JPS62231129A - ヘテロダイン受信による光学的時間領域反射率計 - Google Patents

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】 本発明は光導波路に伝送された光パルスの後方散乱部分
を測定することにより光導波路（測定導波路）のＸ衰を
決定するためのヘテロダイン受信による光学的時間領域
反射率計（ＯＴＤＲ：　ｏｐｔｉｃａｌｔｉｍｅ　ｄｏ
ｍａｉｎ　ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）　　に関連し、
これは光導波路に送信ビームを送る被変調レーザ光源と
、局部発振器を構成しかつ連続光を送信するレーザ光源
を具え、送信光源の後方散乱光と中間周波数だけ異なる
波長のその光に重畳され、かつその中間周波電気出力信
号がフィルタされかつ評価される光検出器に印加されて
いる。

ＥＣ０Ｃ８３、ｒ第９回欧州光通信会議（！ｊｔｈＥｕ
ｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｎｃｅ　ｏｎ　０ｐｔｉｃ
ａｌ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）　Ｊ、頁１７７〜
１８０で開示されたこのタイプの装置において、単一レ
ーザ光源が使用され、その光ビームから部分ビームが局
部発振器を形成するためにタップされている。残りのビ
ームは音響中間周波数だけシフトされている周波数で音
響光変調器（ＡＯＭ　：　ａｃｏｕｓｔ−ｏｐｔｉｃａ
ｌ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）によって測定光導波路に時間
シフトを伴なって送られる。レーザは局部発振器ビーム
を同時に生成するために、連続光を送信せねばならぬ。

しかしこのタイプのレーザで１よ、ヘテロダイン受信に
よらないで直接検出装置に使用できるように、パルスさ
れたレーザでｊ尋ることのできるよりも少ない光出力を
ｉ尋ることのみが可能である。ヘテロダイン原理によっ
て得ることのできる信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）の改善は、
一方では送信強度の一部分が局部発振器ビームのために
タップオフされねばならず、そして他方では連続光を送
信するレーザが相対的に低い光出力電力を有すると言う
事実によって部分的にまた失われている。

本発明の目的は冒頭の文章で規定されたタイプの装置の
信号対雑音比を改善することである。

第１光源が送信レーザ１であり、その光は連続時間間隔
（ｔＩからｔ２まで）で、光周波数が２つの遮断周波数
ｆＬｌとｆＬ２の間で変化するように影響され、かつ局
部発振器を形成する光源が周波数ｆＬｏで光を送信する
レーザであり、その周波数ｆＬｏが遮断周波数ｆＬｌと
ｆＬ２の間の範囲外に位置し、かつ周波数ｆＬｌとｆＬ
２の間に位置する周波数（直ｆＬＭから中間周波数ｆＺ
Ｆに等しい量だけ異なってことによりこの目的は達成さ
れている局部発振器に必要とされる光はそれ自身のレー
ザによって生成されるから、測定導波路に送られる送信
レーザの光電力は局部発振器の電力によっては減少され
ない。その上、パルスされたモード動作（ｐｕｌｓｅｄ
−＋ｎｏｄｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）は送信レーザに対
して可能である。従って、連続波レーザによって可能で
ある強度より著しく高い強度のパルスを送信することは
可能である。

送信レーザのチャープ（ｃｈｉｒｐ）　　（時間に対す
る周波数変動）に対して（このチャープは本発明によっ
て与えられるのであるが）、送信レーザの周波数および
更に特定すれば局部発振器レーザ（１０−ｌａｓｅｒ）
の微分周波数を安定化する必要はなく、従って制御に対
するかなりのコストと設計努力は必要でない。局部発振
器レーザの周波数ｆＬｏのみを安定化すべきである。

