KR20190107042A - 광섬유들에 대한 측정 디바이스 및 방법 - Google Patents

광섬유들에 대한 측정 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광섬유(1400)에서 반사를 측정하기 위한 측정 디바이스(3000)에 관한 것이고, 디바이스는, 광섬유(1400)에 연결되고 광섬유(1400)에 광을 방출하도록 구성된 방출 수단(3100), 광섬유(1400)에 연결되고 광섬유(1400)로부터 반사된 광을 수신하도록 구성된 측정 수단(3300)을 포함하고, 측정 수단은 제1 광자 검출기(3310) 및 제2 광자 검출기(3311)를 포함하고, 제2 광자 검출기(3311)의 동작 및/또는 제2 광자 검출기(3311)에 도달하는 반사된 광은 제1 광자 검출기(3310)의 출력에 기초하여 제어된다.

Description

광섬유들에 대한 측정 디바이스 및 방법
본 발명은 일반적으로 광섬유에서 반사를 측정하기 위한 측정 디바이스 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 광학 시간 도메인 반사 측정 분야에 관한 것이다. 더욱 더 구체적으로, 본 발명은 결함 또는 연결부와 같은, 반사 부분에 후속하는 광섬유의 부분들의 레일리(Rayleigh) 후방 산란을 측정하는 것을 허용하는 개선된 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
광학 시간 도메인 반사 측정(OTDR)은 광섬유에서 반사를 측정하기 위해 전기통신 분야에서 널리 사용된다. OTDR에서, 통상적으로 10 피코초 내지 1 마이크로초, 바람직하게는 30 피코초 내지 10 나노초인 지속기간의 레이저 광인 광의 짧은 펄스가, 통상적으로 테스트중인 섬유 또는 FUT로 지칭되는 광섬유에 주입된다.
광섬유에서, 광의 일부는 주입 측을 향해 반사된다. 반사는 레일리 후방 산란 및/또는 로컬 결함들 및/또는 광섬유와 다른 컴포넌트들 사이의 연결부들로 인한 것일 수 있다. 섬유로부터 리턴하는 반사된 광은 광검출기, 예를 들어, 포토다이오드에 의해 수집되고, 반사 값은 검출 시간의 함수로서 기록된다.
이러한 방식으로, 광섬유의 전체 길이에 걸쳐 후방 산란된 신호의 공간적으로 분해된 분석이 획득된다. 반사된 신호 대 시간 트레이스의 기록된 진폭을 검토함으로써, 사용자는 광섬유의 파손, 손상, 강한 반사, 불량한 연결부들, 강한 굽힘들, 파쇄 및 다른 특성들을 식별할 수 있다.
매우 짧은 레이저 펄스들이 광섬유로 론칭됨에 따라, OTDR은 높은 시간/공간 정밀도를 달성할 수 있다. 그러나, OTDR의 분해능을 증가시키기 위해, 광검출기 및 연관된 증폭기들은 더 큰 대역폭을 가질 필요가 있다. 이러한 높은 대역폭 디바이스들은 더 낮은 감도를 갖는다. 이러한 이유로, 종래의 OTDR들은 높은 공간/시간 분해능 및 높은 감도를 동시에 달성할 수 없다.
광자 카운팅을 수행하는 광검출기는 매우 높은 감도 및 높은 시간 분해능을 제공할 수 있다. 광자 카운팅은 단일 광자 레벨에 이르기까지 매우 낮은 광 레벨들을 검출하는 것을 허용한다. 광자 카운팅 기술들은 1 나노초보다 양호한 시간 분해능을 달성할 수 있다. 그러나, 광자 카운팅을 수행하는 광검출기들은 제한된 동적 범위를 갖는다. OTDR의 동적 범위는 가장 높은 및 가장 낮은 측정가능한 후방 산란 또는 역-반사 신호 사이의 차이이다. 광자 카운팅 OTDR은 각각의 방출된 레이저 펄스에 대해 하나 초과의 광자를 검출할 수 없기 때문에, 높은 후방 산란 레벨들은 광검출기의 포화를 초래한다.
도 1은 종래 기술에 따른 측정 디바이스(1000)를 개략적으로 예시한다. 특히, 측정 디바이스(1000)는 일반적으로 원하는 강도 및 길이를 갖는 펄스형 광을 방출할 수 있는 방출 수단(1100)을 포함한다. 구체적으로 예시된 실시예에서, 방출 수단(1100)은 파브리-페로(Fabry-Perot) 레이저(1120)를 구동하는 펄스 구동기(1110)를 포함한다. 광 누설을 보상하기 위해, 음향-광학 변조기(1130)가 펄스 패턴 생성기(1140)에 의해 제어된다.
측정 디바이스(1000)는 방출 수단(1100) 및 테스트중인 광섬유(1400)에 연결된 서큘레이터(1200)를 더 포함한다. 개략적으로 예시된 바와 같이, 광섬유(1400)에 진입한 광은 부분적으로 반사되고, 서큘레이터(1200)를 통해 되돌아 갈 때 측정 수단(1300)으로 지향된다.
측정 수단(1300)은 바람직하게는 시간-디지털 변환기(1320)에 연결된 단일 광자 검출기인 광자 검출기(1310)를 포함하고, 시간-디지털 변환기(1320)는 단일 광자 검출기(1310)의 출력에 대한 타임스탬프들을 제공한다. 그러한 타임스탬프들은, 디바이스(1000)와 광섬유(1400) 내의 반사 이벤트들 사이의 지연을 결정하기 위해, 시간-디지털 변환기(1320)에 연결된 데이터 포착 단말(1330)에 의해 분석된다.
도 2는 디바이스(1000)의 예시적인 출력을 개략적으로 예시한다. 특히, 도 2에서 Y 축은 디바이스(1000)에 의해 검출된 광자들의 수를 표현하는 한편, X 축은 시간 또는 반사 이벤트까지의 등가 거리를 표현한다.
