JPS6353489B2 - - Google Patents

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JPS6353489B2
JPS6353489B2 JP56049200A JP4920081A JPS6353489B2 JP S6353489 B2 JPS6353489 B2 JP S6353489B2 JP 56049200 A JP56049200 A JP 56049200A JP 4920081 A JP4920081 A JP 4920081A JP S6353489 B2 JPS6353489 B2 JP S6353489B2
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JP
Japan
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optical
pulse
optical cable
signal
electric signal
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Application number
JP56049200A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57161633A (en
Inventor
Masamitsu Tokuda
Mizuho Nakahira
Kazumaro Kitagawa
Yasuyuki Kosugi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anritsu Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Anritsu Corp
Priority to JP4920081A priority Critical patent/JPS57161633A/en
Publication of JPS57161633A publication Critical patent/JPS57161633A/en
Publication of JPS6353489B2 publication Critical patent/JPS6353489B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3109Reflectometers detecting the back-scattered light in the time-domain, e.g. OTDR
    • G01M11/3145Details of the optoelectronics or data analysis
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3109Reflectometers detecting the back-scattered light in the time-domain, e.g. OTDR
    • G01M11/3154Details of the opto-mechanical connection, e.g. connector or repeater

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は通信用光ケーブルの一端から光パルス
を送出し、この光ケーブル内で反射する光パルス
を観測することにより、このケーブルの障害点の
探索または伝送損失の測定を行う装置に関するも
のである。 光ケーブルの一端から光パルスを送出すると、
光ケーブルの内部で二種類の反射光が入射端側に
反射されてくる。その一つはフレネル反射と呼ば
れる反射で、端部または破損点から光ケーブルの
フアイバコアを構成しているガラスと空気との境
界に生じる屈折率の差に起因するものである。例
えば光ケーブルの軸に垂直に切断された面からの
フレネル反射光は、透過光より14dBだけ低い値
である。切断面が垂直でない場合あるいは鏡面で
ない場合には、反射光はこの14dBよりも小さく
なる。 もう一つの種類の反射は、レイリー散乱の後方
散乱光と呼ばれている反射光である。これは、光
ケーブルのフアイバコアに存在する微小なゆらぎ
によつて生じる等方的な散乱であり、その極く一
部が光ケーブルの入射端方向に伝搬し、後方散乱
光として観測される。この後方散乱光は極めて微
弱な光であつて、一搬に入射光よりも約45dB低
いレベルである。これをレイリー散乱反射減衰量
という。 通信用光伝送路の一中継区間における光損失は
約40dBに設計されるので、レイリー散乱光によ
り中継区間における光損失および接続損失を測定
する場合には、 レイリー散乱反射減衰量(45dB)+中継区間光損失
(40dB)×2 +S/N余裕度(30dB)/2=140dB のダイナミツクレンジを必要とすることになる。
現状の光パルス試験装置でこれだけの感度のもの
はない。現実にはこのダイナミツクレンジを時間
領域で実現しなければならない点に、光パルス試
験装置を構成する上でのほとんど全ての問題点が
包まれるということができる。 このうち主要な問題点を列記すると、 (i) フレネル反射によるレベルの高い光によつて
増幅器が飽和し、正確な値を検出できないこ
と、 (ii) 測定器内の誘導雑音により最小検出レベルが
制限されること、 (iii) 高い増幅率を設定するため光検出器また初段
の増幅器等のドリフトが測定精度を悪化させ
る、 等である。 本発明はこれを改善するもので、強力な反射光
による増幅器の飽和を回避することのできるパル
ス試験装置を提供することを目的とする。さら
に、本発明は微弱な反射光を電気信号に変換し高
い増幅率の増幅器を通過させても、そのドリフト
を小さく抑圧することのできる装置を提供するこ
とを目的とする。 本発明は、反射光を電気信号に変換するための
素子としてブランキング電極を設けた光電子増倍
管を用い、この電子増倍管のブランキング電極に
パルスを印加して、強力な反射光が入射するとき
にこの光電子増倍管の出力を減少(停止をも含
む。)させることを特徴とする。さらに本発明の
第二点は、上記構成に加えて、変換された電気信
号をデイジタル化し、デイジタル信号の処理によ
り平均化を行い、この平均化の結果から零レベル
を定める構成を特徴とする。 以下実施例図面を用いて詳しく説明する。 第1図は本発明実施例装置のブロツク構成図で
ある。パルス光源1から発射される光パルスは方
向性結合器2を介して、光コネクタ3から被試験
光ケーブル4の一端に送出される。被試験光ケー
ブル4では前述のように光反射が生じ、これが再
び光コネクタ3に戻ると、方向性結合器2で分離
されて光電変換器6に入射される。この光電変換
器6の光電変換素子は光電子増倍管であり、その
電極にはブランキングパルスがパルス発生器7よ
り与えられるように構成されている。 光電変換器6の出力に得られる電気信号は、可
変抵抗減衰器9を介して、増幅器10に与えられ
