JPS6238341A - 光学繊維の光伝送損失測定方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学繊維の光伝送損失を測定する方法の改良
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、光学繊維の光伝送損失の測定は第５図に示す如き
方法で行われていた（特公昭５８−４８８４８）。

すなわち、第５図において、１は光学繊維、２はランプ
（左）、３はランプ（右）、４は積分球（左）、５は積
分球（右）６．７は光電変換素子、８．９増幅器、１０
は指示計（左）、１１は指示計（右）である、　Ｉ　Ｃ
１ｌ＞はランプ３をＯＦＦにし、ランプ２をＯＮにして
入射された断面ａを右方向に進む光の強度である。また
、Ｉ（ｌｆｆｉ）と１（ｌｒ）はそれぞれＩ　　（７り
が積分球４および５に伝搬したときの各々の積分球に囲
まれた部分の光学繊維内部の平均光強度である。また、
Ｉ（Ｉｌ）はランプ２をＯＦＦにし、ランプ３をＯＮに
して入射された断面ｄを左方向に進む光の強度である。

又、Ｉ（ｒｒ）とＩ（ｒｊ２）はそれぞれ！　（「）が
積分球５および４に伝搬したときの各々の積分球に囲ま
れた部分の光学繊維内部の平均光強度である。Ｌは、積
分球４の中心線すおよび積分球５の中心線Ｃの間の光学
繊維の軸に沿った長さである。

このような配置において、最初に、ランプ２をＯＮにし
、ランプ３をＯＦＦにして、光Ｉ　　（Ｎ）を入射する
と周知のランバート・ベールの法則により、 Ｉ（１ｒ）＝Ｉ（ＪＥ）ｅｘｐ（−ＫＬ）　　−−−（
１）ここで、Ｋは断面すと断面Ｃの間の光学繊維の光伝
送損失（吸収係数）である。

１（１１１）とＩ　（ｌｒ）は直接測定することはでき
ないが光学繊維内部に含有される例えば、微小な気泡、
異物等による散乱性因子のために、Ｉ（ｌｌおよびＩ（
ｊ７ｒ）に比例した光学繊維の外側に放射される散乱光
をそれぞれの積分球により集めることができる。

即ち、積分球により集められた放射散乱光はそれぞれ光
電変換素子６．７により電気量（例えば電圧値）に変換
され、増幅器８．９により増幅され、指示計（例えば電
圧計）１０および１１によって光量に比例したＮ（例え
ば電圧値）Ｅ（ＡＡ）およびＥ（ｌｒ）として検出する
ことができる。

これを式であられすと、 Ｅ（ｊ！ｔ）−α（１）ＸＩ　　（ｊ！ｌ）　　−・−
（２）Ｅ　（ｊ！　ｒ）　＝ａ　（ｒ）　Ｘ　１　　（
ｊ！　ｒ）　　−・−（３）ここで、α＜ｉ＞は積分球
４により囲まれた部分の光学繊維の総合光電変換効率、
α（ｒ）は積分球５により囲まれた部分の光学繊維の総
合光電変換効率である。

総合光電変換効率α（１）、α（ｒ）は光学繊維の場所
によって変動する定数であるためこれらを消去しなけれ
ば正確な光伝送損失を求めることは困難である。

そこで、（１）、（２）および（３）式から光伝送損失
Ｋを求めると、 α（Ｉｌ）、α（ｒ）を消去するためにＩ　　（１）と
逆方向に進む光を入射して、Ｉ　　（Ｉｌ）を入射した
ときと同様な測定を行う、即ち、ランプ３をＯＮにし、
ランプ２をＯＦＦにして光１　（ｒ）を入射するとＩ　
　（ｆｆｉ）のときと同様衣の式が成立する。