0과 T1 사이에서 볼 수 있는 바와 같이, 히스토그램은 주어진 시간에 카운팅된 특정 수의 광자들을 표시한다. 광섬유에 주입된 펄스의 주어진 전력 및 폭에 대해, 레일리 후방 산란에 대한 광자들의 통상적인 수는, 추후에 설명될 더 높은 레벨의 반사들에 비해, 비교적 낮을 수 있다. 광자들의 절대량은 방출 수단(1100)의 전력, 반사 신호가 통합되는 시간 및 다른 변수들에 의존한다. 시간 T1에, 예를 들어, 광섬유(1400)와 다른 요소 사이의 연결부와 같은 더 강력한 반사 이벤트로 인해 상당히 더 많은 수의 광자들이 검출된다. 시간 T1에서의 신호는 레일리 후방 산란으로 인해 신호보다 10-100dB 더 높을 수 있다. 이는 문제가 되는데, 시간 T1에 검출된 많은 수의 광자들은, 예시된 바와 같이, 일반적으로 디바이스의 측정 분해능 Twin보다 긴 T1과 T2 사이의 시간 간격 ΔT1 동안 측정 수단(1300), 특히 광자 검출기(1310)를 실질적으로 블라인드하기 때문이다. 이는 T1에 후속하여 T2까지 레일리 후방 산란이 디바이스(1000)에 의해 검출가능하지 않게 한다. 이는, 시간 T1에 검출에 의해 포화되지 않는다면 측정 디바이스(1000)가 측정할 수 있을 것을 개략적으로 예시하기 위해, 점선들로 예시된다.
더욱 더 구체적으로, 광자 검출기(1310)가 각각의 측정 윈도우에서 반사 신호를 측정할 때, 반사 내의 광자들의 수에 의존하는 광자를 검출하는지 여부의 확률을 갖는다. 광자 검출기(1310)가 광자를 검출하면, 다시 동작가능하게 되고 새로운 검출을 수행할 수 있기 위해 특정 시간을 필요로 한다. 이러한 시간은 통상적으로 데드-타임으로 지칭되는 ΔT1에 대응하고, 광자 검출기(1310)가 실질적으로 블라인드인 시간 간격을 실질적으로 표시한다.
T1 이전과 같이 광자 검출기(1310)에 도달하는 신호가 낮을 때, 광자 검출기는 각각의 측정 윈도우 Twin에 트리거링할 특정 확률을 갖는다. 예를 들어, 제1 측정 동안, 제1 측정 윈도우에 트리거링할 수 있는 한편, 제2 측정 동안 트리거링하지 않을 수 있고, 그 대신 제2 측정 윈도우에 트리거링할 수 있다. 마지막으로, 각각의 측정 간격에서 광자 검출기가 트리거링할 시간들의 수는 주어진 측정 간격 동안 수신된 광자들의 수에 비례하고 이를 표시할 것이다.
그러나, T1에서와 같이, 상당히 높은 반사가 발생하는 측정 윈도우 Twin가 존재하면, 이러한 시간 간격에 광자 검출기(1310)가 트리거링할 확률은 1에 매우 근접한다. 이는, 매우 많은 수의 측정들의 경우에도, ΔT1과 동일한 시간 기간 동안, 광자 검출기(1310)가 T1에 후속하는 측정 윈도우들에서 반사를 측정할 수 없는 것을 초래한다. 다음으로, 주어진 측정 윈도우에서 데드-타임을 경험할 이러한 높은 확률은 또한 광자 검출기가 포화되는 것으로 지칭될 것이다. 즉, 확률 관점에서, 데드-타임으로 인해 임의의 후속 측정이 실질적으로 불가능하게 되는 T1에 광자 검출기가 트리거링할 이러한 높은 확률을 갖는다는 점에서 포화 효과가 존재한다.
이는, 몇몇 실용적인 애플리케이션들에서, T1 이후 반사 레벨을 아는 것에 관심이 있기 때문에 문제가 된다. 예를 들어, T1에서의 이벤트 직전 및 직후의 값들로부터, 광학 연결부들에서 삽입 손실을 측정하는 것이 가능하다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, 문헌 US 7,593,098호에 의해 개시된 종래 기술의 측정 디바이스는 검출을 위해 짧은 펄스 및 이동 윈도우를 사용하는 것을 교시한다. 즉, 측정 수단(1300)은 예를 들어, 방출 수단(1100)에 의해 방출된 광 펄스의 펄스 길이에 실질적으로 대응할 수 있는 단일 측정 윈도우 Twin의 지속기간 동안에만 턴 온되고, 측정 윈도우는 시간 축을 따라 이동한다. 달리 말하면, 제1 측정은 윈도우 0-Twin에 수행되고, 제2 측정은 윈도우 Twin-2Twin에, 그 다음, 제3 측정은 2Twin-3Twin에 수행되는 식이다.
이러한 접근법의 이점은, 측정 윈도우 Twin이 T1에 강력한 반사 이벤트에 도달하면 광자 검출기(1300)가 항상 트리거링할 것이라는 사실에 있다. 그럼에도 불구하고, 측정 윈도우가 T1 직후의 것으로 이동하면, 광자 검출기(1300)가 오직 이러한 짧은 측정 윈도우 동안에만 측정하기 때문에, T1을 측정하지 않을 것이고, 따라서 T1 이후 반사 값을 측정할 수 있을 것이다.
이러한 접근법의 단점은, 요구되는 공간 분해능을 갖기 위해 Twin의 값이 낮아야 한다는 사실에 있다. 그러나, Twin의 값을 감소시킴으로써, 긴 광섬유(1400)를 커버하기 위해 필요한 측정들의 수는 매우 크게 될 수 있다. 따라서, 각각의 단일 측정들이 비교적 신속하게 수행될 수 있더라도, 조합된 총 측정들은 1 시간 이상과 같이 긴 시간이 소요될 수 있고, 이는 실용적 애플리케이션들에서 허용가능한 것으로 고려되지 않는다.
따라서, 본 발명은 광섬유(1400)에서 반사의 정밀하고 신속한 측정을 허용할 목적으로 개발되어 왔다.
따라서, 광섬유에서 비교적 신속한 방식으로 반사를 측정하기 위한 디바이스 및/또는 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
광섬유에서 비교적 더 높은 반사 이벤트 이후 정밀한 측정을 허용하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이다.