て増幅され、その出力はAD変換器11によりデ
イジタル信号に変換される。このデイジタル信号
は平均化回路12でデイジタル処理されて平均化
出力とされる。またこの平均化回路12の別出力
は、零レベル検出回路14に与えられて、光信号
のない状態の零レベルを設定し、上記平均化出力
と結合され、DA変換器16によりアナログ信号
に戻される。この出力は表示装置17により表示
される。表示装置17は対数変換器を含み、時間
軸上に受信レベルをデシベル表示することのでき
るものが好ましい。18はタイミング回路で、こ
の装置20の各回路にタイミング信号を与える。 ここで、本発明の特徴とするところは、光電変
換器6に光電子増倍管が使用されていること、こ
の光電子増倍管の電極にブランキングパルスが与
えられること、さらに、平均化回路12がデイジ
タル回路により構成され、この平均化回路12の
出力により零レベルがデイジタル的に設定される
ことにある。 第2図は本実施例に使用された電子増倍管の構
造図である。この光電子増倍管22はイメージデ
イセクタと呼ばれるもので、光信号はレンズ23
により集光され、光電面24で光電子に変換され
る。この光電子は偏向電極25の間を通過して、
さらにアパーチヤ27を通過し、第一のダイノー
ド28に達するように構成される。この光電子は
ダイノード28に続く多数のダイノードで増幅さ
れて、アノード30から電気信号として取出され
る。ここで、アパーチヤ27の周囲にはブランキ
ング電極31が備えられ、このブランキング電極
に電圧を加えることにより、光電子がダイノード
28に到達することを阻止するように構成されて
いる。 第1図に戻つて、パルス発生器7の出力のブラ
ンキングパルスは、このブランキング電極31に
与えられるように接続される。また、このブラン
キングパルスの発生タイミングおよび接続時間
は、光パルスが光電子増倍管22に受信されてい
る時間のうちに、任意に設定できるように構成さ
れる。なお、ブランキングパルスは必ずしもブラ
ンキング電極31でなくとも、偏向電極25に接
続してもよい。 このように構成された装置の動作を説明する
と、第3図は1個の送出パルスに応答して、表示
装置17に表示される観測結果の一例を示す図で
ある。横軸は時間軸であつて、これに光ケーブル
内の光速を乗算すれば往復の距離になる。縦軸は
受信される反射光のレベルを表示し、この例では
直線表示である。 第3図でF0は光ケーブル4の入射端で生じる
反射であつて、極めてレベルが高い。F1は光ケ
ーブル4の中間点(×点)にある接続的で生じる
フレネル反射であつて、レベルが高い。F2は遠
端で生じるフレネル反射である。曲線AおよびB
はレイリー散乱による後方散乱光であつて、傾斜
は光伝送損失に対応する。Nは雑音レベルであ
る。 このような受信波形で、F0およびF2はレベル
が高く、増幅器10を飽和させる。F0およびF2
のレベルが高い時間は極めて短いが、増幅器10
は一度飽和すると信号が消えても飽和状態が回復
するまでにはある程度の時間を要し、それにつづ
く受信波形の観測が不能となる。 そこで、本発明の装置では第3図に斜線で示す
時間、すなわち始めよりt0までと、時間t1からt2
までの時間に、ブランキングパルスを送出して光
電子増倍管の出力を低減させ、増幅器10が飽和
状態になることを回避するように制御する。さら
に詳しくは、光電子増倍管22のブランキング電
極31にブランキングパルスを印加し、この印加
中の時間のみ光電子がダイノード28に到達する
ことを抑止する。 ブランキングパルスはパルス発生器7より送出
されるが、パルス発生器7はタイミング回路18
に同期して制御され、パルス光源1がパルスを送
出する時間に同期して、第3図に示す時刻t0,t1
およびt2を手動操作により任意に可変に設定でき
るように構成しておくことが便利である。これら
の時刻を正しく設定することにより、曲線Aまた
はBの部分がレベルの高い部分の影響を受けるこ
となく観測できることになる。 第4図に電子増倍管のブランキング電極に印加
する電圧と出力電圧の減衰量の関係を示す。これ
は、ブランキング電極に−1500Vの電圧を印加し
たときの出力電圧を0dBとし、ブランキング電極
の電圧を変えて出力電圧変化を測定したものであ
る。この結果より、約50Vの電圧シフトにより、
電圧減衰量で100dB、すなわち入射光に換算した
光の減衰量で50dBの減衰効果があることがわか
る。完全端面フレネル反射は後方散乱光より約
30dB高いため、50dBの減衰効果は実用上十分な
値である。実際には、任意の時点である時間幅だ
け減衰させるため、ブランキング電圧はこの例で
は例えば通常−1530V程度にしておき、減衰させ
る時だけ、−10〜−20Vのパルスを重畳させるこ
とにより行うことがよい。 ブランキング電極への印加電圧をパルス状に変
化させると、電気信号出力への影響がある。この
測定結果を第5図に示す。これはブランキングパ
ルスピーク値を10Vとし、このパルス(ステツプ
パルス)の立上り時間を変化させて測定したもの
である。15V、20Vの場合10Vの時の測定結果よ
り計算したものである。以上の測定結果よりブラ
ンキングパルスはピーク値約15V、立上り時間約
200nSを採用した。 直流増幅器ではゼロ点がドリフトにより変動す
るため、対数変換を行う場合に誤差を生じる。第
6図に示すように後方散乱光の波形の増幅出力が
増幅器フルスケール振幅(振幅1)だけあり、そ
の波形がドリフトによりδだけ変動している場合
を考える。損失L(dB)(往復損失である。)の点
における対数変換後の誤差ε(dB)は を表わされる。この計算結果を第7図に示す。横
軸は往復損失L(dB)のほか、光損失2.8dB/Km
のときの線路長x(Km) 2.8×2×x=L でも表わしている。 光損失は2点間の損失差より求めるため、ゼロ
点のドリフトによる損失測定誤差は以下のように
なる。 2%のドリフト:測定誤差1.0−0.1=0.9dB 1%のドリフト:測定誤差0.55−0.04=0.51dB 0.5%のドリフト:測定誤差0.28−0.02=0.26dB 0.2%のドリフト:測定誤差0.12−0.01=0.11dB このことから0.2%のドリフトに対して2Kmの
光損失測定誤差は0.1dBとなり、きわめて厳しい
ドリフト安定度が必要とされることがわかる。例
えば5Vフルスケールの増幅器の0.2%は10mVで
あり、40dBの利得では増幅器の入力端換算ドリ
フトは0.1mVとなるため、ドリフトによる測定
誤差は避けられないものと考えられる。 このドリフトに対して、第8図に示すように後
方散乱光の受信波形のゼロレベルに対しても、サ
ンプル(図中・印で示す。)を行い、デイジタル
処理により平均化を行う。すなわち平均化を行つ
た結果にデイジタル値で差をとり、その結果を
DA変換し、さらに対数変換を行う。 この方式ではAD変換器より前段のすべてのド
リフトを補正することができる。ゼロレベルサン
プルポイントとしては、光パルス送出時(後方散
乱光の受信波形の立上り点)より前および後の両
方があり得るが、後では観測ケーブルの長さによ
