JPH1062570A - 遅延時間測定方法及び遅延時間測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定光学系を光が通過する時間を良好な精
度で測定する。 【解決手段】 シンセサイザ１０、ＳＬＤ光源１２、第
１の３ｄＢカプラ１４、第２の３ｄＢカプラ１６、ＡＰ
Ｄ１８、オシロスコープ２０、第１光ファイバ２２およ
び第２光ファイバ２４から構成された装置を用いて測定
を行う。シンセサイザ１０により、出力光の強度を変調
し、この変調周波数を変えながら、ＡＰＤ１８の出力信
号の交流成分を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信等におい
て用いられる光伝送経路を光が通過する時間を測定する
方法と、この通過時間を測定する装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】ある光伝送経路（被測定光学系）を光が
通過するのに要する時間（以下、通過時間と呼ぶ。）を
測定するには、この光伝送経路の光学的経路長（光学
長）が分かればよい。従って、従来、（イ）被測定光学
系の長さを実際に定規等で測定して、この測定結果に被
測定光学系の媒質の屈折率を掛けて実質的な光学長を求
めていた。

【０００３】また、（ロ）直接、通過時間を求めてしま
う方法もある。例えば、短時間幅光パルスを被測定光学
系に入射して、この被測定光学系から出力された光を高
速光検出器で電気信号に変換する。そして、この電気信
号をオシロスコープにより観測することによって、光パ
ルスが被測定光学系を通過する時間を求めることができ
る。この測定に用いる装置は、光パルス試験器（ＯＴＤ
Ｒ）として商品化されている（例えば、アンリツ社製の
ＭＷ９０６０Ａなどがある。）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た（イ）および（ロ）の測定方法では、精度の高い測定
をすることが難しかった。先ず、測定方法（イ）によれ
ば、通過時間を測定するために、被測定光学系の光の伝
送される経路に沿った長さを実測しなければならない。
このような長さの測定精度は、せいぜい３桁が限度であ
るから、従って、通過時間の測定精度も３桁（１０^-3）
程度の精度しか得られず、高い精度を得ることができな
かった。また、この方法では、被測定光学系の屈折率も
知らなければならず、この屈折率の測定精度も影響す
る。さらに、この方法では、装置内に収まっている光学
系を測定したい場合には、長さを測定すること自体が困
難であるといった問題がある。

【０００５】また、上述した測定方法（ロ）によれば、
光源や測定系を含む装置全体の時間分解能が全体的に低
いため、このため、測定方法（イ）と同様に、通過時間
の測定精度を数１０ｎｓ以下にすることができなかっ
た。

【０００６】最近の光通信システム等の発展に伴い、あ
る光経路を通過する時間や、光経路の長さを知ることが
大変重要になってきている（例えば、文献「1996年電子
情報通信学会総合大会予稿集、ＳＢ−９−２、ｐ715
」）。従って、従来より、高い精度で以て簡便に遅延
時間の測定を行う遅延時間測定方法及び遅延時間測定装
置の出現が望まれていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の遅延時間測定
方法によれば、被測定光路を伝搬する第１の光と、基準
光路を伝搬する第２の光との間の通過時間の差を測定す
るに当たり、前記第１の光および前記第２の光の各強度
に対して変調を加えて、これら第１の光および第２の光
を、同相で変動し、かつ、同一の周波数ｆで変動する強
度を有する光とし、前記被測定光路または前記基準光路
をそれぞれ伝搬した後の前記第１の光および前記第２の
光の各強度の和を、前記周波数ｆを変化させつつ測定
し、前記測定した強度の和から前記周波数ｆで振動する
交流成分のパワーだけを検出することにより、前記周波
数ｆに対する前記交流成分のパワーの変化特性を得て、
この変化特性から前記交流成分のパワーが極小となる前
記周波数ｆを求め、この周波数ｆを０から上昇させてゆ
くときにｎ番目（但し、ｎは自然数）に極小となる周波
数ｆをｆ_n とするとき、前記第１の光の、前記第２の光
に対する遅延時間Δｔを Δｔ＝（ｎ−１／２）／ｆ_n （Ｉ） により求めることを特徴とする。

【０００８】このように、被測定光路および基準光路に
それぞれ第１の光および第２の光を伝搬させて、被測定
光路と基準光路との間の光学的距離の差すなわち第１の
光と第２の光とが要する各通過時間の差（遅延時間Δｔ
と称する。）を測定することができる。この方法によれ
ば、周波数ｆを変化させて、上述の周波数ｆ_n を測定す
ることにより、上式（Ｉ）から遅延時間Δｔを求めるこ
とができる。また、広い範囲で周波数ｆを変化させるこ
とにより、高い次数ｎの周波数ｆ_n が得られる。よっ
て、周波数ｆ_n の測定精度を上げることができ、従っ
て、遅延時間Δｔの測定精度を高めることが可能であ
る。尚、基準光路の通過時間が既知であれば、被測定光
路の通過時間が求められる。

【０００９】また、この発明の好適な実施例によれば、
前記第１の光の強度と前記第２の光の強度とを等しくし
たことを特徴とする。

【００１０】このように、第１の光の強度と第２の光の
強度とを等しく設定することにより、上述した交流成分
のパワーの変化特性における、当該交流成分のパワーの
変化範囲（振幅）を大きくすることができる。よって、
パワーが極小となる周波数ｆ_n を、良好な精度で以て測
定することが可能になる。従って、上式（Ｉ）から遅延
時間Δｔを良好な精度で以て求めることができる。

【００１１】この発明の遅延時間測定装置によれば、あ
る光伝送経路を光が通過する時間を測定する遅延時間測
定装置において、光源と、この光源から出力される光の
強度を設定された周波数で周期的に変動させる光変調器
と、この光変調器によって強度が変動された光を第１の
光と第２の光とに分離する光分波器と、この第１の光を
装置外部に伝送するために、測定時に前記光伝送経路の
一端に結合されるように設けられた第１光路と、測定時
に前記光伝送経路の前記一端とは別の一端に結合される
ように設けられ、この光伝送経路から出力される前記第
１の光を装置内部に伝送するための第２光路と、前記光
分波器から出力される前記第２の光を伝送する第３光路
と、前記第２光路から出力される第１の光と前記第３光
路から出力される第２の光とを合波する光合波器と、こ
の光合波器から出力される光を受光する光検出器と、こ
の光検出器の出力信号から、前記設定された周波数に応
じて変動する信号成分を検出するスペクトルアナライザ
とを具えることを特徴とする。

【００１２】このように、この遅延時間測定装置を用い
ることにより、第１光路と第２光路との間に直列に結合
される光伝送経路を伝搬する光の通過時間を測定するこ
とができる。この遅延時間測定装置は上述した遅延時間
測定方法を装置化したものであり、従って、通過時間の
測定精度を高めることが可能である。また、この測定装
置を用いた測定では、第１光路と第２光路との間に光伝
送経路を結合するだけで行うことができるから、従来に
比べて、測定が簡単である。

【００１３】尚、スペクトルアナライザとは、入力され
た信号の、ある周波数の信号成分のパワーを測定する装
置のことである。

【００１４】また、この発明の好適な構成例によれば、
前記スペクトルアナライザは、前記光変調器を制御して
前記設定された周波数を掃引するための周波数掃引部を
具えていることを特徴とする。

【００１５】このように、周波数掃引部により、光変調
器を制御し、設定された周波数で以て変動する光の、当
該周波数を掃引することができる。従って、測定する交
流成分の周波数と掃引周波数とを同期させて測定を行う
ことが可能である。よって、さらに、容易に測定を行う
ことができるようになる。