발명의 요약
본 발명자들은 일반적으로, 종래 기술의 경우에서와 같이, 짧은 이동 측정 윈도우를 갖는 것 대신에, 긴 측정 윈도우를 갖고, 측정 디바이스를 포화시킬 강력한 반사 이벤트 동안에만 측정을 차단하여, 이전에 설명된 바와 같이 높은 레벨의 반사 이후의 측정을 불가능하게 하는 것이 훨씬 바람직함을 인식하였다.
이를 수행하기 위해, 본 발명자들은 일반적으로, 적어도 2개의 광자 검출기들로 측정이 수행될 수 있고, 여기서 하나의 검출기는 피크 검출기로 동작하는 한편, 제2 검출기는 반사를 측정하기 위해 사용된다. 훨씬 더 구체적으로, 피크 검출기는, 제2 검출기의 측정 윈도우가, 그렇지 않으면 제2 검출기를 포화시킬 높은 레벨의 반사들을 배제하도록 허용한다. 즉, 피크 검출기는 이러한 이벤트를 표시하는 출력에 기초하여 높은 레벨의 반사를 검출할 수 있고, 제2 광자 검출기는 강력한 반사 이벤트로부터 시간적으로 분리될 수 있어서, 제2 광자 검출기에서의 포화를 회피할 수 있다. 분리는, 예를 들어 제2 광자 검출기를 턴 오프시킴으로써 및/또는 제2 광자 검출기에 도달하는 반사된 광의 강도를 조절함으로써 몇몇 방식들로 달성될 수 있다.
이러한 일반적인 접근법으로 인해, 제1 광자 검출기는 경고 신호로서 또는 피크 검출기로서 기능하여 제2 광자 검출기의 포화를 회피하며, 따라서, 높은 레벨의 반사를 포함하는 시간에만 시간적으로 방해되는 긴 측정 윈도우로 동작하는 것을 유지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예는 광섬유에서 반사를 측정하기 위한 측정 디바이스에 관한 것일 수 있고, 디바이스는, 광섬유에 연결되고 광섬유에 광을 방출하도록 구성된 방출 수단, 광섬유에 연결되고 광섬유로부터 반사된 광을 수신하도록 구성된 측정 수단을 포함하고, 측정 수단은 제1 광자 검출기 및 제2 광자 검출기를 포함하고, 제2 광자 검출기의 동작 및/또는 제2 광자 검출기에 도달하는 반사된 광은 제1 광자 검출기의 출력에 기초하여 제어된다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는, 제1 광자 검출기를 미리 결정된 임계치보다 위의 신호를 검출할 수 있는 피크 검출기로서 사용하고, 이러한 정보를 사용하여 제2 광자 검출기를 턴 오프시킴으로써 제2 광자 검출기의 포화를 방지하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 측정 수단은 광섬유와 제2 광자 검출기 사이에 연결된 강도 변조기를 더 포함할 수 있고, 강도 변조기는 제2 광자 검출기에 도달하는 반사된 광을 제어하기 위해 제1 광자 검출기의 출력에 기초하여 구동될 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는, 제2 검출기를 턴 오프시키지 않고 제2 검출기에 도달하는 광의 양을 제어하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 측정 디바이스는 광섬유와 제2 광자 검출기 사이에 연결된 광학 지연 요소를 더 포함할 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는, 제1 광자 검출기에 의해 주어진 출력에 기초하여 적시에 반응하기 위해 제2 광자 검출기에 도달하는 신호를 지연시키는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 광학 지연 요소는 반사된 광을 검출하기 위해 제1 광자 검출기에 의해 요구되는 시간과 동일하거나 그보다 긴, 반사된 광에 대한 지연을 도입할 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는 제1 광자 검출기가 반응하도록 허용하는 지연을 제공하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 방출 수단은 미리 결정된 펄스 지속기간을 갖는 광의 펄스를 방출하도록 구성될 수 있고, 강도 변조기는 그 펄스 지속기간과 동일하거나 바람직하게는 그보다 큰 스위칭 시간 동안 스위칭하도록 구성될 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는 높은 레벨의 반사로부터 제2 광자 검출기가 보호되는 시간을, 방출 수단으로부터 방출된 펄스의 지속기간과 상관시키는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 스위칭 시간은 펄스 지속기간의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 3배, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5배일 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는, 예를 들어, 광섬유를 따른 신호의 산란으로 인해 원래 주입된 펄스보다 긴 지속기간을 갖는 반사를 처리하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 측정 디바이스는 광섬유와 제2 광자 검출기 사이에 연결된 광 감쇠기를 더 포함할 수 있다.
이러한 접근법으로 인해, 유리하게는, 제2 광자 검출기에 도달하는 광의 양을 감소시키는 것이 가능하다. 이는, 제1 광자 검출기가 높은 신호 레벨로 동작하도록 허용하여 제1 광자 검출기의 비용들을 감소시킬 수 있는 한편, 제2 광자 검출기가 낮은 신호 레벨로 동작하여, 예를 들어, 단일 광자 검출기의 사용을 허용함으로써 정밀도를 증가시키기 때문에 특히 유리하다.
도 1은 종래 기술에 따른 측정 디바이스(1000)를 개략적으로 예시한다.
도 2는 디바이스(1000)의 예시적인 출력을 개략적으로 예시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(3000)를 개략적으로 예시한다.
도 4는 디바이스(3000)의 출력의 동작을 개략적으로 예시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(5000)를 개략적으로 예시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(6000)를 개략적으로 예시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법(7000)을 개략적으로 예시한다.
도 8은 예시적인 반사 상황을 개략적으로 예시한다.
도 9는 종래 기술의 성능을 개략적으로 예시한다.
도 10은 본 발명의 실시예의 성능을 개략적으로 예시한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 상세히 설명될 것이다. 하기 실시예들은, 당업자들이 본 발명을 완전히 이해할 수 있도록 오직 예시적인 목적으로 제공된다. 따라서, 본 발명은 하기 실시예들로 제한되는 것이 아니라 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 다른 형태들로 구현될 수 있다.