兎に角、送信レーザの遮断周波数ｆＬＩとｆＬ２は粗く
安定化されねばならない。この遮断周波数はそれらの間
に位置する周波数範囲から充分間隔を置くことができ、
それは評価できる後方散乱パルスを形成するために使用
されている。そこで送信レーザは帯域幅ΔｆＺＦの周波
数範囲を常に通過し、それは局部発振器の周波数ｆＬｏ
がそれに重畳されてしまったあと、帯域通過フィルタで
中間周波数出力信号となる。

送信レーザビームの周波数は任意の択一的なやり方で時
間に対して変化できる。好ましいことであるが、特に簡
単な解は、送信レーザの制御電流が２つの時間間隔１．
とｔ２の間の各後方散乱パルスに対して単調に変化する
解である。そこでレーザ特性（それは望ましくない特性
であるが）は、その送信周波数が電気制御電流に低い程
度で依存し、しかし本発明では適当な程度で依存すると
言うものである。通常のレーザダイオードは１００Ｍ１
ｌｚ／ｍＡから３．ＧＨｚ／ｍＡの有用な［同調相互コ
ンダクタンス（ｔｕｎｉｎｇ　ｔｒａｎｓｃｏｎｄｕｃ
ｔａｎｃｅ）　Ｊを有している。

一例として電気制御電流の時間に対する対応によって達
成できる送信レーザの「チャープ」の時間に対する変動
は単調に増加するか減少しなげればならぬから、従って
、有限の期間の間に、送信エネルギは測定導波路に送ら
れ、その後方散乱部分は、その上に局部発振器周波数ｆ
Ｌｏが重畳されたあとで、帯域通過フィルタによって取
除ける中間周波数部分を形成する。

パルスされた送信レーザを用いる特に簡単な解は、送信
レーザの制御電流が時点ｔ１とｔ２の間で「０」から最
大値まで制御される場合に得られる。

一様に間隔の置かれた連続送信パルスは、送信レーザの
制御電流が振幅変調されていると言う事実によって得ら
れている。そこで、周波数範囲ΔｆＺＦを通過する間に
制御電流が増大するか減少する場合に、評価可能なパル
スが生成される。付勢電流の最小値は最大付勢と比べて
非常に小さいから、この値に右いて、得られたレーザの
熱負荷は実質的に無視できる。

本発明の特に有用な実施例は、送信レーザの光ビームが
第１光アイソレータを介し、かつ光ファイバ結合器の第
１直通路を通して測定導波路に導かれ、かつ局部発振器
レーザの光ビームは戻り通路で第２光アイソレータを介
し、かつ第１光ファイバ結合器の第２直通路を通して導
かれることを特徴としている。

比拘束モード放射技術（ｕｕｂｏｕｎｄ−ｍｏｄｅ　ｒ
ａｄｉａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）で使用され
ねばならぬような光アイソレータの使用を避けようと欲
する場合には本発明の好ましい実施例は可能であり、こ
れは送信レーザの光ビームが第１光ファイバ結合器の直
通路を介して試験導波路に導かれ、第１光ファイバ結合
器から導かれた後方散乱信号の一部分は、局部発振器レ
ーザの光ビームと組合されて、第２光ファイバ結合器を
介して光検出器に導かれることを特徴としている。この
状態において、送信レーザの光ビームからタップされた
部分ビームがその上に局部発振器レーザ光ビームの一部
分を重畳し、かつその電気出力信号が後方散乱パルスを
評価する回路をトリガーする第２光検出器に印加される
ことにより、後方散乱信号の評価のために同期化パルス
を簡単な態様で回復するのは可能であり有利である。

送信レーザのパルス期間を減少するために、送信レーザ
の遮断周波数ｆＬｌおよび／またはｆＬ２の間でチャー
プ範囲の偏差を制御回路によって減少するのは有利であ
る。送信レーザの全体のパルス期間は評価できる周波数
成分の送信の所望の期間よりも僅かばかり長くすること
のみが必要とされている。