【００１６】また、この発明の好適な構成例によれば、
前記第３光路に光アッテネータを挿入してなることを特
徴とする。

【００１７】このように、光アッテネータを上述の位置
に設けることにより、測定時に、第１光路、被測定光学
系としての光伝送経路および第２光路を伝搬する第１の
光の強度と、第３光路を伝搬する第２の光の強度とを等
しくすることができる。従って、スペクトルアナライザ
が検出する信号成分（前述した交流成分に相当する。）
のパワーの変化範囲（振幅）を大きくすることができ
る。よって、この信号成分のパワーが極小となるときの
周波数（前述の周波数ｆ_n に相当する。）を良好な精度
で以て測定することが可能になる。従って、通過時間を
良好な精度で以て求めることができる。

【００１８】尚、光アッテネータとは、光減衰器のこと
であり、光の強度を一定量だけ減衰するための光学装置
のことである。

【００１９】また、この発明の好適な構成例によれば、
前記光源と前記光分波器との間に光増幅器を具えること
を特徴とする。

【００２０】このように、光増幅器を上述の位置に設け
ることにより、光源から出力される光の強度を増大させ
ることができる。従って、スペクトルアナライザが検出
する信号成分の強度を増大させることができ、このた
め、測定精度が向上する。

【００２１】また、この発明の好適な構成例によれば、
前記第１および第２光路を光ファイバで以て構成したこ
とを特徴とする。

【００２２】このように、第１および第２光路を光ファ
イバで以て構成することにより、容易に光路を曲げるこ
とが可能であり、装置構成が簡単である。

【００２３】また、この発明の遅延時間測定方法によれ
ば、複数の被測定光路をそれぞれ伝搬する各被測定光
と、基準光路を伝搬する基準光との間の通過時間の差を
それぞれ測定するに当たり、前記被測定光および前記基
準光の各強度に対して変調を加えることにより、これら
被測定光および基準光を、同相で変動し、かつ、同一の
周波数ｆで変動する強度を有する光となし、前記被測定
光路および前記基準光路をそれぞれ伝搬した後の前記被
測定光および前記基準光の各強度の和を、前記周波数ｆ
を変化させつつ測定し、前記測定した強度の和から前記
周波数ｆで振動する交流成分のパワーを検出することに
より、前記周波数ｆに対する前記交流成分のパワーの変
化特性を取得し、この変化特性に対してフーリエ変換を
施すことにより、この変化特性を、基準光路または被測
定光路を光が通過した距離と前記交流成分のパワーとの
関係に変換し、この関係から前記交流成分のパワーがｎ
番目（ｎは自然数）に極大となる距離ｊ_n を求めること
により、前記基準光路の長さをＬ₀ とし、この基準光路
または前記被測定光路を伝播する光の速度をｃとしたと
きに、前記基準光に対するｎ番目の被測定光の遅延時間
Δｔ_n を Δｔ_n ＝（２ｊ_n −Ｌ₀ ）／ｃ （II） により求めることを特徴とする。

【００２４】このようにすると、複数の被測定光路と１
つの基準光路との間の光学的距離の差、すなわち、複数
の被測定光が各被測定光路を伝播するのに要する通過時
間と、基準光が基準光路を伝播するのに要する通過時間
との差Δｔ_n を、それぞれ測定することができる。従っ
て、複数の被測定光路の各距離ｊ_n を求めることができ
る。そして、この方法によれば、周波数ｆを変化させて
交流成分のパワーを測定し、上述の距離ｊ_n を求めるこ
とにより、上式（II）から遅延時間Δｔ_n を求める。従
って、広い範囲で周波数ｆを変化させることにより、距
離ｊ_n の測定精度を高めることができるので、遅延時間
Δｔ_n の測定精度を高めることができる。

【００２５】また、この発明の遅延時間測定方法におい
て、好ましくは、前記基準光の強度と前記被測定光の強
度とを等しくするのが良い。

【００２６】このように基準光と被測定光とを等しく設
定することにより、上述した交流成分のパワーの交流特
性における、当該交流成分のパワーの変化範囲（振幅）
を大きくすることができる。よって、強度が極大となる
距離ｊ_n を、良好な精度でもって測定することが可能に
なる。従って、上式（II）から遅延時間Δｔ_n を良好な
精度で求めることができる。

【００２７】また、この発明の遅延時間測定装置によれ
ば、ある光伝送経路を光が通過する時間を測定する遅延
時間測定装置において、光源と、この光源から出力され
る光の強度を設定された周波数で周期的に変動させる光
変調器と、この光変調器によって強度が変動された光を
基準光と被測定光とに分離する光分波器と、前記光伝送
経路を通過した被測定光を受光する第１光検出器と、前
記基準光を受光する第２光検出器と、これら第１および
第２光検出器の合成出力信号の中から前記設定された周
波数に応じて変動する信号成分を検出するスペクトルア
ナライザとを具えることを特徴とする。

【００２８】このような装置構成によれば、光源から発
生した光の強度を光変調器により所定の変調周波数で変
動させ、この変調光を光分波器により被測定光と基準光
とに分離し、基準光を第２光検出器で受光し、被測定光
路としての光伝送経路を通過させた後の被測定光を第１
光検出器で受光する。そして、第１および第２光検出器
の合成出力信号から所定の周波数成分で振動する交流成
分のパワーをスペクトルアナライザにより検出する。従
って、第１および第２光検出器の合成出力信号の中から
変調周波数で振動する交流成分（変調成分）のパワーが
変調周波数ごとに検出される。

【００２９】そして、スペクトルアナライザにより得ら
れた変調成分のパワーと変調周波数との関係を、通常の
フーリエ変換によって、変調成分のパワーと距離との関
係に変換する。この関係から、光分波器の出力ポートか
ら出力されて第２光検出器に受光されるまでの基準光が
要する伝播時間と、光分波器の出力ポートから出力され
て被測定光路を通過してから第１光検出器に受光される
までの被測定光が要する伝播時間との差が求められる。
従って、この装置を用いれば、光伝送経路中のどの位置
に反射点があるのかを調べることが可能である。また、
この遅延時間測定装置は上述した遅延時間測定方法を装
置化したものであり、従って、通過時間の測定精度を従
来に比べて高めることが可能である。

【００３０】また、この発明の遅延時間測定装置におい
て、好ましくは、入力ポート、入出力ポートおよび出力
ポートを具え、この入力ポートから入射した前記被測定
光を前記入出力ポートから出力させ、前記入出力ポート
に入射した前記被測定光を前記出力ポートに出力させる
光サーキュレータを具えるのが良い。

【００３１】そして、例えば、光サーキュレータの入出
力ポートに被測定光路としての光伝送経路の一端を接続
すると、この光伝送経路中で反射されて入出力ポートに
戻る光は、上述の出力ポートから出力される。また、こ
の出力ポートから出力される光と基準光とが、それぞれ
第１および第２光検出器により受光される。従って、光
分波器の出力ポートから出力されて第２光検出器に受光
されるまでに基準光が要する伝播時間と、光分波器の出
力ポートから出力された被測定光が光伝送経路中で反射
されて第１光検出器に受光されるまでに要する伝播時間
との差が求められる。従って、光伝送経路中のどの位置
に反射点があるのかを調べることが可能である。

【００３２】また、この発明の遅延時間測定装置におい
て、好ましくは、前記スペクトルアナライザは、前記光
変調器を制御して前記設定された周波数を掃引するため
の周波数掃引部を具えるのが良い。

【００３３】このように、周波数掃引部により、光変調
器を制御し、設定された周波数でもって変動する光の、
当該周波数を掃引することができる。従って、測定され
る交流成分の周波数と掃引周波数とを同期させて測定を
行うことが可能である。よって、さらに、容易に測定を
行うことができるようになる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。尚、図は、この発明の構
成、大きさおよび配置関係が理解できる程度に概略的に
示されており、また、以下に記載する数値条件等は単な
る一例であるから、従って、この発明は、この実施の形
態に何ら限定されることがない。

【００３５】［１］遅延時間測定方法 以下、遅延時間測定方法につき説明する。この方法は、
被測定光路を伝搬する第１の光と、この第１の光と同一
の波長であって、基準光路を伝搬する第２の光との間の
通過時間の差を測定するための方法である。