도면들 및 설명에서, 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 지칭한다. 도면들에서, 일부 요소들의 폭, 길이 및 두께들은 예시의 편의 및 이해의 용이함을 위해 과장될 수 있음이 이해될 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(3000)를 개략적으로 예시한다. 특히, 측정 디바이스(3000)는 광섬유(1400)의 특성들의 측정을 허용하기 위해 광섬유(1400)에서 반사를 측정하도록 적응된다.
디바이스(3000)는 광섬유(1400)에 연결되고 광섬유(1400)에 광을 방출하도록 구성된 방출 수단(3100)을 포함한다. 방출 수단(3100)은 일반적으로, 광, 바람직하게는 펄스형 광을 방출할 수 있는 임의의 수단일 수 있다. 방출 수단(3100)의 특정 구현은 종래 기술의 방출 수단(1100) 중 하나일 수 있다. 그러나, 또한 예를 들어, 다이오드들에 의한 다른 구현들이 고려될 수 있다.
측정 디바이스(3000)는 광섬유(1400)에 연결되고 광섬유(1400)로부터 반사된 광을 수신하도록 구성된 측정 수단(3300)을 더 포함한다. 측정 수단(3300)은 종래 기술에서와 같이, 서큘레이터(1200)를 통해 광섬유(1400)에 연결될 수 있다. 더 일반적으로, 측정 수단(3300)이 광섬유(1400)로부터 반사된 광을 측정하도록 허용할 광섬유(1400)에 대한 임의의 연결부가 구현될 수 있다. 예시되지 않지만, 측정 수단(3300)은 방출 수단(3100)에 연결될 수 있거나, 또는 둘 모두는, 특히 방출 수단에 의한 광의 방출과 측정 수단(3300)에 의한 기록된 반사 사이의 시간 차이를 기록하기 위해, 예시되지 않은 클럭에 연결될 수 있다.
특히, 측정 수단(3300)은 제1 광자 검출기(3310) 및 제2 광자 검출기(3311)를 포함한다. 광자 검출기들(3310 및 3311) 중 하나 또는 둘 모두는 단일 광자 검출기들일 수 있다. 일부 유리한 실시예들에서, 상이한 종류의 검출기, 특히, 광자 검출기(3310)의 경우 검출에서 더 낮은 정밀도를 갖는 특정한 검출기를 사용하여 본 발명을 구현하는 것이 가능할 수 있다. 이는, 추후에 상세히 설명될 바와 같이, 광자 검출기(3310)가 피크 검출기로서 동작하고, 따라서 오직 높은 레벨의 피크들을 측정하도록 요구되는 한편, 더 낮은 반사 레벨들에 대한 정밀한 측정을 광자 검출기(3311)에 남겨 두기 때문에 가능하다.
예시된 실시예에서, 측정 수단(3300)은 광자 검출기(3310) 및 광 검출기(3311) 둘 모두에 광섬유(1400)를 연결하도록 구성된 빔 스플리터(3340)를 포함한다. 일반적으로, 광섬유(1400)를 광자 검출기들(3310 및 3311)에 연결하기 위한 임의의 수단이 구현될 수 있음은 자명할 것이다.
또한, 예시된 실시예에서, 측정 수단(3300)은 광섬유(1400)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 광학 지연 요소(3370)를 포함한다. 특히, 이는 빔 스플리터(3340)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결된다. 광학 지연 요소는, 이를 통과하는 광학 신호에 대해 미리 결정된 값을 갖는 지연을 도입한다.
이러한 구현으로 인해, 광자 검출기(3310)의 출력 신호는 광자 검출기(3311)를 제어하고 광자 검출기(3311)에 도달하는 신호의 양을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 이는 일반적으로, 하기로부터 명백할 바와 같이, 높은 레벨의 반사에서 광자 검출기의 포화가 회피되는 이점을 제공한다. 특히, 광자 검출기(3310)가 높은 레벨의 반사 또는 미리 결정된 임계치보다 위의 반사 레벨을 검출하면, 광자 검출기(3310)의 출력은 스위칭되고, 시간 T1에 광자 검출기(3311)에서의 포화가 회피되도록 광자 검출기(3311)를 턴 오프시키기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광자 검출기(3310)가 스위칭되는 미리 결정된 임계치는, 빔 스플리터(3340)에 의해 동작되는 스플릿으로 인해 반사의 나머지 부분이 광자 검출기(3311)에서 포화를 초래할 값에 대응하도록 선택될 수 있다. 또는, 일부 실시예들에서, 빔 스플리터(3340)에 의해 동작되는 스플릿으로 인해 반사의 나머지 부분이 미리 결정된 값보다 높은 확률로 광자 검출기(3311)에서 포화를 초래할 값에 대응한다.
일부 실시예들에서, 타이밍 로직(3390)이 광자 검출기(3310 및/또는 3311)의 일부로서 제공될 수 있거나, 또는 둘 사이에서 별개로 연결될 수 있고, 실질적으로 시간 T1에 광자 검출기(3310)로부터 출력 신호의 스위칭을 검출할 때, 결국 스위칭할 광자 검출기(3310)에 의해 요구되는 짧은 지연으로, 동일한 높은 레벨의 반사 신호가 광자 검출기(3311)를 포화시키는 것을 방지할 출력 신호를 발행할 수 있다. 특히, 타이밍 로직은 시작 시간으로서 시간 T1을 사용할 수 있고, 시간 간격 ΔT2을 대기할 수 있고, 그 다음, 예시된 바와 같이 ΔT3의 길이를 갖는 신호를 발행할 수 있다. 광자 검출기(3311)는 타이밍 로직(3390)에 의해 발행된 제어 신호에 대한 높은 값을 수신하는 경우, 턴 오프된다. 지연 ΔT3 이후, 제어 신호는 다시 낮고, 광자 검출기(3311)는 동작을 재개한다. 이는 특히, 광자 검출기(3310) 또는 광자 검출기(3311)의 데드-시간이 시간 ΔT3보다 긴 시간 ΔT1인 경우 특히 유리하다. 즉, T1에 후속하는 시간 ΔT1 동안 측정할 수 없는 것 대신에, 광자 검출기(3311)는 오직 T1을 포함하는 시간 ΔT3 동안에만 측정을 중단한다. 따라서, 종래 기술의 복잡하고 시간 소모적인 이동 측정 윈도우를 요구함이 없이, 광자 검출기(3311)가 반사를 측정하지 않는 측정 기간은 유리하게 감소된다.