りサンプルポイントが変わるため前の点で行つて
いる。 このような方式では増幅器の帯域は直流まであ
る必要がなく、直流をカツトしても問題ない。し
かし、受信波形を精度良く再現するためには増幅
器の低域遮断周波数をある程度低くすることが必
要となる。 直流成分をカツトした増幅器を通すと後方散乱
波形は第9図に示すように右下りの斜線部分と左
下りの斜線部分の面積が等しくなる。第9図aは
きわめて低い低域遮断周波数fLの場合であり、第
9図bは低域遮断周波数fLがKHzオーダの場合で
あり、この例では光損失は大き目に測定されるこ
とになる。以下に低域遮断周波数fLと誤差の関係
について計算する。 簡単のため、ステツプ関数に対する過渡応答を
考える。CR微分回路の時定数をτとすると第1
0図に示すようにステツプ応答はe-t/〓となる。低
域遮断周波数fLの回路の時定数は τ=1/2πfL であり、5Kmのフアイバの場合を考え、 t=50μs における値を計算すると次表のようになる。
The present invention relates to an apparatus for searching for a fault point or measuring transmission loss in a communication optical cable by sending out an optical pulse from one end of the cable and observing the optical pulse reflected within the optical cable. When a pulse of light is sent out from one end of an optical cable,
Inside the optical cable, two types of reflected light are reflected toward the input end side. One type of reflection is called Fresnel reflection, which is caused by the difference in refractive index that occurs at the boundary between the glass that makes up the fiber core of the optical cable and the air from the end or break point. For example, the Fresnel reflected light from a plane cut perpendicular to the axis of an optical cable is 14 dB lower than the transmitted light. If the cut plane is not vertical or mirror-like, the reflected light will be smaller than this 14 dB. Another type of reflection is reflected light called Rayleigh backscattered light. This is isotropic scattering caused by minute fluctuations existing in the fiber core of the optical cable, and a small portion of it propagates toward the input end of the optical cable and is observed as backscattered light. This backscattered light is extremely weak light, and its level is about 45 dB lower than that of the incident light. This is called Rayleigh scattering return loss. The optical loss in one relay section of an optical transmission line for communication is designed to be approximately 40 dB, so when measuring the optical loss and connection loss in the relay section using Rayleigh scattered light, the Rayleigh scattering return loss (45 dB) + relay A dynamic range of section optical loss (40 dB) x 2 + S/N margin (30 dB)/2 = 140 dB is required.
No current optical pulse testing device has this level of sensitivity. In reality, it can be said that almost all the problems in configuring an optical pulse test device are contained in the fact that this dynamic range must be realized in the time domain. The main problems are: (i) the amplifier is saturated with high-level light due to Fresnel reflection, making it impossible to detect accurate values; and (ii) the minimum detection level is reduced due to induced noise within the measuring instrument. (iii) Due to setting a high amplification factor, drift in the photodetector and first-stage amplifier deteriorates measurement accuracy. The present invention aims to improve this problem and to provide a pulse test device that can avoid saturation of the amplifier due to strong reflected light. A further object of the present invention is to provide a