【００３６】図１は、この方法に基づいて遅延時間を測
定するのに好適な構成を示すブロック図である。この構
成例は、シンセサイザ１０、超放射光ダイオード（スー
パールミネッセントダイオード。以下、ＳＬＤと略称す
る。）光源１２、第１の３ｄＢカプラ１４、第２の３ｄ
Ｂカプラ１６、アバランシェフォトダイオード（以下、
ＡＰＤと略称する。）１８、オシロスコープ２０、第１
光ファイバ２２および第２光ファイバ２４から構成され
る。

【００３７】ＳＬＤ光源１２の出力光は、シンセサイザ
１０により、所望の周波数（この周波数を記号ｆで表
す。）で強度が変調されており、ＳＬＤ光源１２の出力
光の強度は正弦波形状の変化を呈している。この光は、
第１の３ｄＢカプラ１４によって、実質的に強度の等し
い２つの光に空間的に分離される。これら２つの光を、
それぞれ第１の光および第２の光と称することにする。

【００３８】このように、ＳＬＤ光源１２から出力され
る光の強度（第１の光および第２の光の各強度の和）に
対して変調を加えて、これら第１の光および第２の光
を、同相で変動し、かつ、同一の周波数ｆで変動する強
度を有する光としている。

【００３９】これら２つの光の内、第１の光は、第１光
ファイバ２２に伝送される。また、第２の光は、第２光
ファイバ２４に伝送される。ここでは、第１光ファイバ
２２を被測定光路として、この第１光ファイバ２２を光
が通過するのに要する時間を測定する。一方、第２光フ
ァイバ２４は、基準光路として用いられる。後述するよ
うに、この実施の形態では、第１光ファイバ２２を第２
光ファイバ２４より１０ｍ程長くして測定を行った。

【００４０】また、第１光ファイバ２２および第２光フ
ァイバ２４の各々は、第２の３ｄＢカプラ１６に接続さ
れる。そして、第１光ファイバ２２および第２光ファイ
バ２４の各々を伝搬された第１の光および第２の光が、
第２の３ｄＢカプラ１６に入力される。これら入力され
た光は第２の３ｄＢカプラ１６により足し合わされて、
第２の３ｄＢカプラ１６から出力される。

【００４１】上述したＳＬＤ光源１２から出力される光
の中心波長は、１５１０ｎｍ〜１５６０ｎｍであり、波
長幅は５０ｎｍ程度と広い。このような光源を用いるこ
とにより、第２の３ｄＢカプラ１６に入力される第１お
よび第２の光どうしが、短い光路差で干渉しないように
している。

【００４２】さらに、この第２の３ｄＢカプラ１６から
出力される光は、ＡＰＤ１８によって受光される。受光
された光の強度は、第１光ファイバ２２を伝搬した後の
第１の光の強度と、第２光ファイバ２４を伝搬した後の
第２の光の強度との和である。ＡＰＤ１８が出力する信
号の大きさは、受光された光の強度に比例しており、こ
のＡＰＤ１８の出力信号を、シンセサイザ１０で周波数
ｆを変えながら測定する。

【００４３】図２は、遅延時間測定方法の説明に供する
グラフである。図２の（Ａ）は、第２の３ｄＢカプラ１
６に入力される、第１の光の強度の時間変化（曲線ａ）
と、第２の光の強度の時間変化（曲線ｂ）とをそれぞれ
示すグラフである。横軸に時間ｔを取り、縦軸に光の強
度Ｉを取って示してある。この図から分かるように、第
１光ファイバ２２と第２光ファイバ２４との光学的距離
の差に応じて、第１の光と第２の光との間には位相のズ
レが生じている。

【００４４】図２の（Ｂ）は、第２の３ｄＢカプラ１６
から出力された光をＡＰＤ１８によって検出し、このＡ
ＰＤ１８の出力信号の強度の時間変化（曲線ｃ）を示す
グラフである。横軸に時間ｔを取り、縦軸に信号強度Ｉ
を取って示してある。このように、第２の３ｄＢカプラ
１６から出力されて、ＡＰＤ１８によって受光される光
の強度に比例した当該ＡＰＤ１８の出力信号は、第１の
光および第２の光の変調周波数ｆに応じて変動する強度
変化を示す。但し、第１の光と第２の光の強度が等し
く、第１の光と第２の光の位相差がπ／２の奇数倍であ
るときには、ＡＰＤ１８の出力信号は時間的に一定の強
度変化を有しており、変調周波数ｆに応じた変動を示さ
ない。

【００４５】以上説明した通り、被測定光路としての第
１光ファイバ２２または基準光路としての第２光ファイ
バ２４をそれぞれ伝搬した後の第１の光および第２の光
の各強度の和を、周波数ｆを変化させつつ測定してい
る。

【００４６】また、この図２の（Ｂ）に示したＡＰＤ１
８の出力信号の強度変化は、周波数ｆで振動する交流成
分と直流成分とから成っている。図２の（Ｂ）の破線ｄ
は、直流成分の強度を示している。また、交流成分は破
線ｄを軸として振動する。従って、交流成分の振幅は、
曲線ｃの極大値から直流成分の強度値を引いた値で表さ
れる。交流成分のパワー（交流成分の総光量が電気信号
に変換された積分パワー）は、この交流成分の振幅の２
乗に比例した量として表される。

【００４７】この実施の形態では、ＡＰＤ１８の出力信
号は、オシロスコープ２０により、ＡＣカップリング法
を用いて観測される。一般に、ＡＣカップリング法は、
入力された信号から、所望の周波数の交流成分だけを検
出する方法として知られている。このように、測定した
強度の和から周波数ｆで振動する交流成分のパワーだけ
を検出することにより、周波数ｆに対する交流成分のパ
ワーの変化特性が得られる。

【００４８】次に、この変化特性から交流成分のパワー
が極小となる周波数ｆを求める。そして、この周波数ｆ
を０から上昇させてゆくときにｎ番目（但し、ｎは自然
数）に極小となる周波数ｆをｆ_n とする。

【００４９】図２の（Ｃ）は、この変化特性を示すグラ
フである。横軸に周波数ｆを取り、縦軸にパワーＰを取
って示している。上述した交流成分のパワーは、一定周
波数毎に極小となる。図の横軸には、交流成分が極小と
なる位置に、周波数の０から始めて、低周波数側から順
番に、目盛りｆ_n を付して示した。交流成分のパワーの
極小値は、第１の光の強度と第２の光の強度とが等しい
ときには、０になる。

【００５０】図２の（Ｃ）の変化特性は、以下のように
説明される。先ず、各光ファイバ２２および２４をそれ
ぞれ伝搬した後の、第１の光と第２の光の位相差が０の
ときに、交流成分のパワーは極大になる。第１の光と第
２の光の位相差が０から徐々にずれるに従い、交流成分
のパワーは低下してゆく。そして、第１の光と第２の光
の位相差がπ／２のときに、交流成分のパワーは極小に
なる。また、第１の光と第２の光の位相差がπ／２を過
ぎると、再び、交流成分のパワーは上昇してゆく。第１
の光と第２の光の位相差がπのときに、再び、交流成分
のパワーは極大になる。このように、交流成分のパワー
の変化特性は、第１の光と第２の光の位相差の変化が反
映されたものである。

【００５１】このように、第１の光と第２の光とがそれ
ぞれ光ファイバ２２および２４を伝搬された後では、第
１光ファイバ２２および第２光ファイバ２４の各光路長
が異なるので、この光路差（記号ΔＬで表す。）による
位相差が生じる。この位相差をεで表す。