本発明の実現可能な有利な実施例は、遮断周波数ｆＬｌ
とｆＬ２の間の差が３００ＭＨｚと２ＧＨｚの間の値を
持つことを特徴としている。その上、中間周波数「２．
が０．５から１５ＧＩＩｚの間の値を持つことが有利で
ある。

所望なら、評価できる送信周波数の送信期間を決定する
、受信機端における帯域通過フィルタの帯域幅は、それ
がトラッキングフィルタの形をしていると言う事実によ
り減少できる。

本発明とその利点を添付の図面に示された有利な実施例
を参照して詳細に説明する。

送信レーデ１の周波数は変調信号発生器２によって一時
的に制御され、一方、レーザ１の付勢電流はそれに相応
して変化される。レーザ１は、例えば時点ｔ１とｔ２の
間でオフ状態からオン状態に制御できる。しかしそれは
制御電流の所定の時間変動によって２つの動作モード間
で前後にスイッチされるか、あるいは連続的に変調され
るかのいずれかが可能である。各々の場合に、レーザ１
は遮断時点ｔ１　とｔ２の間でｆＬＩからｆＬ２までの
単調周波数チャープを持つか、あるいは反対方向でまた
そうである。ｔｌからｔ２の間隔で、送信レーザ１は光
アイソレータ７および好ましくは３ｄｂ結合器である光
ファイバ結合器３を介して光電力を測定導波路４に送る
。各エネルギ部分ΔＰ／Δｆは独立に後方散乱信号を生
成する。後方散乱信号のニ部分は、間隔ｔ、からｔ２の
間に、光アイソレータ１２を介して局部発振器レーザ６
によって送信された局部発振器ビームと共に、光ファイ
バ結合器３を介して光検出器（光ダイオード）５に印加
される。光アイソレータ７は局部発振器レーザの干渉光
部分が結合器３を介して送信レーデに達することを妨げ
る。逆に、光アイソレータ１２は送信レーザからの光が
局部発振器レーザに達することを妨げる。

光検出器５の電気出力信号は中間周波数部分を含んでい
る。その周波数が時点ｔ１とｔ２の間に位置している時
間間隔τ、の間で帯域通過フィルタ８の同調された通過
帯域内に位置するようになるや否や、信号が帯域通過フ
ィルタ８の出力に現れ、それは増幅器９で増幅されかつ
中間周波検出器１０に印加され、その出力信号は測定導
波路４の減衰の局部変動についての情報を含み、かつ評
価回路１１によって通常のやり方で評価され、指示され
る。

本発明の動作モードはｔｌ　とｔ２の間の時間間隔で送
信レーザ１の周波数ｆの変化を参照して詳細に説明され
よう。後方散乱パルスの形成に対して、送信レーザ１は
時間間隔ｔ１からｔ２の間でツイツチオン状態にある。

これは示された特性曲線に従って送信周波数ｆの変化に
よる送信レーザ１の制御電流の対応制御を伴っており、
その特性曲線は遮断周波数ｆＬＩから遮断周波数ｆＬ２
まで単調に増大する。周波数範囲ｆ　Ｌ２　　ｆ　Ｌｌ
　＝５ＱＱ！Ｊ）Ｉｚ〜Ｉ　ＧＨｚが好ましい。周波数
ｆＬＩとｆＬ２は局部発振器レーザ６の光周波数ｒＬｏ
よりも小さく、かつ局部発振器周波数ｆＬｏよりも帯域
通過フィルタ８の送信周波数、すなわち中間周波数ｆＺ
Ｆに等しい量だけ小さい周波数ｆＬＸのまわりで幅Δｆ
ＺＦの周波数範囲を囲んでいる。周波数帯域ΔｆＺＦ内
の周波数のみが時間間隔τ、の間にこのタイプの後方Ｉ
Ｉｋ乱信号を形成し、これは局部発振器周波数ｆＬｏが
それらに重畳されたあとで帯域通過フィルタ８の評価で
きる出力信号となる。１１断周波数［，１と「Ｌ２の間
の間隔は非常に大きく選べるので、周波数範囲ΔｆＺＰ
は遮断周波数ｆＬＩとｆＬ２から充分遠く移動され、従
って遮断周波数の温度揺動および／または公差で決めら
れた揺動（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ−ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ
　ｆｌｕｃｔｕａシ１ｏｎ）　は、もし設計努力とコス
トを無視して設計が可能ならばそれは許容されよう。