device that can convert weak reflected light into an electrical signal and suppress its drift to a small level even when the electrical signal is passed through an amplifier with a high amplification factor. The present invention uses a photomultiplier tube equipped with a blanking electrode as an element for converting reflected light into an electrical signal, and by applying a pulse to the blanking electrode of this electron multiplier tube, strong reflected light is generated. It is characterized in that the output of the photomultiplier tube is reduced (including stopped) when the photomultiplier tube is incident. Furthermore, the second aspect of the present invention is characterized in that, in addition to the above configuration, the converted electrical signal is digitized, the digital signal is processed to be averaged, and the zero level is determined from the result of this averaging. A detailed explanation will be given below using the drawings of the embodiment. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention. Optical pulses emitted from a pulsed light source 1 are transmitted via a directional coupler 2 from an optical connector 3 to one end of an optical cable 4 under test. As described above, light is reflected in the optical cable under test 4, and when it returns to the optical connector 3, it is separated by the directional coupler 2 and enters the photoelectric converter 6. The photoelectric conversion element of this photoelectric converter 6 is a photomultiplier tube, and the electrode thereof is configured so that a blanking pulse is applied from a pulse generator 7. The electrical signal obtained at the output of the photoelectric converter 6 is applied to the amplifier 10 via the variable resistance attenuator 9 and amplified, and the output is converted into a digital signal by the AD converter 11. This digital signal is digitally processed by an averaging circuit 12 to produce an averaged output. Further, another output of this averaging circuit 12 is given to a zero level detection circuit 14 to set a zero level in a state where there is no optical signal, and is combined with the above averaged output and converted back to an analog signal by a DA converter 16. It will be done. This output is displayed on the display device 17. The display device 17 preferably includes a logarithmic converter and is capable of displaying the received level in decibels on the time axis. Reference numeral 18 denotes a timing circuit that provides timing signals to each circuit of this device 20. Here, the features of the present invention are that a photomultiplier tube is used as the photoelectric converter 6, that a blanking pulse is applied to the electrodes of this photomultiplier tube, and that the averaging circuit 12 is constituted by a digital circuit, and the zero level is digitally set by the output of this averaging circuit 12. FIG. 2 is a structural diagram of the electron multiplier tube used in this example. This photomultiplier tube 22 is called an image desector, and the optical signal is sent to the lens 23.