【００５２】図３は、遅延時間測定方法の説明に供する
図である。図３には、第１光ファイバ２２を第１の光が
伝搬する様子と、第２光ファイバ２４を第２の光が伝搬
する様子とが模式的に示されている。図３の水平方向に
軸ｘを取ってあり、この軸ｘに沿う方向に各光ファイバ
が延在している。また、図３には、第１の光のある時間
の強度が、ファイバの位置に応じて、正弦波的に変化す
る様子を曲線ｐで以て示している。同様に、第２の光の
ある時間の強度が、ファイバの位置に応じて、正弦波的
に変化する様子を曲線ｑで以て示している。そして、Ａ
ＰＤ１８により、第１光ファイバ２２の端面（図３の
（ｘ₀ ＋ΔＬ）の位置の記号ｒで示される面。）から出
力される第１の光の強度と、第２光ファイバ２４の端面
（図３のｘ₀ の位置の記号ｓで示される面。）から出力
される第２の光の強度とが同時に観測される。

【００５３】この図から明らかなように、第１の光と第
２の光の位相差εは、各光ファイバの位置ｘ₀ における
各光の位相は等しいので、第１光ファイバ２２と第２光
ファイバ２４の光路差ΔＬに応じて生じていることが理
解される。また、変調周波数ｆを変化させれば、第１光
ファイバ２２の端面ｒの位置で観測される第１の光の位
相が変化する。

【００５４】位相差εと交流成分の関係は以下の通りで
ある。例えば、光路差ΔＬが、変調周波数ｆに対応する
波長の１／２倍である場合には、第１の光と第２の光の
位相差εはπ／２である。このとき、交流成分のパワー
は極小になる。このときの変調周波数ｆをｆ₁ とする
（図２の（Ｃ））。

【００５５】同様に、光路差ΔＬが、変調周波数ｆに対
応する波長の（２ｎ−１）／２倍（但し、ｎは自然数）
である場合には、第１の光と第２の光の位相差εは、π
／２の奇数倍である。このとき、交流成分のパワーは極
小になる。このときの変調周波数ｆをｆ_n とする。尚、
変調周波数ｆが０に近いときには、交流成分のパワーが
大きい（図２の（Ｃ））。

【００５６】従って、交流成分のパワーの変化特性か
ら、交流成分のパワーが極小となる周波数ｆを求め、こ
の周波数ｆを０から上昇させてゆくときにｎ番目に極小
となる周波数ｆをｆ_n とするとき、第１の光の、第２の
光に対する遅延時間Δｔを Δｔ＝（ｎ−１／２）／ｆ_n （１） により求めることができる。

【００５７】式（１）から明らかなように、高い精度で
周波数ｆ_n を測定することにより、遅延時間Δｔの測定
精度を高めることが可能である。この周波数ｆ_n の測定
精度は、次数ｎが高くなり、高周波数になるに従い、高
くなる。従って、次数ｎが高い程、遅延時間Δｔの測定
精度を高めることができる。この実施の形態の方法によ
れば、６桁（１０^-6）の精度で以て測定を行うことがで
きる。また、この測定方法によれば、交流成分のパワー
の時間平均（積分パワー）を検出すればよいから、検出
装置の時間分解能が、比較的低くても良好な測定精度が
得られる。

【００５８】図４は、上述した遅延時間測定方法のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。横軸に変調周波
数ｗを取り、縦軸に交流成分のパワーＰを取っている。
下記の通りに、第１および第２の光の強度の時間依存性
が正弦波的に変化するものとして取り扱っている。この
ＡＭ−モジュレーション干渉計の計算式は以下の通りで
ある。

【００５９】 光路差による位相差：ε＝ΔＬ／（２πｃ） 第１の光の強度：Ｉ₁ ＝Ａ１＋Ａ２ｅｘｐ（−ｉ＊１０^w ） 第２の光の強度：Ｉ₂ ＝Ｂ１＋Ｂ２ｅｘｐ（−ｉ＊１０^w （１＋ε）） 交流成分のパワー：Ｐ＝ｌｏｇ｛（ＲｅＩ₁ ）² ＋（ＲｅＩ₂ ）² ｝ 尚、上式中、ｉは√−１を表し、ＲｅＩ₁ およびＲｅＩ
₂ はそれぞれＩ₁ およびＩ₂ の実部を表している。ま
た、ｌｏｇは自然対数を表す。さらに、ΔＬは第１光フ
ァイバと第２光ファイバとの光路差であり、πは円周率
であり、ｃは光速を表し、ｗは変調周波数を表してい
る。

【００６０】上記のように式を設定し、各パラメータの
値を以下のように設定した。

【００６１】Ａ１＝Ａ２＝Ｂ１＝Ｂ２＝０．５ ε＝０．０５ そして、ｗを０から２まで０．００１ステップごとに変
化させて、図４の結果を得た。図から明らかなように、
等間隔置きに、交流成分のパワーが極小を取ることが分
かる。尚、極小値が徐々に上昇しているのは、計算上の
誤差であり、本質的なことではない。

【００６２】図５は、上述した構成および方法で測定し
た、交流成分のパワーの変化特性を示すグラフである。
横軸に周波数ｆを取り、縦軸に交流成分のパワーＰを取
って示す。尚、図５の（Ａ）と図５の（Ｂ）とは同じ測
定結果であり、図５の（Ａ）の横軸は通常の目盛りで取
ってあり、図５の（Ｂ）の横軸は対数目盛りで取ってあ
る。

【００６３】この図５の結果から、第１光ファイバ２２
と第２光ファイバ２４の光路差を１０ｍにして測定した
とき、周波数ｆ₁ ＝１１ＭＨｚ（メガヘルツ）付近で極
小値を得られた。そして、徐々に周波数ｆを上げてい
き、ｆ₁ の２倍の周波数となる周波数ｆ₂ で極小値を得
て、また、ｆ₁ の３倍の周波数となる周波数ｆ₃ で極小
値を得た。従って、このとき（１）式から、遅延時間Δ
ｔ＝４５ｎｓ程度である。

【００６４】このように、以上説明した遅延時間測定方
法によれば、変調周波数ｆをＭＨｚオーダーで変化させ
て測定し、μｓ〜ｎｓの時間範囲において、ｐｓの精度
で以て、遅延時間の測定を行うことが可能である。尚、
基準光路としての第２光ファイバ２４の通過時間が既知
であれば、被測定光路としての第１光ファイバ２２の通
過時間を求めることができる。

【００６５】［２］遅延時間測定装置の構成 次に、遅延時間測定装置の構成につき説明する。図６
は、この実施の形態の構成を示すブロック図である。こ
の実施の形態の遅延時間測定装置４８は、光源２８、光
変調器３０、光分波器３２、第１光路３４、第２光路３
６、第３光路３８、光合波器４０、光検出器４２および
スペクトルアナライザ４４から構成されている。

【００６６】先ず、遅延時間測定装置４８は、光源２８
を具えている。光源２８としては、例えば、レーザーダ
イオードを用いる。

【００６７】この光源２８から出力された光は、光変調
器３０に入射される。この光変調器３０は、光源２８か
ら出力される光の強度を、設定された周波数ｆで周期的
に変動させる素子である。この実施の形態では、光変調
器３０として、ルミネックス社製の、ＬＣ１０００シリ
ーズを用いている。

【００６８】次に、光変調器３０を通過して変調を受け
た光は、光分波器３２に入射される。この光分波器３２
は、光変調器３０によって強度が変動された光を第１の
光と第２の光とに分離する素子である。光分波器３２と
しては、方向性結合器である３ｄＢ（デシベル）カプラ
を用いている。

【００６９】光分波器３２からは、第１の光と第２の光
とが出力される。この内、第１の光を装置外部に伝送す
るために、測定時に光伝送経路５０の一端に結合される
ようにして第１光路３４を設けている。ここで、光伝送
経路５０は、被測定光学系である。第１光路３４は、光
ファイバで以て構成されており、容易に光路を曲げるこ
とが可能である。第１光路３４の一端は光分波器３２の
一方の出力端子に接続されている。また、第１光路３４
の他端には第１光コネクタ５４が取り付けられており、
装置筐体の出力端子５２から装置外部に延在して、被測
定光学系としての光伝送経路５０の入力端子側に接続さ
れるようになっている。

