイバ測定モードが
無い構成であり、その他の構成については第１実施の形
態と同一である。

【００４９】この構成によれば、第１実施の形態におけ
る光パワーレベル測定モードは、電源のオン時に設定さ
れるようにすることができる。したがって、電源を投入
するだけで自動的にオフセット補償された光パワーレベ
ルが測定される。

【００５０】ところで、第１実施の形態では、光パワー
レベル測定モードが選択されたときの信号、第２実施の
形態では、電源スイッチがオンしたときの信号をそれぞ
れトリガとして、光パワーレベル測定モード又は電源ス
イッチがオンしている間に、オフセットデータの取得が
時間Ｔ０毎に行われ、時間Ｔ０内でその都度オフセット
補償が行われるものとして説明したが、入力部１にオフ
セットモードを選択するキーを別途設け、このオフセッ
トモード選択時の信号の有無により処理部９がオフセッ
ト指令又は測定指令をバイアス部６に出力してＡＰＤ５
に印加される逆バイアス電圧を可変制御してもよい。こ
れにより、環境の変化に応じて必要なオフセット補償
を、入力部１のキー操作のみでいつでも行うことができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の光パワーメータで行っていた測定前に光を遮光す
るといった煩わしい作業を削減して光パワーレベル測定
に必要なオフセット補償が容易な構成で自動的に行え、
高精度な測定を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光測定器の第１実施の形態を示す
ブロック図

【図２】本発明による光測定器の受光部として用いられ
る３元系ＡＰＤの電流−逆電圧特性を示す図

【図３】被測定物の光パワーと測定誤差の計算結果の一
例を示す図

【図４】本発明の光測定器によるオフセット補償動作時
のタイミングチャート図

【図５】本発明による光測定器の第２実施の形態を示す
ブロック図

【図６】光測定器としての光パルス試験器の一般的構成
を示すブロック図

【符号の説明】

１…入力部、２…タイミング発生部、３…光パルス発光
部、４…分岐部、５…受光部、６…バイアス部、７…直
流増幅部、８…Ａ／Ｄ変換部、９…処理部、１０…表示
部、１１…被測定ファイバ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 印加される逆バイアス電圧に応じて出力
   電流が変化し、被測定物からの光を受光するための受光
   部（５）と、 前記受光部に逆バイアス電圧を可変可能に印加するバイ
   アス部（６）と、 前記受光部が出力する出力電流に応じたレベルの信号を
   出力する直流増幅部（７）と、 前記バイアス部が前記受光部に出力電流が流れないよう
   に逆バイアス電圧を印加したときに前記直流増幅部が出
   力する第１の出力レベルを求め、前記バイアス部が前記
   受光部に出力電流が流れるように前記逆バイアス電圧を
   印加したときに前記直流増幅部が出力する第２の出力レ
   ベルを求め、さらに第２の出力レベルから第１の出力レ
   ベルを差し引くことによってオフセットを補償して前記
   被測定物の光パワーレベルを求める手段（８，９）とを
   備えたことを特徴とする光測定器。
2. 【請求項２】 前記バイアス部（６）は、前記受光部
   （５）の出力電流が流れないように前記受光部の増倍率
   がほぼ０となる逆バイアス電圧を前記受光部に印加し、
   前記被測定物の光パワーレベルが測定可能に前記受光部
   の出力電流が流れるように前記受光部の増倍率が１以上
   となる逆バイアス電圧を前記受光部に印加する請求項１
   記載の光測定器。