The light is focused by the photocathode 24 and converted into photoelectrons. These photoelectrons pass between the deflection electrodes 25,
It is further configured to pass through the aperture 27 and reach the first dynode 28 . These photoelectrons are amplified by a large number of dynodes following the dynode 28, and are extracted from the anode 30 as an electrical signal. Here, a blanking electrode 31 is provided around the aperture 27, and is configured to prevent photoelectrons from reaching the dynode 28 by applying a voltage to this blanking electrode. Returning to FIG. 1, the blanking pulse output from the pulse generator 7 is connected to be applied to the blanking electrode 31. Further, the generation timing and connection time of this blanking pulse can be set arbitrarily during the time when the optical pulse is received by the photomultiplier tube 22. Note that the blanking pulse is not necessarily connected to the blanking electrode 31, but may be connected to the deflection electrode 25. To explain the operation of the apparatus configured in this way, FIG. 3 is a diagram showing an example of observation results displayed on the display device 17 in response to one sending pulse. The horizontal axis is the time axis, and multiplying this by the speed of light in the optical cable gives the round trip distance. The vertical axis represents the level of reflected light received and is a linear representation in this example. In FIG. 3, F 0 is the reflection that occurs at the input end of the optical cable 4 and is of extremely high level. F 1 is a Fresnel reflection that occurs in a connection at the midpoint (x point) of the optical cable 4, and has a high level. F 2 is the Fresnel reflection that occurs at the far end. curves A and B
is backscattered light due to Rayleigh scattering, and the slope corresponds to optical transmission loss. N is the noise level. In such a received waveform, F 0 and F 2 have high levels and saturate the amplifier 10. F0 and F2
Although the time when the level of amplifier 10 is high is extremely short,
Once saturated, even if the signal disappears, it takes some time for the saturated state to recover, and subsequent observation of the received waveform becomes impossible. Therefore, in the apparatus of the present invention, the time indicated by diagonal lines in FIG .
During this period, a blanking pulse is sent to reduce the output of the photomultiplier tube and control the amplifier 10 to avoid saturation. More specifically, a blanking pulse is applied to the blanking electrode 31 of the photomultiplier tube 22, and photoelectrons are prevented from reaching the dynode 28 only during this application period. The blanking pulse is sent out from the pulse generator 7, which is connected to the timing circuit 18.
The pulse light source 1 sends out pulses at the times t 0 and t 1 shown in FIG.
It is convenient to have a configuration in which t 2 and t 2 can be set arbitrarily and variably by manual operation. By setting these times correctly, the portion of curve A or B can be observed without being affected by the high level portion. FIG. 4 shows the relationship between the voltage applied to the blanking electrode of the electron multiplier and the amount of attenuation of the output voltage. This was done by setting the output voltage to 0 dB when a voltage of -1500V was applied to the blanking electrode, and measuring the output voltage change by changing the voltage of the blanking electrode. From this result, with a voltage shift of about 50V,
It can be seen that there is an attenuation effect of 100 dB in voltage attenuation, that is, 50 dB in light attenuation converted to incident light. The perfect edge Fresnel reflection is approximately smaller than the backscattered light.