Ｉ　　（ｒａｔ　）　　＝　Ｉ　　（ｒ　ｒ）　ｅｘｐ
（−Ｋ　Ｌ）　−−−（５）Ｅ　　（ｒ　ｒ）−α（ｒ
）　　Ｘ　Ｉ　　（ｒ　ｒ）　　＝−（６）Ｅ　　（ｒ
ｊ）＝ｃｔ　　（４１）ＸＩ　　Ｃｒｔ）　　　・・・
　（７）そこで、（５）、　　（６）および（７）式か
らＫを求めると、 （４）式と（８）式を結合すると、 即ち、従来は、第５図に示したように、光学繊維を通し
た２個の積分球を、一定の距ｊｌｌＬだけ離して設置し
て、該積分球間の光伝送損失を測定する部分の光学繊維
に対して光学繊維の外側から互に逆方向に進行する光を
交互に入射し、それぞれの向きの光の入射時の積分球内
の光量比を測定し、（９）式により計算することによっ
て光伝送損失を測定している。

（発明が解決しようとする問題点〕 かかる従来の方法では以下のような問題点かある。

■　ランプ２およびランプ３の照射光を正確に交互にＯ
Ｎ、ＯＦＦさせる必要がある。つまり、交互切替が完了
せず両方のランプの光が被測定部分を伝送している瞬間
には正しい伝送損失値を得ることができない、従って、
２つのランプの光が同時に入射する瞬間が全くないよう
にするか、或いは、同時に入射している瞬間の伝送損失
値は除外するような演算装置が必要である。後者の場合
でも、できるだけ同時入射の時間が短いことが必要であ
る。

■　製造中の光学繊維の伝送損失を測定する場合のよう
に、光学繊維が走行している場合には、光学繊維が積分
球内を通過するに要する時間よりも２つのランプの照射
光を切替える時間の方が短くすることが望ましいが、前
記０項の条件を満たしかつ２つのランプの照射光を切替
えるのは容易ではない、チョッパーを使用して、例えば
、両方の照射光を同じ周波数で位相を１８０°ずらして
ＯＮ、ＯＦＦする方法では窓を等間隔にあけた円板を同
期モーターで回転させる方法が考えられるが、位相を合
わせることは容易でも高速化が困難である。直流モータ
ーで回転させる場合には高速化は容易であるが周波数と
位相を精密に合わせることは容易ではない。また、ラン
プとして、ＬＥＤ　。

レーザ、フラッシュランプなどを用いて電源を制御して
ＯＮ、ＯＦＦする場合には、周波数と位相の制御は容易
であるが光出力が不足であったり、光学繊維の特性（例
えば吸収の窓に一致した発光波長）に適合した光源が得
られなかったり、電源装置が複雑あるいは高価であった
り、ランプの寿命が短かったりする。また、タングステ
ンランプや水銀ランプ、キセノンランプの場合には大き
な光出力が得られるが、高速の電源制御によるＯＮ。

ＯＦＦは困難である。つまり、ランプ２およびランプ３
の照射光を正確に高速で交互にＯＮ、ＯＦＦするには装
置上の制限が多く、伝送損失の測定の高速化が容易では
ない。

■　光学繊維の被測定部分に側面から光を入射させ、放
射散乱される光量を測定して伝送損失を求めているため
、検出される光量が微弱であるので、測定のＳＮ比を高
くするには、それぞれのランプの一周期のＯＮ、ＯＦＦ
の間にできるだけ長い時間ランプの光が光学繊維に入っ
ていること、つまりデユーティが高いこと、が望ましい
、しかし、前記■および０項の関係を満たさねばならな
いので、十分にデユーティを高くすることは困難である
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した問題点を解消した光伝送損失測定方法
を提供するもので、従来の方法が光学繊維の被測定部分
をはさんだ２個所からの光照射を同一周波数で交互に行
う同期照射方式であるのに対し、本発明は光学繊維の被
測定部分をはさんだ２個所からの光照射を異なる周波数
で同時に行う非同期照射方式である。