【００７０】また、第１光路３４から出力されて光伝送
経路５０を通過した後の第１の光を装置内部に伝送する
ために、遅延時間測定装置４８は、第２光路３６を具え
ている。第２光路３６は、測定時に、光伝送経路５０の
第１光路３４が結合されている一端とは別の一端に結合
されるように設けられ、この光伝送経路５０から出力さ
れる第１の光を装置内部に伝送するために設けられてい
る。第１光路３４と同様にして、第２光路３６を光ファ
イバを以て構成しているから、容易に光路を曲げること
ができる。第２光路３６の一端には、第２光コネクタ５
８が取り付けられており、光伝送経路５０の出力端子側
に接続されるようになっている。また、第２光路３６の
他端は、装置筐体の入力端子５６から装置内部に延在し
て、後述する光合波器４０の一方の入力端子に接続され
ている。

【００７１】前述した通り、光分波器３２からは第１の
光と第２の光とが出力される。この内、光分波器３２か
ら出力される第２の光は、第３光路３８を通って、後述
する光合波器４０の第１の光が入力される入力端子とは
別の入力端子に入力される。第３光路３８は、光分波器
３２から出力される第２の光を伝送する。この第３光路
３８は、光ファイバで以て構成されている。

【００７２】そして、遅延時間測定装置４８は、第２光
路３６から出力される第１の光と第３光路３８から出力
される第２の光とを合波する光合波器４０を具えてい
る。光合波器４０には、上述した光分波器３２と同様
に、３ｄＢカプラが用いられている。この光合波器４０
により、第１光路３４、光伝送経路５０および第２光路
３６を伝搬してきた第１の光と、第３光路３８を伝搬し
てきた第２の光とが足し合わされて出力される。

【００７３】この光合波器４０から出力された光は、光
検出器４２により受光される。例えば、変調周波数ｆを
４０ＧＨｚ程度にまで変化させて測定したい場合には、
光検出器４２として、応答速度が２５ピコ秒程度のもの
を用いる必要がある。そこで、光検出器４２には、アバ
ランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤと略称す
る。）を用いている。この光検出器４２の出力信号の大
きさは、第１光路３４、光伝送経路５０および第２光路
３６を伝搬してきた第１の光の強度と、第３光路３８を
伝搬してきた第２の光の強度とが足し合わされた大きさ
に比例する。尚、光検出器４２としては、ＡＰＤの他
に、例えば、ｐｉｎフォトダイオードやフォトマルチプ
ライヤーを用いてもよい。

【００７４】スペクトルアナライザ４４は、この光検出
器４２の出力信号から、設定された周波数ｆに応じて変
動する信号成分を検出する。この信号成分のパワーを測
定することによって、光が光伝送経路５０を通過する時
間が求められる。

【００７５】また、スペクトルアナライザ４４は、光変
調器３０を制御して設定された周波数ｆを掃引するため
の周波数掃引部（トラッキングジェネレータ）４６を具
えている。この周波数掃引部４６により、周波数ｆを掃
引し、測定する交流成分の周波数と掃引周波数ｆとを同
期させることが可能である。この実施の形態では、スペ
クトルアナライザ４４として、ヒューレット・パッカー
ド社製のＨＰ ７００００モジュラ・メジャメント・シ
ステムを用いている。

【００７６】また、この実施の形態では、第３光路３８
に光アッテネータ６０を挿入してなる。この光アッテネ
ータ６０により、第２の光の強度を第１の光の強度に実
質的に等しく設定することができる。よって、交流成分
のパワーの極小値を０にすることができ、強度差が明確
になり、測定精度が向上する。さらに、光源２８と光分
波器３２との間に光増幅器を具えてもよい。この実施の
形態では、光増幅器６２は、光源２８と光変調器３０と
の間に設けられている。光増幅器６２としては、例え
ば、エルビューム・ドープト・ファイバー・アンプ（Ｅ
ＤＦＡ）を用いることができる。

【００７７】以上説明した通り、この実施の形態の構成
によれば、被測定光学系の遅延時間（通過時間）を測定
することができる。変調周波数ｆをＭＨｚオーダーに設
定して測定した場合、６桁の精度を得ることができ、μ
ｓ〜ｎｓの時間範囲において、ｐｓの精度で以て、遅延
時間を測定できる。従って、従来よりも正確な測定を行
うことができる。また、第１および第２光路３４および
３６の間に被測定光学系を接続するだけであるから、比
較的、簡単に測定を行うことができる。

【００７８】［３］利用形態 以上、［１］および［２］で説明した遅延時間測定方法
および遅延時間測定装置を用いれば、ある光伝送経路を
光が通過するのに、どの位の時間を要するかを知ること
ができる。例えば、ある光学系に別の光学系を挿入した
場合に、どの位の光の伝送時間の遅れが生じるか、とい
ったことを知ることができる。従って、通過時間の保証
をすることが可能になる。例えば、『このファイバの通
過時間は、１０．０８１ｎｓです。』、『このフィルタ
モジュールをつなぐと８．５５４ｎｓ遅れます。』、
『この分光システムを通過すると７９９．３３７ｎｓ遅
れます。』、『この２つの光学経路の時間差は０．００
３ｎｓである。』ということを保証することができる。

【００７９】他の利用形態として、例えば、上述の遅延
時間測定装置において、光源の波長特性を変えることに
より、被測定光学系の通過時間の波長分散を得ることが
できる。また、被測定光学系の通過時間の温度依存性を
調べることが可能である。さらに、ある光学系の通過時
間を上述の遅延時間測定装置により測定し、この測定結
果で以てフィードバックを行い、当該光学系が具える通
過時間制御手段を制御することが可能である。

【００８０】［４］被測定光路が複数の場合の遅延時間
測定装置 上述の［１］、［２］および［３］の各項では、被測定
光路が１つだけである場合につき説明した。ここでは、
被測定光路が複数の場合の遅延時間測定方法および遅延
時間測定装置につき説明する。

【００８１】図７は、この実施の形態の遅延時間測定装
置の構成の一例を示すブロック図である。図７に示され
るように、この構成例の遅延時間測定装置９２は、光源
６４と、変調器６６と、３ｄＢカプラ６８と、サーキュ
レータ７０と、第１受光器７２と、第２受光器７４と、
トラッキングジェネレータ７６とを具えている。また、
トラッキングジェネレータ７６の処理結果を表示するた
めの表示装置７８を具えている。

【００８２】光源６４は、レーザ光またはインコヒーレ
ント光を発生する光源である。そして、光変調器６６
は、光源６４から出力される光の強度を設定された周波
数（この周波数を変調周波数ｆと呼ぶことにする。）で
周期的に変動させる素子である。測定は、変調周波数ｆ
をパラメータとして行う。この変調周波数ｆを変化させ
る操作は、外部からオペレータが行ってもよいが、ここ
では、トラッキングジェネレータ７６に具えられた周波
数掃引部９０により光変調器６６を制御している。そし
て、周波数掃引部９０は、設定された範囲で変調周波数
を掃引する。この実施の形態では、変調器６６は、光強
度の時間変化を正弦波的に変化させる。

【００８３】上述の３ｄＢカプラ６８は、変調器６６に
より強度が変動した光を、基準光と被測定光とに分離す
る光分波器である。この３ｄＢカプラ６８の入力ポート
Ｉに入力した光は、実質的に強度が半々になるように２
つの光に分波され、それぞれ出力ポートＯ１およびＯ２
から出力する。従って、３ｄＢカプラ６８により分離さ
れた各光の強度は互いに等しい。出力ポートＯ１から出
力される光は、次段に具えられたサーキュレータ７０に
被測定光として入力される。また、出力ポートＯ２から
出力される光は、基準光として第２光検出器７４に受光
される。