광자 검출기(3311)가 턴 오프되는 지속기간 ΔT3은, 예를 들어, 추후에 설명될 바와 같이, 방출 수단(3100)에 의해 방출된 펄스의 지속기간과 동일할 수 있거나, 또는 이의 배수일 수 있다. 실제로, 높은 레벨의 반사의 지속기간은, 이를 생성한 펄스의 지속기간과 실질적으로 유사하거나 그에 의존할 것이다. 또한, 이러한 이유로, 방출 수단(3100)을 측정 수단(3300)에 연결하여, ΔT3의 값이 방출 수단(3100)에 의해 방출된 펄스의 지속기간에 기초하여 동적으로 적응될 수 있는 것이 유리할 수 있다.
도 4는 디바이스(3000)의 출력의 동작을 개략적으로 예시한다. 최상부 차트에서 볼 수 있는 바와 같이, 시간 T1에서 높은 레벨의 반사가 디바이스(3000) 및 광자 검출기(3310)의 입력에 도달한다. 최상부로부터 제2 차트는 광자 검출기(3310)의 출력을 표현한다. 여기서, 높은 레벨의 반사 포화에 의해 초래되는 신호의 지속기간은, 전체 데드-타임 시간 ΔT1에 대응하는 것으로 개략적으로 예시되어 있다. 대안적인 구현들에서, 신호의 지속기간이 높은 레벨의 반사의 지속기간으로 실제로 제한될 수 있음은 자명할 것이다. 어느 경우이든, 타이밍 로직(3390)은 자신의 출력 신호를 생성하기 위해 기간 ΔT1의 시작 시간 ΔT1을 아는 것으로 충분하다. 바닥 차트는 광자 검출기(3311)의 온/오프 상태를 제어하는 타이밍 로직(3390)의 출력 신호를 표현하며, 여기서 높은 레벨은 오프 신호를 표시한다. 볼 수 있는 바와 같이, 광자 검출기(3311)는 지속기간 ΔT3 동안 시간 T3에 턴 오프된다. 지속기간 ΔT3은 유리하게는, 개략적으로 예시된 바와 같이, 예를 들어, 방출 수단(3100)에 의해 생성된 펄스의 지속기간과 실질적으로 유사하게 또는 그에 기초하여 ΔT1보다 짧게 설정될 수 있다. 시간 T3은, 예를 들어, 광학 지연 요소(3370)에 의해 도입된 지연과 실질적으로 동등할 수 있는 간격 ΔT2만큼 T1에 의해 분리된다. 이러한 방식으로, 광자 검출기(3310)에 의해 검출되는 높은 레벨의 반사가 광자 검출기(3311)에 도달하면, 즉, ΔT2과 동등한 지연 이후, 광자 검출기(3311)는 시간 ΔT1보다 상당히 낮은 시간 간격 ΔT3 동안 턴 오프될 것이다. 이러한 방식으로, T3에서, 광자 검출기(3311)로부터 보이는 바와 같이, T1에 높은 레벨의 반사 이벤트 이후에도, 광자 검출기(3311)가 섬유(1400)로부터 반사를 측정하는 것을 유지하는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(5000)를 개략적으로 예시한다. 측정 디바이스(5000)와 측정 디바이스(3000) 사이의 주요 차이는, 측정 수단(5000)이, 광섬유(1400)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 강도 변조기(5360)를 포함하는 강도 변조 수단을 더 포함한다는 점이다. 특히, 예시된 실시예에서, 강도 변조기(5360)는 광학 지연 요소(3370)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 예를 들어, 강도 변조기는 또한 빔 스플리터(3340)와 광학 지연 요소(3370) 사이에 연결될 수 있다. 일반적으로, 이러한 실시예에서, 광자 검출기(3311)를 턴 온 또는 오프하는 것 대신에, 광이 광자 검출기(3311)에 도달하는 것을 허용하거나 차단하는 것이 가능하다.
예시된 실시예에서, 측정 수단(5300)은 강도 변조기(5360)를 구동하기 위한 강도 변조기 구동기(5350)를 더 포함한다. 실제로, 강도 변조기 구동기(5350) 및 강도 변조기(5360)가 단일 요소로 구현될 수 있음은 자명할 것이다. 타이밍 로직(3390)의 동작이 강도 변조기 구동기(5350) 및 강도 변조기(5360) 중 임의의 것에 의해 구현될 수 있음은 또한 자명할 것이다.
강도 변조기(5360)는 광자 검출기(3311)에 도달하는 반사된 광을 제어하기 위해 광자 검출기(3310)의 출력에 기초하여 구동된다. 더 구체적으로, 이전에 설명된 것과 유사한 방식으로, 광자 검출기(3310)의 출력은 강도 변조기 구동기(5350)의 트리거링을 시작할 수 있고, 그 다음, 강도 변조기 구동기(5350)는 강도 변조기(5360)를 스위칭한다. 더욱 더 구체적으로, 강도 변조기(5360)는 실질적으로 투명한 상태로부터 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 실질적으로 투명한 상태에서, 강도 변조기(5360)는 50% 내지 100%의 투과 계수를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 실질적으로 투명한 상태에서, 강도 변조기(5360)는, 실질적으로 투명한 상태의 투과 계수보다 적어도 50배, 바람직하게는 적어도 100배 작은 실질적으로 불투명한 상태의 투과 계수를 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 광자 검출기(3311)에 도달하는 반사된 광은 광자 검출기(3310)의 출력에 기초하여 제어된다. 이전에 설명된 바와 같이, 강도 변조기(5360)가 제어될 수 있는 지속기간 ΔT3은 광자 검출기(3310)의 출력이 포화되는 지속기간 ΔT1에 대해 독립적이다.