即ち、本発明によれば、光伝送損失の測定方法において
、光学繊維の被測定部分をはさんだ２個所から、該被測
定部分に異なる周波数でその強度を変調した光を互に逆
方向に進行するように同時に入射させ、該入射光が被測
定部分を伝搬する際に放射する放射光量を該被測定部分
の両側側面部において検出し、検出された電気量につい
て各々の変調周波数ごとの電気量成分に分離したのち、
各々の方向に進行する光についての該両側側面部におけ
る放射光量の比を求めることを特徴とし、さらに本発明
によれば、光伝送損失の測定装置において、光学繊維の
被測定部分をはさんだ２個所に設けられ該被測定部分に
異なる周波数でその強度を変調した光を互に逆方向に進
行するように同時に入射させる装置、該入射光が被測定
部分を伝搬する際に放射する放射光量を該被測定部分の
両側側面部において検出する装置、検出さ−れた電気量
について各々の変調周波数ごとの電気量信号成分に分離
する装置、および、各々の方向に進行する光についての
該両側側面部における放射光量の比を演算する装置を具
備することを特徴とする特〔実施例〕 第１図は本発明に係る光伝送損失測定方法の原理を示す
装置の基本ブロック図、第２図は各点における波形図で
ある。第１図において、第５図と同様に、■は光学繊維
、２はランプ（左）、３はランプ（右）、４は積分球（
左）、５は積分球（右）、６．７は光電変換素子、８．
９は増幅器である。そして、１０ａ、１０ｂはバンドパ
スフィルタ、１１３．１１ｂはバンドパスフィルタ、１
２．１３はチョッパ、１４は演算手段である。

チョッパ１２および１３は同一形状であり第３図に示す
如く円板に等間隔に配置されたスリット１２ａが設けら
れている。チョッパ１２および１３は異なる回転数のモ
ーターによって回転され、ランプ２からの照射光は周波
数ｆにて断続させ、ランプ３からの照射光は周波数ｒに
て断続させる。

光学繊維１には上述の如く、ランプ２の側から周波数ｆ
でその強度を変調した光が、ランプ３の側から周波数ｒ
でその強度を変調した光がそれぞれ照射されるが、前述
したように、積分球４に伝搬したときの光学繊維内部の
平均光強度と、積分球゛５に伝搬したときの光学繊維内
部の平均光強度は、それぞれ図に示すごとく積分球４に
おいては「「と■「の和、積分球５においては■「と■
ｔの和により表わされる。ここで、■「および■「は周
波数ｆの関数であり、同様に■「およびｎ「は周波数ｒ
の関数である。従って後述するように光電変換素子６に
より検出され増幅された電気量、例えば電流値はｉ、ｆ
　＋　ｉ、ｒとなり、光電変換素子７により検出され増
幅された電流値はｉｄ　＋ｉｚｒとなる。ここで、「「
およびｎ「は周波数ｆの関数であり、丁およびｎ「は周
波数ｒの関数である。

バンドパスフィルタ１０ａは電流値ｉ、ｆ　＋ｉ、ｒの
うち周波数ｆの成分のみを通過させ、実効値ｉｆｆが得
られ、１０ｂは周波数ｒの成分のみを通過させ実効値ｉ
ｌｒが得られる。一方、バンドパスフィルタｌｌａは電
流値丁ａ−十丁５−のうち周波数ｆの成分のみを通過さ
せ実効値ｉｄが得られ、ｌｌｂは周波数ｒの成分のみを
通過させ実効値ｉｇｒが得られる。

前述の如く、周知のランバート・ベールの法則によって
、（１）と同様に、ランプ２の照射光については、 が成立する。ここで、Ｋは前述と同様、区間りにおける
光学繊維の光伝送損失である。また、Ｉ、ｆおよびＩ、
ｆはそれぞれランプ２の照射光の積分球４および５に伝
搬したときの光学繊維内部の平均光強度である。

光学繊維内部の平均光強度は直接測定することはできな
いが、光学繊維内部に含有される例えば微小な気泡、異
物等による散乱性因子のために、これらの平均光強度に
比例した光学繊維の外側に放射される散乱光をそれぞれ
積分球により集めることができる。