【００８４】サーキュレータ７０は、入力ポートａ、入
出力ポートｂおよび出力ポートｃを具えており、被測定
光はこの入力ポートａからサーキュレータ７０内に入射
する。入力ポートａに入射した被測定光は、入出力ポー
トｂから装置外部に出力される。そして、入出力ポート
ｂは遅延時間測定装置９２の入出力ポート９４となって
おり、この入出力ポート９４に光ファイバ８０の一端が
接続されている。この例では、この光ファイバ８０が被
測定サンプル（被測定光路）としての光伝送経路であ
る。従って、被測定サンプル中で光が反射される場合、
その光はサーキュレータ７０の入出力ポートｂから装置
９２内に戻る。そして、サーキュレータ７０は、入出力
ポートｂに入力する光を出力ポートｃに出力させる。従
って、被測定サンプル８０からの戻り光は出力ポートｃ
に出力される。

【００８５】第１受光器７２は、サーキュレータ７０の
出力ポートｃから出力した光を受光するための光検出器
である。出力ポートｃと受光器７２とは、光ファイバ８
２で結合されている。また、第２受光器７４は、カプラ
６８の出力ポートＯ２から出力した基準光を受光するた
めの光検出器である。そして、３ｄＢカプラ６８の出力
ポートＯ２と第２光検出器７４との間は光ファイバ８４
で結合されている。この構成例では、出力ポートＯ２お
よび第２光検出器７４の間にアッテネータ９６を具えて
おり、これにより基準光の強度の微調整を行って、基準
光および被測定光の各強度を等しくすることができる。

【００８６】尚、この構成例では、第１受光器７２およ
び第２受光器７４を個別に具えているが、これに限ら
ず、例えば被測定光と基準光とをカプラでひとつの光に
まとめるようにすると、ひとつの受光器を具えておけば
足りる。

【００８７】また、この構成例では、３ｄＢカプラ６８
の出力ポートＯ１とサーキュレータ７０の入力ポートａ
とは、光ファイバ８６により接続されている。そして、
例えば、サーキュレータ７０の入出力ポートｂと装置９
２の入出力ポート９４との間も光ファイバで結合されて
いる。このように、この装置内の素子間の光の伝播経路
は光ファイバで構成されている。

【００８８】この構成例の遅延時間測定装置９２は、３
ｄＢカプラ６８の出力ポートＯ１およびＯ２から出力
し、第１および第２受光器７２および７４のそれぞれに
被測定光および基準光が受光されるまでの時間を測定対
象としている。すなわち、この装置９２によって、３ｄ
Ｂカプラ６８の出力ポートＯ１から第１受光器７２まで
の光路長と、３ｄＢカプラ６８の出力ポートＯ２から第
２受光器７４までの光路長との差が求められる。この例
では、基準光が伝播する基準光路は、３ｄＢカプラ６８
から第２受光器７４までの光伝送経路すなわち光ファイ
バ８４である。また、被測定光が伝播する被測定光路
は、３ｄＢカプラ６８から第１受光器７２までの光伝送
経路すなわち光ファイバ８６、被測定サンプル８０およ
び光ファイバ８２である。尚、サーキュレータ７０内の
光経路は、ここでは、考慮していないが、容易にこの分
の調整を行うことが可能である。そして、この測定によ
ると、基準光路の長さと被測定光路の長さとの差が求め
られるので、被測定サンプル８０を除く被測定光路の長
さと基準光路との長さとを等しくしておくのが好適であ
る。

【００８９】次に、トラッキングジェネレータ７６は、
第１および第２光検出器７２および７４の合成出力信号
の中から、設定された周波数ｆに応じて変動する信号成
分を検出するスペクトルアナライザである。このトラッ
キングジェネレータ７６により、変調周波数ｆと交流成
分のパワーとの関係が得られる。上述したように、トラ
ッキングジェネレータ７６は、周波数掃引部９０を具え
ている。

【００９０】また、遅延時間測定装置９２は、表示装置
７８を具えている。この表示装置７８は、例えば、変調
周波数の値や検出した光強度の値等を表示する。

【００９１】以上説明した構成例の遅延時間測定装置９
２を用いると、ある光伝送経路を光が通過する時間を測
定することができる。そして、光伝送経路は複数であっ
てもよい。すなわち、それぞれの光伝送経路を光が通過
する時間が測定される。次に、上述したように１本の光
ファイバ８０を被測定サンプルとして用いて、この遅延
時間測定装置９２により、光ファイバ８０中の反射点
（障害点）の位置が特定されることを説明する。

【００９２】例えば、図８には、３つの反射点Ｈ１、Ｈ
２およびＨ３を有した光ファイバ８０が模式的に示され
ている。一般に、光ファイバ中に断線部分などの障害点
があるとき、その部分は入射光に対して反射点となり、
光は入力側に戻る。今、光ファイバの入力側から反射点
Ｈ１、Ｈ２およびＨ３がこの順にあるとする。そして、
光を入射する側の光ファイバ端面から各反射点までの距
離は、反射点Ｈ１までの距離がｊ₁ 、反射点Ｈ２までの
距離がｊ₂ 、および反射点Ｈ３までの距離がｊ₃ である
とする。

【００９３】先ず、光ファイバ８０内に入力した光の一
部は、反射点Ｈ１の部分で反射されて戻り光Ｓ１とな
る。従って、戻り光Ｓ１は、光ファイバ８０内に入力し
てから出力されるまでに２ｊ₁ だけの距離を伝播する。
また、反射点Ｈ１で反射されずに透過し、反射点Ｈ２で
反射される光は戻り光Ｓ２となる。戻り光Ｓ２は、２ｊ
₂ だけの距離を伝播してから装置９２内に出力される。
同様に、反射点Ｈ３で反射されて戻り光Ｓ３となる光
は、２ｊ₃ だけの距離を伝播する。

【００９４】このように、光ファイバ８０は、長さがそ
れぞれ２ｊ₁ 、２ｊ₂ および２ｊ₃である３本の（障害
点を内在していない）光ファイバが互いに並列の状態で
結合されている光伝送経路に等しい。これら各光ファイ
バを伝播する光の通過時間は、装置９２により、基準光
の通過時間との比較から求められる。従って、この装置
９２は、光ファイバ８０の障害点で反射される光が伝播
する光路長を測定する反射型ＯＴＤＲである。

【００９５】次に、この遅延時間測定装置９２すなわち
反射型ＯＴＤＲ９２を用いた実際の測定手順につき説明
する。先ず、変調器６６により光源６４から出力される
光を周波数ｆで変調する。この光は、３ｄＢカプラ６８
により被測定光および基準光に分離されるので、周波数
ｆで強度が変調された被測定光および基準光が得られ、
これら被測定光および基準光は、同相で変動し、かつ、
同一の周波数ｆで変動する強度を有した光となる。

【００９６】そして、被測定光路および基準光路をそれ
ぞれ伝搬した後の被測定光および基準光の各強度の和
を、周波数ｆを変化させながら測定する。被測定光およ
び基準光は、それぞれ第１および第２受光器７２および
７４で受光される。そして、これら第１および第２受光
器７２および７４の出力信号は、被測定光および基準光
の強度にそれぞれ比例した値となっている。これら出力
信号の和がトラッキングジェネレータ７６に入力され
る。

【００９７】ここで、上述したように、出力信号の和
は、変調周波数ｆを変化させつつ検出される。すなわ
ち、周波数掃引部９０で変調器６６の変調周波数ｆを変
化させながら、トラッキングジェネレータ７６により出
力信号の和を測定する。そして、トラッキングジェネレ
ータ７６は、検出した出力信号の和から、周波数ｆで変
動する交流成分のパワー（交流成分の総光量が電気信号
に変換された積分パワー）を検出する。このようにし
て、トラッキングジェネレータ７６は周波数ｆで振動す
る交流成分のパワーを検出するので、周波数ｆに対する
交流成分のパワーの変化特性が得られる。

【００９８】図９は、変調周波数ｆに対する交流成分の
パワーの変化特性を示すグラフであり、３つの被測定光
路を具えた光伝送経路を測定対象として仮定して計算し
たシミュレーション結果である。横軸に変調周波数ｆを
取り、縦軸に交流成分のパワーＩ_outfを取って示す。ま
た、横軸および縦軸は任意の単位として示してある。