이러한 실시예는, 도 3의 실시예에 비해, 광자 검출기(3311)가 턴 온 및 오프될 필요가 없어서 광자 검출기(3311)가 전체 시간 동안 온으로 유지되도록 허용하는 유리한 효과를 제공한다. 이는, 시간 ΔT3이 경과되고 광이 강도 변조기(5360)를 통과하도록 허용된 후 더 신뢰가능한 측정을 제공할 수 있다. 또한, 강도 변조기(5360)는 광자 검출기(3311)를 턴 온 및 오프하기 위해 요구되는 시간보다 더 빠른 반응 시간을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정 디바이스(6000)를 개략적으로 예시한다. 측정 디바이스(6000)와 측정 디바이스(5000) 사이의 주요 차이는, 측정 수단(6000)이, 광섬유(1400)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 광학 감쇠기(6380)를 더 포함한다는 점이다. 특히, 예시된 실시예에서, 광학 감쇠기(6380)는 빔 스플리터(3340)와 광학 지연 요소(3370) 사이에 연결된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 예를 들어, 광학 감쇠기(6380)는 또한 광학 지연 요소(3370)와 강도 변조기(5360) 사이 또는 강도 변조기(5360)와 광자 검출기(3311) 사이에 연결될 수 있다.
감쇠기(6380)는 유리하게는 광자 검출기(3311)에 도달하는 광의 양을 감소시킬 수 있다. 이는 예를 들어, 광자 검출기(3310)가 더 높은 레벨의 신호를 요구하는 기술로, 예를 들어, 포토다이오드로 실현되는 경우, 또는 일반적으로 광자 검출기(3311)의 감도가 광자 검출기(3310)의 감도보다 높은 경우 유리할 수 있다. 이러한 경우, 포토다이오드(3310)에 대해 충분히 높은 강도를 갖는 반사를 제공하기 위해, 특히 광자 검출기(3311)가 단일-광자 검출기인 경우, 동일한 신호는 광자 검출기(3311)에 대해 너무 높은 강도를 가질 수 있다. 감쇠기(6380)는 유리하게 이러한 문제를 해결한다. 일부 실시예들에서, 감쇠기(6380)는 예를 들어 80%, 바람직하게는 50% 미만의 투과 팩터를 가질 수 있다.
감쇠기(6380)에 추가로 또는 대안으로, 50-50 스플릿 비를 갖지 않지만 80-20, 또는 바람직하게는 90-10 비와 같이 광자 검출기(3310)를 향하는 신호가 광자 검출기(3311)를 향하는 신호보다 높은 스플릿 비를 갖는 빔 스플리터(3340)를 구현하는 것이 가능함은 자명할 것이다.
측정 디바이스(5000)에 기초하여 예시되지만 광학 감쇠기(6380)는 또한 측정 디바이스(3000)에서 구현될 수 있는 것은 자명할 것이다.
따라서, 감쇠기로 인해, 광자 검출기(3311)보다 간단하고 그리고/또는 저렴하고 그리고/또는 빠른 광자 검출기(3310)를 동작시키는 것이 가능하다. 실제로, 광자 검출기(3310)는 강력한 신호로 동작할 수 있고, 높은 레벨의 반사, 즉, 특정한 미리 결정된 임계치보다 위의 강도를 갖는 신호를 인식하는 것으로 충분하다.
일부 유리한 실시예들에서, 광학 지연 요소(3370)는 반사된 광을 검출하기 위해 광자 검출기(3310)에 의해 요구되는 시간과 동일하거나 그보다 긴, 반사된 광에 대한 지연 ΔT2를 도입할 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 지연 ΔT2는, 높은 레벨의 반사가 광자 검출기(3311)에 도달하기 전에, 이전에 설명된 바와 같이, 이를 턴 오프하기 위해, 광자 검출기(3310)가 광자 검출기(3311)에 포화를 시그널링하도록 허용한다.
일부 유리한 실시예들에서, 광학 지연 요소(3370)는, 실질적으로 투명한 상태로부터 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭하기 위해 강도 변조기(5360) 및 강도 변조기 구동기(5350)에 대해 요구되는 시간에 추가로 반사된 광을 검출하기 위해 광자 검출기(3310)에 의해 요구되는 시간과 동일하거나 그보다 긴, 반사된 광에 대한 지연 ΔT2를 도입할 수 있다. 따라서, 또한 이러한 경우, 지연 ΔT2는 광자 검출기(3310)의 포화를 초래할 높은 레벨의 반사를 회피하기에 충분할만큼 길 수 있다.
광자 검출기(3310)가 광자 검출기(3311)의 온/오프 상태를 구동하는 경우, ΔT2의 값은 광자 검출기(3310)의 반응 시간 플러스 광자 검출기(3310)의 출력과 광자 검출기(3311)의 입력 사이의 임의의 다른 요소의 반응 시간 플러스 광자 검출기(3311)가 오프 신호를 수신한 후 턴 오프하는데 소요되는 시간과 동등하도록 선택될 수 있다.
광자 검출기(3310)가 강도 변조기(5360)를 제어하는 경우, ΔT2의 값은 광자 검출기(3310)의 반응 시간 플러스 광자 검출기(3310)의 출력과 강도 변조기(5360)의 입력 사이의 임의의 다른 요소의 반응 시간 플러스 강도 변조기(5360)가 실질적으로 투명한 상태로부터 실질적으로 불투명한 상태로 스위칭하는데 소요되는 시간과 동등하도록 선택될 수 있다.
일부 유리한 실시예들에서, ΔT3의 값은 방출 수단(3100)의 펄스 지속기간과 동등한 최소 값으로 설정될 수 있다. 일부 추가적인 유리한 실시예들에서, ΔT3은 방출 수단(1100)에 의해 방출된 펄스의 지속기간의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 3배, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5배로 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 펄스 지속기간과 광자 검출기(3311)가 포화로부터 방지되는 시간 사이의 상관관계는 방출 수단(3100)에 의해 방출된 펄스 지속기간의 상이한 값들로 유리하게 동적으로 적응될 수 있다. 시간 지속기간 ΔT3에 의해 제어되는 요소들이 ΔT3만큼 짧은 간격 내에서 반응하기에 충분할만큼 빠르지 않으면, 이들은 ΔT3의 시작 시에 스위칭될 것이고, 후속 스위칭은 이들이 얼마나 빨리 다시 스위칭될 수 있는지에 의존할 것임은 자명할 것이다.