即ち、積分球により集められた放射散乱光はそれぞれ光
電変換素子６．７により電気量に変換され、増幅器８．
９により増幅される。そして、周波数ｆのみを通過する
バンドパスフィルタを通して実効値ｉ、ｆおよびｉｄを
読取ると、前述の（２）式および（３）式と同様に、 １Ｉｆ−α１　・ｒ　、　ｒ　　　　　　　−−−−−
−−（１１）ｉｄ　＝α２　・Ｉ　ｚ　ｆ　　　　　　
’−・−・（１２）ここで、α１は積分球４、光電変換
素子６、増幅器８、バンドパスフィルタ１０ａまでの総
合光電変換効率である。また、α２は積分球５、光電変
換素子７、増幅器９、バンドパスフィルタｌｌａまでの
総合光電変換効率である。（１０）、　　（１１）およ
び（１２）式から光伝送損失Ｋを求めると、（４）式と
同様に、 α璽 一方、ランプ３側から照射した場合についても同様に光
伝送損失Ｋを求めると、 α！ （１３）および（１４）を結合すると、１１ｒ （１５）式から明らかなように総合光電変換効率α１．
α２を消去し、光伝送損失Ｋを求めることができる。

従来は、両方のランプを交互に照射することによって、
それぞれのランプが照射されたときの放射散乱光を積分
球により集め電気量に変換し、その比を求めることによ
り光伝送損失Ｋを得ている。

即ち、一方のランプの照射光がＯＮのときは他方はＯＦ
Ｆであるように交互に照射し、交互に逆向きに被測定部
分に光を伝搬させて、それぞれの伝搬方向について被測
定部の両側側面部における放射光量を測定する必要があ
った。

一方、本発明は、両方のランプから照射される光強度の
変調周波数を異なるものにして、同時に照射する。そし
て、被測定部の両側側面部における放射散乱光を積分球
により集め電気量に変換し、バンドパスフィルタなどを
使用して変調周波数成分ごとに分離したのちそれらの比
を求めることにより光伝送損失Ｋを得ている。即ち、周
波数の違いにより光伝送方向を区別し、それぞれの伝搬
方向の放射散乱光の比を測定している。

第２図（ａ）〜（ｈ）は、第１図装置の各点における光
量の変化または電流値の変化を示す波形図である。

第２図（ａ）、　　（ｂ）はそれぞれ、縦軸は光学繊維
への照射光量、横軸は時間を示している。

（ａ）はランプ２の光を周波数ｆのチョッパーにて変調
したときの照射光波形、（ｂ）はランプ３の光を周波数
ｒのチョッパーにて変調したときの照射光波形である。

第２図（ｃ）、　　（ｄ）はそれぞれ増幅器８および９
の出力であり、増幅器８の出力は例えば電流値ｉ、ｆ　
＋　ｉｔｆ、増幅器９の出力は電流値ｉｚｆ　＋　ｉｚ
ｒとなる。これらの値は図に示す如く、両方のランプの
光が混合した波形を示し、周波数ｆで照射するランプ２
に近い側の光電素子６により検出し増幅器８で増幅した
信号の波形（ｃ）は、周波数７ｆの成分が強く現出し、
周波数ｒで照射するランプ３に近い側の光電素子７によ
り検出し増幅器９で増幅した信号の波形（ｄ）は、周波
数ｒの成分が強く現出している。

増幅器８および９の出力はそれぞれバンドパスフィルタ
１０ａ、１０ｂおよびｌｌａ、ｌｌｂに入力される。前
Ｍの如く、バンドパスフィルタ１０ａは電流値■「＋π
「のうち周波数ｆの成分のみを通過させ、同様にバンド
パスフィルタ１０ｂは周波数ｒの成分を、バンドパスフ
ィルタｌｌａは周波数ｆの成分を、バンドパスフィルタ
ｌｌｂは周波数ｒの成分をそれぞれ通過させる。これら
のバンドパスフィルタを通過した波形は正弦波となり第
２図（ｅ）〜（ｈ）に示される。この場合の各波形の実
効値はＬｆ　＋　ｉｔｆ　、　ｊｔｒおよびｉ、ｒであ
り、前述の（１１）〜（１５）式において用いられる。

