JPS58148934A

JPS58148934A - 光伝送路の伝送特性測定方式

Info

Publication number: JPS58148934A
Application number: JP3172582A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsumoto; 重貴松本; Susumu Baba; 馬場　暹; Hideo Ishihara; 英雄石原
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1983-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、光フアイバケーブル伝送路などの通信用光伝
送路の伝送特性の精密測定方式に関するものである。

１ず、このような測定に使用されている従来の測定法に
ついて説明する。第１図と第２図は従来の測定法の構成
の概念図である。第１図で、５ＩＬＸ、Ｒはそれぞれ、
光信号源、被測定光伝送路。

受光系である。受光系Ｒは、通常受光器とその出力を処
理するだめの電子回路とからなる。光信号源Ｓはレーザ
などの光源又は光源と変調器とから構成されている。光
信号源Ｓからの光信号は被測定伝送路Ｌｘを伝送させ受
光系Ｒで受信される。光信号源Ｓと受光系Ｒの特性が既
知であれば、各接続点での反射の影響を含んだ被測定伝
送路Ｌｘの特性を知ることができる。光信号源Ｓと被測
定伝送路Ｌｘとの接続点からの反射によって光信号源Ｓ
の特性が変化する場合には、光アイソレータＩを用いる
必要がある。この方法には、光信号源Ｓと受光糸Ｒの特
性が周囲温度の変化１機械的振動などによって変化する
と、直接測定精度に影響するという欠点があり、長時間
の間高い測定精度を保つことは困難である。

第２図は基準伝送路り。を伝送されてきた光信号と被測
定光伝送路Ｌｘを伝送されてきた信号とを比較して伝送
特性を測定する比較測定法の構成図で、従来の電気信号
の伝送路に対する方法をその１１光伝送路に適用したも
のである。Ｓは光信号源、Ｒは受光系、Ｓｌ　＋　ｓ２
は光スィッチ、■は光アイソレータである。光スィッチ
Ｓ１と８２は制御系Ｔからの信号によって同期して動作
し、光信号源Ｓと受光系Ｒを各光伝送路と交互に接続す
る。光信号源Ｓからの光信号を各伝送路を伝送させて受
光系Ｒで受信する。被測定光伝送路ＬＯと被測定光伝送
路Ｌｘを伝送されてきだ光信号を比較すれば、被測定光
伝送路Ｌｘの伝送特性を知ることができる。

この方法では、光信号源Ｓ、受光系Ｒ９光アイル−タ■
の特性が伺らかの原因で変化しても、この変化の速度に
比べて光スィッチＳＩ＋８２による切替えの時間間隔を
十分短かくすれば、この特性変化が測定に及ぼす影響を
軽減できる。

しかし、この方法での測定精度と安定度は受信後の電気
的な信号処理系の精度と安定度が確保された場合、最終
的には光スィッチＳＩ＋８２の性能によって決まるから
、長時間に亘って高い精度を保つだめには、光スィッチ
ｓ、　ｌ　ｓ２としては、切替速度が比較的速く、各切
替えごとの挿入損失の変化が極めて小さいものが要求さ
れる。しかも、例えば一方の伝送路側にスイッチを投入
してその伝送路を伝送されてきた光信号を受信している
ときに、光信号が光スィッチｓ、　ｌ　ｓ２０部分で漏
洩し、もう１方の伝送路を伝送されてきて、前述の光信
号と同時に受信されると測定誤差となる。そのために、
光スィッチｓ、　ｌ　ｓ２としては極めて漏洩の少ない
ものが必要である。端子間の分離度が高い光スィッチで
、現在入手できるのは機械式のものだけである。しかし
ながら、機械式光スィッチは可動部分があるために、高
精度で長時間にわたって安定な測定を行うには安定性、
切替速度に問題がある。

さらに、機械式のものも含めて、高速高安定で高分離度
の光スィッチは現状では入手困難である。

本発明は、上記のような従来の測定法の持つ問題点を解
決するためになされたものであり、実現が困難な高性能
の光スィッチを全く用いることなしに信号源と受信系の
特性変動の測定への影響を軽減できる光伝送路の伝送特
性測定方式を実現するものである。