Since it is 30 dB higher, the attenuation effect of 50 dB is a practically sufficient value. In reality, in order to attenuate by a certain time width at any point in time, the blanking voltage is usually set to about -1530V in this example, and only when attenuation is done, a pulse of -10 to -20V is superimposed. That's good. Changing the voltage applied to the blanking electrode in a pulsed manner has an effect on the electrical signal output. The measurement results are shown in FIG. This was measured by setting the blanking pulse peak value to 10V and varying the rise time of this pulse (step pulse). For 15V and 20V, it is calculated from the measurement results at 10V. From the above measurement results, the blanking pulse has a peak value of approximately 15V and a rise time of approximately
200nS was adopted. Since the zero point of a DC amplifier fluctuates due to drift, an error occurs when logarithmic conversion is performed. As shown in FIG. 6, consider a case where the amplified output of the waveform of backscattered light has an amplifier full scale amplitude (amplitude 1), and the waveform fluctuates by δ due to drift. The error ε (dB) after logarithmic transformation at the point of loss L (dB) (round trip loss) is is expressed. The results of this calculation are shown in FIG. The horizontal axis is the round trip loss L (dB) and the optical loss 2.8dB/Km
It is also expressed as line length x (Km) when 2.8×2×x=L. Since the optical loss is determined from the loss difference between two points, the loss measurement error due to the drift of the zero point is as follows. 2% drift: Measurement error 1.0-0.1 = 0.9dB 1% drift: Measurement error 0.55-0.04 = 0.51dB 0.5% drift: Measurement error 0.28-0.02 = 0.26dB 0.2% drift: Measurement error 0.12-0.01 = 0.11dB From this, it can be seen that for a drift of 0.2%, the optical loss measurement error for 2 km is 0.1dB, and extremely strict drift stability is required. For example, 0.2% of a 5V full-scale amplifier is 10mV, and with a gain of 40dB, the input-referred drift of the amplifier is 0.1mV, so measurement errors due to drift are considered unavoidable. In response to this drift, as shown in FIG. 8, samples (indicated by marks in the figure) are also performed for the zero level of the received waveform of the backscattered light, and averaged by digital processing. In other words, take the difference in digital values from the averaging results and use the result as
Perform DA conversion and then logarithmic conversion. With this method, it is possible to correct all the drifts in the stages before the AD converter. The zero-level sample point can be both before and after the optical pulse transmission (the rising point of the received waveform of the backscattered light), but since the sample point changes depending on the length of the observation cable afterward, the previous point may be the same. I'm going. In such a system, the band of the amplifier does not need to extend to direct current, and there is no problem even if the direct current is cut off. However, in order to accurately reproduce the received waveform, it is necessary to lower the low cutoff frequency of the amplifier to some extent. When the backscattered waveform is passed through an amplifier that cuts out the DC component, the areas of the diagonal line on the lower right and the area of the diagonal line on the lower left become equal, as shown in FIG. Figure 9a shows the case where the low cut-off frequency f L is extremely low, and Figure 9 b shows the case where the low cut-off frequency f L is on the order of KHz. In this example, the optical loss is measured to be large. Become. The relationship between the low cutoff frequency f L and the error will be calculated below. For simplicity, consider a transient response to a step function. If the time constant of the CR differentiator circuit is τ, then the first
As shown in Figure 0, the step response is e -t/ 〓. The time constant of the circuit with a low cutoff frequency f L is τ = 1/2πf L. Considering the case of a 5 km fiber, the values at t = 50 μs are calculated as shown in the following table.