【００９９】このグラフに示した波形は、３つの正弦波
の和で表された波の絶対値を計算して得たものである。
つまり、３つの被測定光路をそれぞれ伝播する変調周波
数ｆで変動する光の強度をそれぞれ正弦波として扱い、
これら正弦波の和が図９のグラフ中に示された波形とな
っている。ここでは、被測定光路として、図８に示した
被測定サンプル８０のような経路を想定している。すな
わち、３つの被測定光路として、端面からの距離がｊ
₁ 、ｊ₂ およびｊ₃ のところに反射点Ｈ１、Ｈ２および
Ｈ３をそれぞれ有した光ファイバを考えている。図１０
にその計算式を示す。

【０１００】図１０に示される式（１）には、交流成分
のパワーＩ_outfが正弦波の和として示されている。式
（１）は、４つの項からなっている。第１項の記号Ａ３
は、直流成分に相当するパワーの値を示す。第２項は、
反射点Ｈ１で反射される正弦波を表す。第３項は、反射
点Ｈ３で反射される正弦波を表す。第４項は、反射点Ｈ
２で反射される正弦波を表す。ここでは、ｊ₁ 、ｊ₂ お
よびｊ₃ として ｊ₁ ＝１０ ｊ₂ ＝１２ ｊ₃ ＝１３ を設定してある。また、第２項、第３項および第４項の
係数Ｄ２、Ｂ２およびＣ２には、 Ｄ２＝０．０３ Ｂ２＝０．０１ Ｃ２＝０．０２ がそれぞれ設定されている。ここで、例えば、Ｄ２＝
０．０３は、反射点Ｈ１で３％の正弦波が反射されるこ
とを意味している。また、直流成分Ａ３にはＡ３＝１−
Ｂ２−Ｃ２−Ｄ２＝０．０４を設定してある。そして、
第１項、第２項、第３項および第４項の和の絶対値を計
算し、その計算結果に係数Ａ２をかけたものを算出して
いる。この係数Ａ２には５が設定されている。そして、
変調周波数ｆを０から１０２３まで１ずつ変えてＩ_outf
を計算した結果が図９に示すグラフの波形である。

【０１０１】次に、このようにして得た変化特性に対し
て通常のフーリエ変換が施される。このフーリエ変換に
より、上述の変化特性は、基準光路または被測定光路中
を光が通過した距離と交流成分のパワーとの関係に変換
される。図９に示した変化特性はフーリエ変換を施さ
れ、図１１に示される距離とパワーとの関係に変換され
る。

【０１０２】図１１は、被測定光路中を光が通過した距
離ｊと交流成分のパワーＩ_outfとの関係を示すグラフで
ある。横軸に距離ｊを取り、縦軸にパワーＩ_outfを取っ
て示す。尚、横軸および縦軸は共に任意単位として示し
てある。

【０１０３】図１１のグラフ中に示された波形には、３
本のピークａ、ｂおよびｃが現れている。ピークａが距
離ｊ₁ の位置にある反射点Ｈ１に相当する。また、ピー
クｂが距離ｊ₂ の位置にある反射点Ｈ２に相当する。そ
して、ピークｃが距離ｊ₃ の位置にある反射点Ｈ３に相
当している。このように、３つの正弦波の和を想定して
そのフーリエ変換を求めることにより、反射点の位置が
波形のピークとして示される。

【０１０４】このように、図１１に示す関係から、交流
成分のパワーがｎ番目（ｎは自然数）に極大となる距離
ｊ_n が求められる。距離ｊ_n が求められると、基準光に
対するｎ番目の被測定光の遅延時間Δｔ_n が求められ
る。すなわち、基準光路の長さをＬ₀ とし、基準光路ま
たは被測定光路を伝播する光の速度をｃとしたときに、
基準光に対するｎ番目の被測定光の遅延時間Δｔ_n が Δｔ_n ＝（２ｊ_n −Ｌ₀ ）／ｃ （２） により求められる。ここでは、基準光路と被測定サンプ
ル８０の長さを除いた被測定光路とを等しくしてあるの
で、 Δｔ_n ＝２ｊ_n ／ｃ （３） の計算式により、被測定サンプル８０中を伝播する光の
通過時間Δｔ_n が求められる。尚、上記（２）式におい
て、被測定光路と基準光路とがそれぞれ異なる屈折率の
媒質から構成されている場合には、各々に対して別々に
屈折率を考慮した光の速度ｃ₁ およびｃ₂ をもって、 Δｔ_n ＝２ｊ_n ／ｃ₁ −Ｌ₀ ／ｃ₂ （４） の式から遅延時間Δｔ_n が計算される。

【０１０５】以上説明したように、この構成例の遅延時
間測定装置によると、複数の被測定光路を伝播する光の
伝播時間を測定することができる。そして、このことを
利用すれば、被測定サンプル中の反射点の位置が求めら
れる。また、この遅延時間測定装置は、上記［１］およ
び［２］の項で説明した検出原理から、変調周波数をＭ
Ｈｚオーダーで変化させて測定することにより、μｓ〜
ｎｓの時間範囲において、ｐｓの精度で以て、遅延時間
の測定を行うことが可能である。従って、この構成例に
よれば、従来の光パルス試験器（ＯＴＤＲ）よりも高い
精度で反射点の位置を特定することが可能である。

【０１０６】尚、遅延時間測定装置は、図７に示した反
射型ＯＴＤＲの構成に限らない。例えば、図１２には透
過型ＯＴＤＲの構成がブロック図として示されている。
図１２に示す透過型ＯＴＤＲ９８は、光サーキュレータ
７０を具えていない。そして、この構成例では、３ｄＢ
カプラ６８の出力ポートＯ１と透過型ＯＴＤＲ９８の出
力ポート１００とが光ファイバ８６により結合されてお
り、この出力ポート１００に被測定サンプル８０の一端
が接続されている。また、被測定サンプル８０の他端は
ＯＴＤＲ９８の入力ポート１０２に接続される。そし
て、この入力ポート１０２と第１受光器７２との間が光
ファイバ８２により結合されている。従って、カプラ６
８の出力ポートＯ１から出力した光は、光ファイバ８
６、被測定サンプル８０および光ファイバ８２を通過し
て第１受光器７２に検出される。このように構成する
と、透過型のＯＴＤＲとして用いることができる。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明した通り、この発明の遅延時間
測定方法によれば、被測定光路および基準光路にそれぞ
れ第１の光および第２の光を伝搬させて、被測定光路と
基準光路との間の光学的距離の差すなわち第１の光と第
２の光とが要する各通過時間の差（遅延時間Δｔ）を測
定することができる。この方法によれば、従来に比較し
て高い精度で、遅延時間Δｔを測定することができる。

【０１０８】また、この発明の遅延時間測定装置によれ
ば、この装置が具える第１光路と第２光路との間に、直
列に結合された光伝送経路を伝搬する光の通過時間を測
定することができる。この遅延時間測定装置は上述した
遅延時間測定方法を装置化したものであり、従って、通
過時間の測定精度を高めることが可能である。また、こ
の測定装置を用いた測定では、第１光路と第２光路との
間に光伝送経路を結合するだけで行うことができるか
ら、従来に比べて、測定が簡単である。

【０１０９】また、この発明の遅延時間測定方法によれ
ば、複数の被測定光路を通過する光と、基準光路を通過
する光との遅延時間を、従来よりも高い精度で、それぞ
れ求めることができる。

【０１１０】また、この発明の遅延時間測定装置によれ
ば、複数の被測定光路を通過する光と、基準光路を通過
する光との遅延時間を、従来より高い精度で、それぞれ
測定することが可能である。

【０１１１】また、この発明の遅延時間測定方法によれ
ば、複数の被測定光路を通過する光と、基準光路を通過
する光との遅延時間を、従来よりも高い精度で、それぞ
れ求めることができる。