演算手段１４は、バンドパスフィルタ１０ａ。

１０ｂ、ｌｌａおよびｌｌｂを通過させて得られた信号
の実効値Ｌｆ　＊　ｔｚｆ　＋　Ｌｒおよびｉｚｆを（
１５）式に基づいて演算し、光伝送損失Ｋを得るための
アナログ演算回路である。この演算手段１４は基本的に
、対数演算回路、減算回路、加算回路および乗算回路に
より構成され、（１５）式の演算を行うことにより光伝
送損失Ｋを出力する。

以上の説明は、バンドパスフィルタを通過した信号の実
効値Ｌｆ　＊　ｉｚｆ　＋　ｉｔｆ　＋　Ｉｔｒを測定
し、（１５）式を用いて伝送損失を求める方法について
行った。ここで、ｉｌｆ等は実効値に限られるものでは
なく、例えば振幅値であってもよい。或いはそれぞれの
ランプの照射光の波形に近い形のままでも、例えば、ｉ
ｌｆとｉｆｆは相似波形であるのでそのまま比を演算し
て伝送損失を求めることも可能である。また、バンドパ
スフィルタの代りに、周波数ｒと周波数ｒの間に遮断周
波数を持つバイパスフィルタまたはローパスフィルタを
用いて各々の周波数成分に分離することも可能である。

要するに、周波数ｆ成分と周波数ｒ成分が分離できれば
よい。また、第２図（ａ）および（ｂ）に示したように
ランプ２とランプ３の照射光の波形は正弦波が好ましい
が、矩形波、台形波、三角波その他いづれの波形であっ
てもよい。また、それぞれのランプの照射光はその照射
光強度が周期的に変化するものであれば、照射光が完全
にゼロである瞬間をもつ必要はない。また、伝送損失の
絶対値を必要としない場合例えば、製造中の光学繊維の
伝送損失の変動を監視する場合などでは、（１５）式に
従って完全に損失値を求める必要はない。例えば、Ｌｆ
　、　ｉｚｆ　、　Ｌｒ　、　ｉｚｒを４ペン記録計に
記録し、波形の変化から伝送損失の変化を知ることがで
きるし、（１５）式のカッコの中の第１項と第２項をそ
れぞれ記録しても伝送損失の変化を知ることができるな
ど、種々の省略は可能である。

演算手段はここではアナログ演算方式で示したが、勿論
ディジタル演算方式でもよいし、両者の併用も可能であ
る。

第４図は本発明の実施に使用する装置の一具体例を示す
ブロック図である。第４図において、ＬＩＡＩ〜ＬＩＡ
４はロックインアンプ群である。ロックインアンプは等
価的に狭帯域のバンドパスフィルタと考えることができ
、その中心周波数は参照信号により設定することができ
る。従って、狭帯域ではあっても中心周波数は参照信号
に完全に同調させることができるのでそれぞれのチョッ
パの周波数のゆっくりした変動があっても安定した動作
をさせることができる。このような参照信号は、別個に
設けられたホトダイオード１５および１６によって得ら
れる。ロックインアンプには光電変換素子６および７に
より検出され増幅器８および９を経た電流値１習−＋π
「およびｉｆｆ　＋　ｉｚｒが入力される。ロックイン
アンプの出力は演算手段１４に入力され前述の所定の演
算が行われる。