以Ｆ図面によって本発明の原理と実施例について詳細に
説明する。

まず、第３図を用いて本発明の詳細な説明する。

同図（］）において、１は光信号源、２は受光系、３は
基準光伝送路、４は被測定光伝送路である。

光信号源１で発生した同じ光信号を後で詳しく説明する
方法のうち適当な方法で２本の光伝送路３゜４に同時に
送出し、各伝送路を伝送されてきた光信号を１個の受光
系２で受信する。光伝送路３゜４に送出された光信号は
それぞれの光伝送路を伝搬していくが、光伝送路３と４
の伝送遅延時間をｆめ互いに異ならせて、例えば基準光
伝送路３の伝送遅延時間を被測定光伝送路４のそれより
短がくしておけば、１ず基準光伝送路３を伝送されてき
た信号が受光系２に到達し、画伝送路の伝送遅延時間の
差だけ遅れて被測定光伝送路４を伝送されてきた信号が
受光系２に到達する。光信号の長さが有限であれば、基
準光伝送路３を伝送されてきた光信号が全て受光系２に
到達した後も、被測定光伝送路４を伝送されてきた信号
が伝送遅延時間の差の間だけ受光系２で受信される。従
って、光伝送路３または４のいずれか一方で送られてき
た光信号だけが受信されているときの受信信号を取り出
せば、光スィッチを用いることなく、それぞれの伝送路
で送られてきた光信号を分離して取り出すことができる
。基準光伝送路３を伝送されてきた光信号と被測定光伝
送路４を伝送されてきた光信号の、うち光信号源１を同
時刻に出たものを比較すれば、被測定光伝送路４の特性
を知ることができる。

第３図（２）は、本発明で用いることができる光信号の
１例である。（ａ）は光信号源１から送出する光信号、
（ｂ）は基準光伝送路３を伝送されてきて受光系２で受
信された光信号、（Ｃ）は被測定光伝送路４を伝送され
てきて受信された光信号である。・ζルス幅ｔｌ　＋繰
返し周期ｔ２の・シルス光信号を送出すると、光伝送路
３を伝送されてきた信号はその伝送遅延時間であるＴ３
後に、光伝送路４を伝送されてきた光信号はその伝送遅
延時間であるＴ４後に受光系２で受信される。もし図中
のＡＩ　＋　ＡＩ、　＋　Ａ２　＋　Ａ’２”’のよう
な時刻に受信信号を取出せば、それぞれの伝送路を伝送
されてきた信号を分離することができる。

以上の説明はＴ３＜Ｔ４の場合であるが、Ｔ３〉Ｔ４の
場合にも同様の手法によって各伝送路を伝送されてきた
光信号を分離することができる。図の例では、先に送出
しだパルス信号をすべて受信し終ってから次のパルス信
号を送出しており、しかも基準光伝送路３と被測定光伝
送路４を伝送されてきた光信号とは完全に別の時間に受
信されている。

しかし、本発明では、ある時刻に基準光伝送路３を伝送
されてきた信号だけが受信され、別の時刻には被測定光
伝送路４を伝送されてきた信号だけが受信されるような
ものであればどのような光信号でもよい。先に送出した
全ての・くルス信号が受信される前に次のパルスを送出
することもできるし、光伝送路３，４を伝送されてきた
パルス信号の一部が時間的に重なって受信されてもかま
わない。また単一パルスでも非周期的な・（ルス列でも
よい。しかも、一定強度のパルス信号を用いれば、その
波長での伝送損失を測定できるし、）＜ルス内部を振幅
変調し、変調周波数を順次変えればベースバンドでの振
幅−周波数特性を測定することができる。