ΔT2에 대해, ΔT3의 값은 임의의 최대 값으로 설정될 수 있다. 그러나, 광자 검출기(3310)가 반사 신호를 측정할 수 없는 시간 동안 광자 검출기(3311)가 반사 신호를 측정하도록 허용하기 위해, ΔT1보다 작은 ΔT3의 값을 선택하는 것이 바람직하다.
예시된 실시예들에서, 오직 광자 검출기(3311)의 출력만이 시간-디지털 변환기(1320)에 연결되어, 오직 광자 검출기(3311)로부터의 측정 데이터만이 측정 수단(3300, 5300, 6300)에 의해 출력된다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 출력의 정밀도를 증가시키기 위해, 광자 검출기(3310)가 포화 상태가 아닌 시간 동안, 광자 검출기(3310)로부터의 데이터는 예를 들어, 광자 검출기(3311)의 출력과 조합되도록 측정 수단의 출력으로서 사용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법(7000)을 개략적으로 예시한다. 특히, 방법(7000)은 측정 디바이스(5000 또는 6000)에 의해 구현될 수 있다. 측정 디바이스(3000)에 대한 유사한 방법을 구현하기 위해 요구되는 수정들은 당업자들에게 자명할 것이다.
제1 방출 단계(7001)에서, 미리 결정된 펄스 지속기간을 갖는 광 펄스, 예를 들어, 레이저 펄스가 광섬유(1400)에 주입된다. 광 펄스는 통상적으로 백만개 이상의 광자들을 포함한다. 광 펄스의 일부는 광섬유(1400)에 주입되는 한편, 일부는 서큘레이터(1200)에서 반사될 수 있다.
반사 생성 단계(7002)에서, 광 펄스는 광섬유(1400)의 상이한 위치들에서의 광섬유(1400)에서 부분적으로 후방-반사될 것이다. 이전에 설명된 바와 같이 후방-반사를 초래하는 몇몇 메커니즘들이 존재한다. 하나는 단계(7003)에 의해 예시된 레일리 후방 산란이다. 다른 것은 단계(7004)에 의해 예시된 광학 연결부로 인한 반사이다. 후자의 반사 모드는 광섬유(1400)의 주어진 위치에서 훨씬 더 높은 레벨의 반사를 생성하는 경향이 있고, 따라서 시간 T1에서의 반사에 개략적으로 대응하는 바와 같이, 훨씬 더 높은 레벨의 반사된 신호를 생성한다.
특히, 반사 단계들(7003, 7004) 둘 모두에서, 반사된 광은 서큘레이터(1200)로 다시 이동하고, 적어도 부분적으로 측정 수단(3300, 5300, 6300)에 연결된 아암으로 지향된다. 레일리 후방 산란(7003)은 분산형 반사이고 통상적으로 시간 윈도우 T당 하나의 광자보다 훨씬 작은 매우 작은 광 레벨들을 도출하며, 여기서 시간 윈도우 T는 예를 들어, 대략 1 ns일 수 있다. 반대로, 광학 연결부들로부터 반사된 광은 통상적으로 시간 윈도우 T당 일대일 내지 수백 개의 광자들 정도인 수의 광자들을 포함하기 쉽다.
검출 단계(7005)에서, 빔 스플리터(3340) 상에 입사하는 광은 부분적으로 광자 검출기(3310)를 향해 반사된다. 이는 양분 단계(7006)에 의해 표현되는 광자 검출기(3310)에서의 검출 여부를 도출하여, 그 다음 발생할 수 있는 2개의 가능한 상황들을 도출한다.
양분 단계(7006)에서 광자 검출기(3310)가 트리거링하면, 후속적으로 마스킹 단계(7007)가 후속하며, 강도 변조기(5360)는 더 높은 감쇠 값 Amax로 설정된다. 이는 광자 검출기(3311)를 향해 지향되는 광의 강도를 팩터 Amax만큼 낮춘다.
후속하는 검출 단계(7008)에서, 광자 검출기(3311)는 포화된 광자 검출기(3310)를 갖는 광을 검출하기 훨씬 더 어렵다. 따라서, 광학 연결부들에서 반사된 많은 양의 광이 광자 검출기(3311)에 도달할 확률은 낮아지고, 이는 유리하게는 이러한 펄스들과 연관된 해로운 효과들을 완화시킨다.
광자 검출기(3310)가 양분 단계(7006)에서 트리거링하지 않으면, 강도 변조기 값은 Amin으로 설정되고, 방법은 방출 단계(7001)에서 후속하는 광학 펄스들을 전송함으로써 자신의 동작을 계속한다.
방법(7000)은 검출 그래프 플롯 실현으로 구성된 결과 출력 단계(7009)로 종료된다.
도 9는 종래 기술의 성능을 개략적으로 예시하고, 도 10은 본 발명의 실시예의 성능을 개략적으로 예시한다. 도면들 둘 모두에서, X 축은 반사 전 펄스당 광자들의 평균 수를 표시하는 한편, Y 축은 확률 값들을 표시한다. 도면들 둘 모두는 도 8에서 개략적으로 예시된 예시적인 반사에 기초한다. 특히, 도 8은 트리거링할 광자 검출기의 확률이 컴퓨팅될 3개의 측정 윈도우들(1, 2 및 3)을 예시한다. 더욱 더 구체적으로, 측정 윈도우(2)는 시간 T1에서 높은 레벨의 반사를 포함한다. 이전에 설명된 바와 같이, 측정 윈도우(2)에서 트리거링할 광자 검출기의 확률이 1에 너무 근접하면, 광자 검출기는 데드-타임으로 인해 측정 윈도우(3)에서 반사를 일정하게 측정할 수 없을 것이고, 측정 디바이스는 측정 윈도우(3)에서의 반사 신호를 알 수 없을 것이다.
도 9로부터 시작하면, 오직 하나의 광자 검출기(1310)에 기초한 OTDR 측정의 성능이 가시적이다. 시간 윈도우(1), 시간 윈도우(2) 및 시간 윈도우(3)에서 검출을 획득할 확률은 각각 P1, P2 및 P3으로 표시된다. 여기서, 어두운 카운트의 단일 광자 검출기의 효과는 무시된다.