【０１１２】また、この発明の遅延時間測定装置によれ
ば、複数の被測定光路を通過する光と、基準光路を通過
する光との遅延時間を、従来より高い精度で、それぞれ
測定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の構成を示す図である。

【図２】遅延時間測定方法の説明に供する図である。

【図３】遅延時間測定方法の説明に供する図である。

【図４】シミュレーション結果を示す図である。

【図５】測定結果を示す図である。

【図６】実施の形態の構成を示す図である。

【図７】反射型ＯＴＤＲの構成を示す図である。

【図８】光ファイバ内の光の伝播の様子を示す図であ
る。

【図９】変調周波数に対する交流成分のパワーの変化特
性を示す図である。

【図１０】シミュレーションで用いた計算式を示す図で
ある。

【図１１】距離とパワーとの関係を示す図である。

【図１２】透過型ＯＴＤＲの構成を示す図である。

【符号の説明】

１０：シンセサイザ １２：ＳＬＤ光源 １４：第１の３ｄＢカプラ １６：第２の３ｄＢカプラ １８：ＡＰＤ ２０：オシロスコープ ２２：第１光ファイバ ２４：第２光ファイバ ２８：光源 ３０：光変調器 ３２：光分波器 ３４：第１光路 ３６：第２光路 ３８：第３光路 ４０：光合波器 ４２：光検出器 ４４：スペクトルアナライザ ４６：周波数掃引部 ４８：遅延時間測定装置 ５０：光伝送経路 ５２：出力端子 ５４：第１光コネクタ ５６：入力端子 ５８：第２光コネクタ ６０：光アッテネータ ６２：光増幅器 ６４：光源 ６６：変調器 ６８：３ｄＢカプラ ７０：サーキュレータ ７２：第１受光器 ７４：第２受光器 ７６：トラッキングジェネレータ ７８：表示装置 ８０：被測定サンプル ８２、８４、８６：光ファイバ ９０：周波数掃引部 ９２：反射型ＯＴＤＲ ９４：入出力ポート ９６：アッテネータ ９８：透過型ＯＴＤＲ １００：出力ポート １０２：入力ポート

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光路を伝搬する第１の光と、基準
   光路を伝搬する第２の光との間の通過時間の差を測定す
   るに当たり、 前記第１の光および前記第２の光の各強度に対して変調
   を加えて、これら第１の光および第２の光を、同相で変
   動し、かつ、同一の周波数ｆで変動する強度を有する光
   とし、 前記被測定光路または前記基準光路をそれぞれ伝搬した
   後の前記第１の光および前記第２の光の各強度の和を、
   前記周波数ｆを変化させつつ測定し、 前記測定した強度の和から前記周波数ｆで振動する交流
   成分のパワーだけを検出することにより、前記周波数ｆ
   に対する前記交流成分のパワーの変化特性を得て、 該変化特性から前記交流成分のパワーが極小となる前記
   周波数ｆを求め、該周波数ｆを０から上昇させてゆくと
   きにｎ番目（但し、ｎは自然数）に極小となる周波数ｆ
   をｆ_n とするとき、前記第１の光の、前記第２の光に対
   する遅延時間Δｔを Δｔ＝（ｎ−１／２）／ｆ_n により求めることを特徴とする遅延時間測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の遅延時間測定方法にお
   いて、前記第１の光の強度と前記第２の光の強度とを等
   しくしたことを特徴とする遅延時間測定方法。
3. 【請求項３】 ある光伝送経路を光が通過する時間を測
   定する遅延時間測定装置において、 光源と、 該光源から出力される光の強度を設定された周波数で周
   期的に変動させる光変調器と、 該光変調器によって強度が変動された光を第１の光と第
   ２の光とに分離する光分波器と、 該第１の光を装置外部に伝送するために、測定時に前記
   光伝送経路の一端に結合されるように設けられた第１光
   路と、 測定時に前記光伝送経路の前記一端とは別の一端に結合
   されるように設けられ、該光伝送経路から出力される前
   記第１の光を装置内部に伝送するための第２光路と、 前記光分波器から出力される前記第２の光を伝送する第
   ３光路と、 前記第２光路から出力される第１の光と前記第３光路か
   ら出力される第２の光とを合波する光合波器と、 該光合波器から出力される光を受光する光検出器と、 該光検出器の出力信号から、前記設定された周波数に応
   じて変動する信号成分を検出するスペクトルアナライザ
   とを具えることを特徴とする遅延時間測定装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の遅延時間測定装置にお
   いて、前記スペクトルアナライザは、前記光変調器を制
   御して前記設定された周波数を掃引するための周波数掃
   引部を具えていることを特徴とする遅延時間測定装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の遅延時間測定装置にお
   いて、前記第３光路に光アッテネータを挿入してなるこ
   とを特徴とする遅延時間測定装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の遅延時間測定装置にお
   いて、前記光源と前記光分波器との間に光増幅器を具え
   ることを特徴とする遅延時間測定装置。
7. 【請求項７】 請求項３に記載の遅延時間測定装置にお
   いて、前記第１および第２光路を光ファイバで以て構成
   したことを特徴とする遅延時間測定装置。
8. 【請求項８】 複数の被測定光路をそれぞれ伝搬する各
   被測定光と、基準光路を伝搬する基準光との間の通過時
   間の差をそれぞれ測定するに当たり、 前記被測定光および前記基準光の各強度に対して変調を
   加えることにより、これら被測定光および基準光を、同
   相で変動し、かつ、同一の周波数ｆで変動する強度を有
   する光となし、 前記被測定光路および前記基準光路をそれぞれ伝搬した
   後の前記被測定光および前記基準光の各強度の和を、前
   記周波数ｆを変化させつつ測定し、 前記測定した強度の和から前記周波数ｆで振動する交流
   成分のパワーを検出することにより、前記周波数ｆに対
   する前記交流成分のパワーの変化特性を取得し、 該変化特性に対してフーリエ変換を施すことにより、該
   変化特性を、基準光路または被測定光路を光が通過した
   距離と前記交流成分のパワーとの関係に変換し、 該関係から前記交流成分のパワーがｎ番目（ｎは自然
   数）に極大となる距離ｊ_n を求めることにより、前記基
   準光路の長さをＬ₀ とし、該基準光路または前記被測定
   光路を伝播する光の速度をｃとしたときに、前記基準光
   に対するｎ番目の被測定光の遅延時間Δｔ_n を Δｔ_n ＝（２ｊ_n −Ｌ₀ ）／ｃ により求めることを特徴とする遅延時間測定方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の遅延時間測定方法にお
   いて、前記基準光の強度と前記被測定光の強度とをそれ
   ぞれ等しくしたことを特徴とする遅延時間測定方法。
10. 【請求項１０】 ある光伝送経路を光が通過する時間を
    測定する遅延時間測定装置において、 光源と、 該光源から出力される光の強度を設定された周波数で周
    期的に変動させる光変調器と、 該光変調器によって強度が変動された光を基準光と被測
    定光とに分離する光分波器と、 前記光伝送経路を通過した被測定光を受光する第１光検
    出器と、 前記基準光を受光する第２光検出器と、 これら第１および第２光検出器の合成出力信号の中から
    前記設定された周波数に応じて変動する信号成分を検出
    するスペクトルアナライザとを具えることを特徴とする
    遅延時間測定装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の遅延時間測定装置
    において、 入力ポート、入出力ポートおよび出力ポートを具え、該
    入力ポートから入射した前記被測定光を前記入出力ポー
    トから出力させ、前記入出力ポートに入射した前記被測
    定光を前記出力ポートに出力させる光サーキュレータを
    具えることを特徴とする遅延時間測定装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０に記載の遅延時間測定装置
    において、 前記スペクトルアナライザは、前記光変調器を制御して
    前記設定された周波数を掃引するための周波数掃引部を
    具えることを特徴とする遅延時間測定装置。