【表】 10log10et/〓は直流をカツトしたことによる誤差
(往復損失測定誤差)であるから、低域遮断周波
数fLは10Hz以下であれば、誤差は0.02dB以下であ
り、実用上十分と考えられる。ここでの検討は入
力波形をステツプ関数としているが、実際は指数
関数である。この場合にも誤差としては同程度と
考えられる。 増幅器の高域遮断周波数fHは送出パルスがほぼ
そのままの形で通過できる条件により決まる。高
域遮断周波数fHと立上り時間trとの関係は tr=0.35/fH であるため fH=10MHzでτr=35nS fH=5MHzでτr=70nS となる。一方信号に含まれる熱雑音は帯域に比例
するため、S/Nを良くするためには帯域が可能
な限り狭い方が望ましい。後方散乱光の測定はダ
イナミツクレンジに全く余裕がないため、感度を
良くすることを第1に設計しており、その観点か
らは立上りが悪くても雑音の少ない方を選択し、
高域遮断周波数fHは5MHz程度としている。この
ため、τrは70nSであり、パルス半値幅100nSとほ
ぼ同様の値となつている。 以上説明したように、本発明によれば、ブラン
キングパルスとしてブランキング電極への印加電
圧をわずか−10V〜−20V変化させるだけで、レ
ベルの高いフレネル反射が増幅器入力に加わるこ
とを抑止できるので、光電子増倍管の電圧制御が
簡単な構成で増幅器の飽和を防止することができ
る。また、デイジタル処理により零点を決めるの
で、増幅度を極めて高くとつても、ドリフトを補
償することが可能になる。これにより高いダイナ
ミツクレンジにより、高精度の測定が可能となる
光パルス試験装置が得られた。本発明の装置を使
用した結果は極めて良好であり、ケーブルの障害
点に限らず、布設された状態の光ケーブルについ
て接続点その他の状況を精度良く観測することが
できた。
[Table] 10log 10 e t/ 〓 is the error caused by cutting off the DC (round trip loss measurement error), so if the low cutoff frequency f L is 10Hz or less, the error is 0.02dB or less, which is not practical for practical purposes. considered sufficient. In this study, the input waveform is a step function, but in reality it is an exponential function. In this case as well, the error is considered to be about the same. The high cutoff frequency f H of the amplifier is determined by the conditions under which the transmitted pulse can pass through almost unchanged. Since the relationship between the high cutoff frequency f H and the rise time t r is t r =0.35/f H , when f H = 10 MHz, τ r = 35 nS; when f H = 5 MHz, τ r = 70 nS. On the other hand, since thermal noise included in a signal is proportional to the band, it is desirable that the band be as narrow as possible in order to improve the S/N ratio. Since there is no margin in the dynamic range for measuring backscattered light, the first priority is to improve the sensitivity, and from that point of view, we choose the one with less noise even if the rise is bad.
The high cutoff frequency fH is approximately 5MHz. Therefore, τ r is 70 nS, which is approximately the same value as the pulse half-width of 100 nS. As explained above, according to the present invention, it is possible to suppress high-level Fresnel reflections from being applied to the amplifier input by simply changing the voltage applied to the blanking electrode by -10V to -20V as a blanking pulse. , it is possible to prevent saturation of the amplifier with a simple configuration for controlling the voltage of the photomultiplier tube. Furthermore, since the zero point is determined by digital processing, it is possible to compensate for drift even if the amplification degree is extremely high. As a result, an optical pulse testing device was obtained that enables highly accurate measurements due to its high dynamic range. The results of using the apparatus of the present invention were very good, and it was possible to accurately observe not only the failure point of the cable but also the connection point and other conditions of the optical cable as it was laid.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明実施例装置のブロツク構成図。
第2図は光電子増倍管(イメージデイセクタ)の
構造例を示す図。第3図は反射光の受信波形図。
第4図はブランキング電極電圧に対する光電子増
倍管の出力電圧減衰量を示す図。第5図はブラン
キングパルス立上り時間に対する光電子増倍管出
力端子のもれ電圧(光電子増倍管の負荷は10KΩ
とする)を示す図。第6図は増幅器ドリフトが受
信波形に及ぼす影響を示す図。aはドリフトな
し、bはドリフトあり。第7図は光損失に対する
ドリフトによる誤差を示す図。第8図は零レベル
サンプルのサンプルポイントを示す図。第9図は
増幅器の低域遮断周波数fLが受信波形に及ぼす影
響を説明するための図。aは低域遮断周波数fL
極めて低い場合、bは同fLが数KHzの場合。第1
0図は増幅器の低域遮断周波数による受信波形の
歪み量を計算するための説明図。 1……パルス光源、2……方向性結合器、3…
…光コネクタ、4……被試験光ケーブル、6……
光電変換器、7……パルス発生器、9……可変抵
抗減衰器、10……増幅器、11……AD変換
器、12……平均化回路、14……零レベル検出
回路、16……DA変換器、17……表示装置、
18……タイミング回路、22……光電子増倍
管、23……レンズ、24……光電面、25……
偏向電極、27……アパーチヤ、28……ダイノ
ード、30……アノード。
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the structure of a photomultiplier tube (image disector). FIG. 3 is a received waveform diagram of reflected light.
FIG. 4 is a diagram showing the output voltage attenuation amount of the photomultiplier tube with respect to the blanking electrode voltage. Figure 5 shows the leakage voltage at the photomultiplier tube output terminal with respect to the blanking pulse rise time (the load on the photomultiplier tube is 10KΩ).