第４図では、さらに、未測定光学繊維のボビン１７、測
定した光学繊維を巻取ったボビン１８、一対のニップロ
ーラ１９、集光レンズ２０．２１、光照射部カバー２２
．２３、測定部カバー２４、光照射部（左）２５、光照
射部（右）２６、が設けられる。このような構成におい
て、光学繊維ｌはボビン１７から出て一定速度で駆動さ
れる一対のニップローラ１９により引取られ、ボビン１
８に巻取られる。光照射部２５および２６は異なる変調
周波数の光を光学繊維内に入射させる。光学繊維１が積
分球４および５内を通過するに要する時間よりも変調の
周期が短いことが望ましい。前述の如くチョッパ１２お
よび１３は光を断続させるためのものである。チョッパ
の型式は羽根車型、プリズム型、Ｋｅｒｒ　Ｃｅ１ｌ型
等いずれの型式でもよい。レンズ２０および２１はラン
プの像が光学繊維ｌの付近に生ずるように配置し、光照
射部カバー２２および２３は、内部を反射率のよい材質
を用いると光入射効率が高くなるので望ましい。

積分球４および５は内面を反射率の高い拡散面で覆った
球形のものが好ましいが、この積分球部分の形状は測定
には影響を及ぼさないので如何なる形状でもよい。光電
変換素子６および７は通常は光電子増倍管を用いるが、
所定の周波数に対する感度が十分あればどのようなもの
でもよい。増幅器８および９は必要に応じて設置する。

〔発明の効果〕 本発明によれば、従来の利点に加えてさらに、左右のラ
ンプによる照射光を異なる周波数で変調して同時に照射
し、検出した光信号の周波数から光の照射方向を判別す
るようにしたので、左右照射光の同期をとる必要はなく
、従って、照射波形の制約はなく、これによりチョッパ
形状の制限もなくなり、さらにモーターは同期型でなく
ともよ＜ＤＣモーターも使用可能であり高速化が図れる
。

また、デユーティ比が高くなり従ってＳ／Ｎは向上し測
定精度は向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光伝送損失測定方法の原理を示
す装置の基本ブロック図、 第２図（ａ）〜（ｈ）は、第１図装置の各点における波
形図、 第３図は、チョッパーの平面図、 第４図は、本発明の実施に使用する装置の一興体例を示
すブロック図、および 第５図は、従来の光伝送損失測定方法の原理を示す装置
の基本ブロック図である。 （符号の説明） １−・−光学繊維、 ２．３−−−ランプ、 ４．５・・・積分球、 ６．７・−光電変換素子、 ８．９−・・増幅器、 １０ａ、１０ｂ、ｌｌａ、１１ｂ−バンドパスフィルタ
、１２．１３−・・チョッパ、 １２ａ、１３ａ−−モーター、 １２ｂ−ｍ−スリット、 １４−・演算手段、 １５．１６−　ホトダイオード、 ＬＩＡＩ〜ＬＩＡ４・−ロックインアンプ、１７．１８
−ボビン、 １９・〜ニップローラ、 ２０．２１−・集光レンズ、 ２２．２３−光照射部ガバー、 ２４−一一一測定部カバー、 ２５．２６・・−光照射部。 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光学繊維の被測定部分をはさんだ２個所から、該被
   測定部分に異なる周波数でその強度を変調した光を互に
   逆方向に進行するように同時に入射させ、該入射光が被
   測定部分を伝搬する際に放射する放射光量を該被測定部
   分の両側側面部において検出し、検出された電気量につ
   いて各々の変調周波数ごとの電気量信号成分に分離した
   のち、各々の方向に進行する光についての該両側側面部
   における放射光量の比を求めることを特徴とする光学繊
   維の光伝送損失測定方法。 ２、光学繊維の被測定部分をはさんだ２個所に設けられ
   該被測定部分に異なる周波数でその強度を変調した光を
   互に逆方向に進行するように同時に入射させる装置、該
   入射光が被測定部分を伝搬する際に放射する放射光量を
   該被測定部分の両側側面部において検出する装置、検出
   された電気量について各々の変調周波数ごとの電気量信
   号成分に分離する装置、および、各々の方向に進行する
   光についての該両側側面部における放射光量の比を演算
   する装置を具備する光学繊維の光伝送損失測定装置。