他方、時間差１２−１．は、送信レーザ１の不必要な負
荷（ｌｏａｄｉｎｇ）を避けるために有用な送信期間ｔ
２より不必要にずっと大きいように選んではならない。

第１図に示された装置の修正である第３図に示された装
置は光アイソレータを必要としない。従って非拘束モー
ドで放射する如何なる光素子も接続する必要はない。光
ファイバ結合器１３と１４は、送信レーザ１からの光が
局部発振器レーザ６に到達できず、また局部発振器レー
ザ６からの光も送信レーザ１に到達できぬように挿入さ
れている。

後方散乱信号の検出と評価は基本的には第１図に示され
た装置におけると同様に実行される。光検出器５の電気
出力信号は増幅器２０ａを介して帯域通過フィルタ１５
に送られ、その中間周波出力信号は検出されかつ評価さ
れる。

帯域通過フィルタ１５の帯域幅を減少するために、さら
に特定すると中間周波数ｆＺＦの高い値でこのフィルタ
はトラッキングフィルタの形態をなしている。中間周波
発振器１６とミクサ１７により、一層の周波数変換は帯
域通過フィルタ１５が狭帯域で容易に実現できるような
範囲内で実行される。

第３図に示された実際の例では、別のスイッチング回路
が備えられ、これはもし必要なら、有利な付加駆動と制
御機能をエネーブルし、かつこれは必要に応じて備える
ことができる。光検出器１９は光ファイバ結合器１４と
１８から局部発振器レーザ６の光の一部分を受信し、そ
の光の上に送信レーザ１の送信光の一部分が結合器１３
と１８によって重畳される。増幅器２０と帯域通過フィ
ルタ２１を介して電気的検出器２２によって検出された
中間周波出力信号は評価回路１１に印加される。帯域通
過フィルタ２１は帯域通過フィルタ１５と同じ中間周波
数と帯域幅に同調される。その帯域幅はミクサ１７ａを
介して中間周波数発振器１６の付加によってまた狭くさ
れている。

電気的検出器２２の出力信号は、後方散乱時間差によっ
て遅延され、従って評価回路１１をトリガーするのに適
合している検出器１０の出力信号よりも、もっと早くか
つあいまいさ無しに現れる。