以上の説明のように、基準伝送路の伝送遅延時間と被測
定系のそれとを互いに異ならせておけば、伝送遅延時間
の差と適当な光信号を用いて、光スィッチを使用せずに
各伝送路を伝送されてきた光信号を分離することができ
る。しかも、光信号源１から同時に送出された光信号ど
おしを比較するから、原理的に光源の特性変動の測定へ
の影響は小さい。さらに、パルス幅と周期を適当に調整
して、各伝送路を伝送されてきたパルス信号の立上りか
ら一定時間後に受信信号を取出すようにすれ−ば、光信
号源ｌから送出されたパルス信号の完全に同一部分を比
較することになるから、原理的に光信号源の特性変動の
影響を受けない。これに対して、従来の比較測定法は、
光信号源と受光系に接続する伝送路を光信号源の特性変
動の速さに較べて高速に切替えることによって、特性変
動の影響を軽減しているにすぎない。

一方、本発明においても、比較すべき２信号は従来の比
較測定法と同様に異なる時刻に受信している。しかし、
受光系の特性変動は光信号源のそれに比べて少ないから
、測定に対する影響は相対的に小さい。特に本発明では
、被測定光伝送路４との伝送遅延時間差の少ない基準光
伝送路３を用いれば、受信時刻の差を少なくできるから
、従来の方法に較べてさらに受光系の特性変動の影響を
受けにくい測定系を構成することができる。また、たと
え基準光伝送路３が極めて短かく、被測定光伝送路４が
１１００Ｋ程度の長距離光フアイバ伝送路であるとして
も、伝送遅延時間の差は０．５　ｍ５ｅｃ程度にすぎず
、高速のものでも数ｍ８ｅｅはある機械式の光スィッチ
の切替え時間間隔に比べてかなし速い。

このように、本発明によれば、現状では実現困難な高性
能の光スィッチを用いることなく、原理的に光信号源の
特性変動の影響を受けない安定な光伝送路用の伝送特性
の比較測定法を実現することができる。以下本発明の実
施例と高精度の測定を行うために必要となる基準光伝送
路３と被測定光伝送路４との間の高信号分離度を実現す
るための具体的構成を図面を用いてさらに詳細に説明す
る。

第４図は、光信号を分割するために光分岐を用いた本発
明の１実施例である。図において、ｌは光信号源、２は
受光系、３は基準光伝送路、４は被測定光伝送路、５は
光信号源１と受光系２の時間的同期をとるだめの制御系
、６と７は光分岐、８．９，１０．１１は光アイソレー
タである。光信号源１は、制御系５からの信号にしたが
って一定振幅のパルス状光信号、バースト状の光信号な
どを発生する。光分岐６，７は図中の矢印の向きには光
を低損失で通過させ、それ以外の方向へ通過しようとす
る光を阻止する。光アイソレータ８，９゜１０　、１１
も矢印の方向へは光を低損失で通過させ、逆方向に光が
通過するのを阻止する。光信号源１を出た光信号は光分
岐６で分割されて光伝送路３゜４を伝送された後、光分
岐７を介して、受光系２で受信される。受光系２は制御
系５からの信号にしたがって受信信号をサンプリングし
、記憶、比較。

比をとるなどの処理をして被測定光伝送路４の特性を求
める。

光信号源１は光源とそれを外部の系と結合するための光
学系などで構成される。光源としては、直接変調しだレ
ーザダイオード、発光ダイオード。

または電気光学効果、音響光学効果を利用したブラッグ
回折型の光変−調器で外部変調したレーザなどの消光比
の太きいものを用いる。受光系２はアバラ／／ｃホトダ
イオード、　ＰＩＮポトダイオードなどの受光素子と信
号処理系からなる。

受光系２の構成の１例を第５図に示す。２１は受光器、
２２は増幅、検波回路などの処理回路、２３は制御系５
からの信号によって受信信号をサンプリングするスイッ
チで、基準光伝送路３と被測定光伝送路４を伝送されて
きた光信号の振幅がそれぞれ記憶回路２４　、２５に記
憶されるように動作する。

記憶回路としては、サンプルホールド回路、演算増幅器
積分回路などを用いればよい。可変減衰器２６の減衰量
を電圧比較器２７０出カをみながら調整して、電圧比較
器２７の２個の入力が等しくなるようにすれば、そのと
きの可変減衰器部の減衰量から被測定光伝送路４の特性
を知ることができる。