). FIG. 6 is a diagram showing the influence of amplifier drift on received waveforms. A is without drift, b is with drift. FIG. 7 is a diagram showing errors due to drift with respect to optical loss. FIG. 8 is a diagram showing sample points of zero level samples. FIG. 9 is a diagram for explaining the influence of the low cutoff frequency f L of the amplifier on the received waveform. A is when the low cutoff frequency f L is extremely low, and b is when f L is several KHz. 1st
FIG. 0 is an explanatory diagram for calculating the amount of distortion of the received waveform due to the low cutoff frequency of the amplifier. 1...Pulse light source, 2...Directional coupler, 3...
...Optical connector, 4... Optical cable under test, 6...
Photoelectric converter, 7...Pulse generator, 9...Variable resistance attenuator, 10...Amplifier, 11...AD converter, 12...Averaging circuit, 14...Zero level detection circuit, 16...DA converter, 17...display device,
18... Timing circuit, 22... Photomultiplier tube, 23... Lens, 24... Photocathode, 25...
Deflection electrode, 27...aperture, 28...dynode, 30...anode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 被試験光ケーブルの一端から光パルスを送出
する第一の手段と、 この光パルスが上記被試験光ケーブル内で反射
して生じる光信号を受信し電気信号に変換する第
二の手段と、 この電気信号の大きさを時間軸上で分析する第
三の手段と を備えた光ケーブルのパルス試験装置において、 上記第二の手段の光電気変換素子としてブラン
キング電極を設けた光電子増倍管が用いられ、 この光電子増倍管の出力に電気信号が送出され
ている時間のうちの一部の時間にこの出力電気信
号を減少させるパルス電圧を上記ブランキング電
極に印加する手段を 備えたことを特徴とする光ケーブルのパルス試験
装置。 2 被試験光ケーブルの一端から光パルスを送出
する第一の手段と、 この光パルスが上記被試験光ケーブル内で反射
して生じる光信号を受信し電気信号に変換する第
二の手段と、 この電気信号の大きさを時間軸上で分析する第
三の手段と を備えた光ケーブルのパルス試験装置において、 上記第二の手段の光電気変換素子としてブラン
キング電極を設けた光電子増倍管が用いられ、 この光電子増倍管に出力電気信号が送出されて
いる時間のうちの一部の時間にこの出力電気信号
を減少させるパルス電圧を上記ブランキング電極
に印加する手段を備え、 上記第三の手段に、 上記電気信号をデイジタル信号に変換する手段
と、 このデイジタル信号により上記電気信号の大き
さを平均化する手段と、 この手段の出力から上記光信号の零レベルを求
める手段と を含むことを特徴とする光ケーブルのパルス試験
装置。
[Scope of Claims] 1. A first means for transmitting an optical pulse from one end of the optical cable under test, and a second means for receiving an optical signal generated when the optical pulse is reflected within the optical cable under test and converting it into an electrical signal. and a third means for analyzing the magnitude of the electric signal on the time axis, wherein a photoelectronic cable provided with a blanking electrode as the photoelectric conversion element of the second means is provided. A multiplier tube is used, and means for applying a pulsed voltage to the blanking electrode to reduce the output electric signal during a part of the time when the electric signal is being sent to the output of the photomultiplier tube. An optical cable pulse testing device characterized by: 2. A first means for transmitting an optical pulse from one end of the optical cable under test; a second means for receiving an optical signal generated by reflection of the optical pulse within the optical cable under test and converting it into an electrical signal; In an optical cable pulse testing device equipped with a third means for analyzing the magnitude of a signal on a time axis, a photomultiplier tube provided with a blanking electrode is used as a photoelectric conversion element of the second means. , comprising means for applying a pulse voltage to the blanking electrode to reduce the output electric signal during a part of the time when the output electric signal is being sent to the photomultiplier tube, and the third means and means for converting the electric signal into a digital signal, means for averaging the magnitude of the electric signal using the digital signal, and means for determining the zero level of the optical signal from the output of the means. Characteristics of optical cable pulse testing equipment.
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JP2017203626A (en) * 2016-05-09 2017-11-16 日本電信電話株式会社 Optical pulse testing device and optical pulse testing method

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