このことは中間周波後方散乱信号が現れる時点が正確に
規定されない場合に特に重要である。

公称周波数ｆｓから任意の偏差がある場合、制御回路２
３を用いて、電気的ライン２４を介して送信レーザ１の
チャープ範囲を再調整することは可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を、 第２図は送信レーザのチャーブ変動を、第３図は光アイ
ソレータが無く、かつ付加駆動と制御素子を有する本発
明の修正された実施例を示す。 １・・・送信レーザ　　　　２・・・変調信号発生器３
・・・光ファイバ結合器　４・・・測定導波路５・・・
光検出器　　　　　６・・・局部発振器レーザ７・・・
光アイソレータ　　訃・・帯域通過フィルタ９・・・増
幅器　　　　　　１０・・・中間周波検出器１１・・・
評価回路　　　　　１２・・・光アイソレータ１３、１
４・・・光ファイバ結合器 １５・・・帯域通過フィルタ　１６・・・中間周波発振
器１７、１７ａ・・ベクサ　　　１８・・・光ファイバ
結合器１９・・・光検出器　　　　　２０．２０１・・
・増幅器２１・・・帯域通過フィルタ　２２・・・電気
的検出器２３・・・制御回路　　　　　２４・・・電気
的ライン特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・
フルーイランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路に伝送された光パルスの後方散乱部分を測
   定することにより測定導波路である光導波路の減衰を決
   定するためのヘテロダイン受信による光学的時間領域反
   射率計（ＯＴＤＲ）であって、光導波路に送信ビームを
   送る被変調レーザ光源と、局部発振器を構成しかつ連続
   光を送信し、かつ送信光源の後方散乱光から中間周波数
   だけ異なる波長のその光に重畳されかつ光検出器に印加
   され、その中間周波電気出力信号がフィルタされかつ評
   価されるレーザ光源を具えるものにおいて、 送信光源は送信レーザ（１）であり、その光はｔ＿１か
   らｔ＿２までの連続間隔で光周波数が２つの遮断周波数
   ｆ＿Ｌ＿１とｆ＿Ｌ＿２の間で変化するように影響され
   、かつ局部発振器を形成する光源は周波数ｆ＿Ｌ＿０で
   光を送信するレーザ（６）であり、その周波数ｆ＿Ｌ＿
   ０は遮断周波数ｆ＿Ｌ＿１とｆ＿Ｌ＿２の間の範囲外に
   位置し、かつ周波数ｆ＿Ｌ＿１とｆ＿Ｌ＿２の間に位置
   する周波数値ｆ＿Ｌ＿Ｍから中間周波数ｆ＿Ｚ＿Ｆに等
   しい量だけ異なっていることを特徴とする光学的時間領
   域反射率計装置。 ２、送信レーザ（１）の制御電流が時点をｔ＿１とｔ＿
   ２の間で各後方散乱パルスに対し単調に変化することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、送信レーザ（１）の制御電流が時点をｔ＿１とｔ＿
   ２の間で０から最大値まで駆動されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項もしくは第２項に記載装置。 ４、送信レーザ（１）の制御電流が振幅変調されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項
   に記載の装置。 ５、送信レーザ（１）の光ビームが第１光アイソレータ
   （７）および光ファイバ結合器（３）の第１直通路を介
   して測定導波路（４）に送られ、かつ局部発振器レーザ
   （６）からの光ビームが第２光アイソレータ（１２）を
   介し、光ファイバ結合器（３）の第２直通路を通して光
   検出器（５）に反対方向で送られることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１つに記載
   の装置。 ６、送信レーザ（１）の光ビームが第１光ファイバ結合
   器（１３）の直通路を介して測定導波路（４）に送られ
   、かつ第１光ファイバ結合器（１３）から導かれた後方
   散乱光信号の一部分が局部発振器レーザ（６）の光ビー
   ムと共に第２光ファイバ結合器（１４）を介して光検出
   器（５）に送られることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれか１つに記載の装置。 ７、送信レーザ（１）の光ビームかちタップオフされた
   部分ビームが局部発振器レーザ（６）の光ビームの一部
   分によって重畳され、かつその出力信号が後方散乱パル
   スを評価する回路（１１）をトリガーする第２光検出器
   （１９）に印加されることを特徴とする特許請求の範囲
   第６項に記載の装置。 ８、送信レーザ（１）の遮断周波数ｆ＿Ｌ＿１および／
   またはｆ＿Ｌ＿２間のチャープ範囲の偏差が制御回路（
   ２３）によって減少されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第７項のいずれか１つに記載の装置。 ９、遮断周波数ｆ＿Ｌ＿１とｆ＿Ｌ＿２との間の差が３
   ００ＭＨｚと２ＧＨｚの間の値を有することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１つに
   記載の装置。 １０、中間周波数ｆ＿Ｚ＿Ｆが０．５と１５ＧＨｚの間
   の値を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第９項のいずれか１つに記載の装置。 １１、帯域通過フィルタ（１５、１６、１７）がトラッ
   キングフィルタであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第１０項のいずれか１つに記載の装置。