記憶回路２４の電圧より記憶回路２５の電圧が高い場合
には、可変減衰器２６を記憶回路２５と電圧比較器２７
の間に置けばよい。受光系２としては、この他に増幅検
波回路２２の出力をアナログ−デジタル変換し、マイク
ロプロセッサなどを用いてデジタル的に同等の処理を行
うようなものでもよい。

次に、制御系５の具体的構成の１例を第６図に示す。図
において、５ｏは基準同期信号発生回路であって、測定
系を動作させるための基本クロックを発生する。５１は
光信号源駆動信号発生回路であり、基準同期信号発生回
路５０からのクロック信号にしたがって、光信号源１を
駆動するだめの信号を発生する。駆動信号発生回路５１
の機能としては、その出力信号が光源を直接駆動するよ
うなものと、その出力信号は単に光信号源ｌに対する同
期信号として作用し、この同期信号にしたがって光信号
源ｌ内の駆動装置が光源を駆動するのに必要なパルス信
号、バースト信号などを発生するものなどが可能である
。可変パルス遅延回路５２　、５３は基準同期信号発生
回路５０で発生したパルス信号を遅延させるものであり
、それぞれの遅延時間を適当に設定することによって、
基準光伝送路・３と被測定光伝送路４を伝送されてきた
光信号を取出すために受光系２が必要とする同期信号を
作り出す。

５４　、５５は、可変パルス遅延回路５２　、５３から
の出力信号にしたがって受光系内のスイッチ２３を駆動
するだめのパルス信号を発生する。スイッチ２３は、こ
の信号にしたがって信号処理回路２２と記憶回路２４　
、２５とを接続し、各伝送路を伝送されてきた光信号の
振幅を記憶回路２４　、２５に記憶させる。

光伝送路３．４を伝送されてきた光信号を堆出すために
は、予め各伝送路の伝送遅延時間を測定しておくことが
必要である。また、高精度の測定を行う場合には、受信
信号を観察し、パルスの立上りと立下りの過渡状態を避
けて信号を堆り出す時刻を設定することが望ましい。こ
れらは、例えば信号処理回路２２の出力をオンロスコー
プで観察することによって行うことができる。さらに正
確な時間的設定が必要な場合は、これとカウンタなどの
デジタル的な計時機器を併用すればよい。

光分岐６．７としては、ウォラストンプリズム。

Ｙ字型に融着接続した石英光ファイバなどがあり、３０
〜５０　ｄＢ程度の分岐端子間の信号分離度のものが実
現できる。特に光信号源ｌと光分岐６１および光分岐６
と光アイソレータ８．９の接続点間の多重反射がある場
合には、ウォラストンプリズムのように偏光によって光
を分割する光分岐を用いることによって、光伝送路３．
４間の信号分離度の劣化を抑制できる。光伝送路３．４
が偏光方向を保存する場合には、光分岐７にも同様のも
のを使用できるが、偏光方向を保存しない場合には、偏
光依存性の少ないものを使用する必要があるっ光アイソ
レータ８，９，１０．１１は光伝送路３゜４間の信号分
離度を高める働きをする。特に、光アイソレータ９は被
測定光伝送路４、を種々交換した場合に、その接続点か
らの光信号の反射量が変化して、光信号源１の特性と、
光信号の各伝送路への分割比が変動するのを抑制する。

まだ、光アイソレータ８は基準光伝送路の送受端間で多
重反射した光信号の測定への影響を低減する。光アイソ
レータ１０　、１１も、両伝送路と光分岐７を分離する
働きをするが、光アイソレータは偏光依存性があるため
に、光伝送路３，４が偏光方向を保存する場合にのみ使
用することができる。

光アイソレータは３０　ｄＢ程度の分離度のものは容易
に人手できるから、光分岐の分離度と併せて６０〜８０
　ｄＢ程度の高分離度を本実施例の構成によって実現で
きる。この値は、漏洩光信号が振幅で重畳されて測定に
影響する場合でも’１　０．０１ｄＢから０００１ｄＢ
程度の測定精度に相当する。

以上光分岐を用いた実施例について説明してきたが、本
発明は光分岐を用いなくとも実施できる。

第７図はそのような構成の１例を示したものである。１
は光信号源、２は受光系、３は基準光伝送路、４は被測
定光伝送路、５は制御系、８，９゜１０　、１１は光ア
イソレータで、いずれも第４図の実施例の場合と同様の
働きをする。本実施例を実現するためには、１個の光信
号源から直接２個の光信号を取り出すことと、１個の受
光素子で２個の信号を受光することが必要である。第８
図および第９図はこのような光信号源と受光素子の１例
で、周辺の構成も含めて示しである。

第８図において、８０は光アインレータ本体、８１　、
８２は８０と外部の系を結合するための光学系、９０　
、９１　、９２はそれぞれ８０　、８１　、８２と同じ
ものである。光アイルレータ本体８０　、９０は矢印方
向に光を低損失で通過させる。９３は光ファイノ（，９
４は光コネクタで被測定光伝送路４と測定系との接続を
容易にしている。１００はレーザで、１０１はその駆動
装置である。レーザダイオードのように２枚の反射鏡で
共振器を構成されたレーザ１００の各反射鏡から出射さ
れた独立な光信号を光アイソレータ８０゜９０を介して
光伝送路３，４に送出する。反射鏡の透過率は−１０〜
−２０ｄＢ程度であり、また光アイソレータの分離度は
３０　ｄＢ程度であるから、本構成における分離度は５
０〜７０　ｄＢ程度となり、００３〜０．００３ｄＢ程
度の精度の測定系を実現することができる。

第９図は受光素子周辺の構成を示したもので、２１０は
受光素子、２１１は光ファイ・＜、２１２は光コネクタ
である。基準光伝送路３を石英光ファイバで構成し、−
′−ファイバ３と２１１の先端を中心軸が受光素子２１
０の受光面上で交叉するように配置して、１個の受光素
子のしかも受光面の同一領域で受光できるようにする。

さらに、受光素子２１０の受光面を各中心軸の張る面に
対して図のように傾けておき、受光面で反射した光信号
が他の伝送路に漏洩するのを防止している。従って、本
図のような構成によれば、高分離度で安定な受光系を容
易に構成することができる。

以上のように、第８図および第９図に示したような光信
号源と受光器を用いれば、第７図のような簡単な構成の
安定で高精度の測定系を実現することができる。１だ、
第４図と第７図の実施例の中間的なものとして、光信号
を分岐を用いて分割し、第９図のような受光器で受信す
る構成、第８図のような光信号源から送出された光信号
を光分岐で統合して受信する構成など種々の構成を実現
できる。

恒温槽内への格納１機械的振動への対策などの尼必要性を考慮すると・基間送路３としては短力゛いもの
が望捷しい。第１θ図は、基準光伝送路３を短距離とし
た場合に、基準伝送路の長さを変えることなしに任意の
長さの被測定光伝送路に対処できるように、被測定光伝
送路４に伝送特性が既知の光伝送路１２を接続した実施
例である。１は光信号源、２は受光系、３は基準光伝送
路、４は被測定光伝送路、６．７は光分岐、８，９，１
０．１１は光アイソレータ、１２は伝送特性が既知の光
伝送路である。本実施例は、第４図に示した実施例の光
アイル−タ９と被測定光伝送路４の間江光伝送路１２を
挿入したものであるが、第７図に示した実施例に対して
も、同様の位置に光伝送路１２を挿入することによって
、本実施例と同じように、基準光伝送路３の長さを変え
ることなしに、任意の距離の光伝送路の伝送特性を測定
できる測定系を実現できる。

本実施例では、基準光伝送路は短かくしておくから、基
準光伝送路３を伝送されてきた光信号と被測定光伝送路
４側を伝送されてきた光信号が受光系２に達する時刻は
最小でも遅延用光伝送路１２の分だけは異なる。従って
、光信号源１と受光系２とに必要な性能を現在の技術で
実現できる程度に光伝送路１２の伝送遅延時間を長くし
ておけば、任意の長さの被測定光伝送路４の特性を測定
することができる。なお、安定な」］１定を行うために
、光伝送路１２の特性を安定化させる必要がある場合に
は、基準光伝送路Ｂと同様に、光伝送路１２にも恒温槽
内への格納９機械的振動への対策などの措置を施せばよ
い。

以上説明してきたように、本発明によれば、受光系の特
性変動の影響を受けに＜＜、シかも、光信号源の特性変
動の影響を原理的に受けない高精度で高安定度の光伝送
路の伝送特性の比較測定法を光スィッチを全く用いずに
構成することができる。また、本発明は光伝送路に限ら
ず、広く電気信号の伝送路の伝送特性測定にも用いるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の簡略な測定法の構成概念を示すブロック
図、第２図は従来の比較測定法の構成を示すブｏツク図
、第３図は本発明の詳細な説明するだめの構成ブロック
図および本発明で用いる光信号の１例を示すタイムチャ
ート、第４図は光分岐を用いた本発明の実施例を示すブ
ロック図、第５図は本発明で用いる受光系の１構成例を
示すブロック図、第６図は本発明において光信号源と受
光系との同期をとるための制御系の１例を示すブロック
図、第７図は光分岐を用いない本発明の実施例を示すブ
ロック図、第８図と第９図はそれぞれ本実施例で用いる
光信号源と受光器の１例を示すブロック図、第１０図は
任意の長さの光伝送路の伝送特性を基準光伝送路の長さ
を変えずに測定するために遅延用光伝送路を用いた本発
明の実施例を示すブロック図である。Ｓ・・光信号源、Ｒ・・・受光系、ＬＸ・・・被測定光
伝送路、Ｌｏ・・基準光伝送路、Ｔ・・・光スィッチの
同期をとるだめの制御系、■・・・光アイソレータ、Ｓ
Ｉ、Ｓ２・・・光スィッチ、ｔｌ・・光信号のパルス幅
、ｔ２・・光信号の繰返し周期、Ｔ３・・・基準光伝送
路の伝送遅延時間、Ｔ４・・・被測定光伝送路の伝送遅
延時間、ＡＩ　＋　Ａ’ｌ　＋　Ａ２　＋　Ａ’２　　
・・受信信号をす／ブリングする時刻、１・・・光信号
源、２・・・受光系、３・・・基準光伝送路、４・・・
被測定光伝送路、５・・・光信号源と受光系の同期をと
る制御系、６．７・・光分岐、８　、９　、１０　、１
１・・光アイソレータ、１２・・・遅延用光伝送路、２
１・・・受光器、２２・・・信号処理回路、２３・・・
スイクチ、２４　、２５・・・記憶回路、２６・・・可
変減衰器、２７・・・電圧比較器、５０・・・基準同期
信号発生回路、５１・・光信号源駆動信号発生回路、５
２　、５３・・・可変パルス遅延回路、５４　、５５・
・・スイッチ駆動偕号発生回路、８０・・・光アイルレ
ータ本体、８１．８２川光アイソレータと外部の系とを
結合するための光学系、９０・・・光アイルレータ本体
、９１．９２・・・光アイソレータと外部の不吉を結合
するだめの光学系、９３・・・光ファイバ、９４・・・
光コネクタ、ｌｏｏ・・・レーザ、１０１　・・レーザ
駆動装置、２１ｏ・・・受光素子、２］１・・・光ファ
イバ、２１２・・・光コネクタ。特許出願人　　国際電信電話株式会社代　　理　　人　　　犬　　塚　　　　　学外１名

Claims

【特許請求の範囲】

１個の光信号源で発生したパルス状の光信号を被測定光
伝送路と該被測定光伝送路の伝送遅延時間とは異なる伝
送遅延時間を持つ基準光伝送路とに同時に送出して、各
光伝送路を伝送されてきた光信号のレベルを１個の受光
系で受信し、前記基準光伝送路を伝送されてきた光信号
だけが前記受光系に到達しているときに受信した光信号
のレベルと前記被測定光伝送路を伝送されてきた光信号
だけが［）１］記受光系に到達しているときに受信した
光信号のレベルとを比較して、被測定光伝送路の伝送特
性を測定することを特徴とする光伝送路の伝送特性測定
方式。