시간 윈도우(1)에서의 광은 레일리 후방 산란된 광으로부터 오고 있고, 따라서 매우 흐리고 짧다. 확률 P1은 예시된 것보다 훨씬 작은 것으로 가정된다. 이는 OTDR을 동작시키기 위해 바람직한데, P1이 1에 근접하면, 광자 검출기(1310)의 데드-타임이 시간 윈도우(1) 이후 오는 검출들을 강하게 억제할 것이기 때문이다. P1이 1보다 훨씬 작으면, 광자 검출기(1310)는, P1이 광자 검출기 상에 입사하는 광자들의 평균 수에 비례하는 영역에서 동작하고 있다.
이러한 상황에서, P1은 다음과 같이 정의될 수 있고,
(식 1)
Figure pct00001
여기서,
- c는 윈도우(1)의 물리적 위치로부터, 모든 광 손실들, 서큘레이터(1200)를 포함하지만 광자 검출기(1310)의 효율을 배제하는 광자 검출기(1310)까지 전체 투과 계수이다;
- ARBS는 레일리 후방 산란으로 인해, 하나의 광자가 윈도우(1)의 위치에서 광자 검출기(1310)를 향해 다시 반사될 확률이다;
- μ는 윈도우(1)의 위치에서 광 펄스 내의 광자들의 평균 수이고, X 축 값에 대응한다;
- η는 광자 검출기(1310)의 검출 효율이다.
도 9의 플로팅의 경우, 하기 수치 값들이 사용되었다: c = 0.5, ARBS = 10-6 및 η = 0.2.
이제, 다른 요소에 대한 광섬유(1400)의 연결부에 의해 초래되는 반사가 고려된다. 이러한 반사로부터 오는 광자 검출기(1310) 상에 입사되는 광자들의 수는 다음과 같이 정의될 수 있다:
(식 2)
Figure pct00002
여기서 Ar은 하나의 광자가 커넥터에서 반사될 확률이다. 도 9의 플로팅의 경우, Ar = 0.01이다. 통상적인 동작 조건들의 경우, c·Ar·μ는 1보다 높다.
이로부터, 광자 검출기(1310)가 클릭 또는 트리거링할 확률 P2를 계산하는 것이 가능하다. P2는 광 펄스에 대한 포아송(Poisson) 통계 분포를 가정하여 계산된다. 광자 검출기(1310)는 또한 비-광자-수 분해능으로 고려되며, 이는 하나 또는 하나 초과의 광자 사이를 구별하지 않음을 의미한다. 여기서, P2는 다음과 같이 정의될 수 있다:
(식 3a)
Figure pct00003
여기서,
(식 3b)
Figure pct00004
통상적으로, P2는 도 9에서 가시적인 바와 같이 1에 매우 근접할 수 있다.
마지막으로, 실질적으로, 윈도우(3) 위치에 대응하는 섬유 연결부 직후, 광이 섬유(1400)의 섹션으로부터 후방 산란되는 제3 상황이 고려된다. P1과 같이, P3은 또한, 특히 P2에 비해 작고, 다음과 같이 정의될 수 있다:
(식 4)
Figure pct00005
여기서 AIL은 섬유 연결부를 통한 투과 계수이다. 이러한 투과는 방향에 독립적으로 가정되지만, 이러한 가정이 필수적인 것은 아니다. 도 9의 플로팅의 경우, AIL = 0.8이다. 광자 검출기(1310)가 윈도우(2)에서 반사된 광 상에서 클릭되면, 앞서 설명된 오버플로우로 인해, 광자 검출기(1310)의 데드-타임이 윈도우(3) 검출을 억제하고 있음을 고려하여, P3이 실질적으로 (1-P2)에 비례함을 주목해야 한다. 따라서, P2가 1인 경향이 있으면, P3은 제로인 경향이 있고, 윈도우(3)로부터의 반사들은 억제되고, 가능하다면, 정확히 측정되기 위해 주의가 더 요구된다.
도 9에서, P3은 대략 2·10-5의 최대 값에 도달하고, μ가 증가하더라도 증가하지 않음을 주목해야 한다. μ의 증가하는 값은 실제로, P3의 억제를 초래하고, 이는 윈도우(3) 상의 데이터가 수집될 수 있는 레이트를 제한한다. 또한, 섬유 연결부에서의 반사는 인위적으로 P3을 낮추고, AIL이 1보다 작다는 사실로부터 삽입 손실의 추정을 복잡하게 한다.
이제 도 10으로 이동하여, 본 발명의 실시예의 결과들이 예시된다.
예를 들어, 광섬유(1400)와 다른 요소 사이의 연결부로부터 오는 강한 반사 시에 광자 검출기(3310)가 클릭할 제1 확률 Pd가 계산된다. 이러한 계산은 광자 검출기(3310)가 단일 광자 검출기라는 가정으로 수행되지만, 이는 또한 PIN 포토다이오드 또는 애벌란치(avalanche) 포토다이오드와 같은 선형 검출기일 수 있다. 후자의 경우, 1에 근접한 펄스를 검출할 확률 Pd를 도출하도록 반사된 펄스의 강도가 충분히 큰 것이 바람직하다.
광자 검출기(3310)에 대해 단일-광자 검출기를 사용하는 경우, Pd는 다음과 같이 정의될 수 있다:
(식 5a)
Figure pct00006
여기서,
(식 5b)
Figure pct00007
및
(식 5c)
Figure pct00008
c 및 Ar은 도 9에서와 같이 정의되고, A2는 빔 스플리터(3340) 상에 입사하는 광자가 광자 검출기(3310)로 투과될 확률이다. μ의 값은 유리하게는 Pd가 1인 경향이 있도록 선택될 수 있다.
도 9에 설명된 바와 같이, 확률들 P1, P2 및 P3이 계산된다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법은 큰 반사들로 인해 P3 억제의 완화를 허용한다. 여기서 특히 측정 디바이스(6000)가 사용되는 것으로 가정된다. 따라서,
(식 6)
Figure pct00009
여기서,
- (1-A2)는 빔 스플리터(3340) 상에 입사하는 광자가 광자 검출기(3310)를 향해 지향될 확률이다;
- Aatt는 광학 감쇠기(6380)의 투과 확률이다;
- Amax는 최대 투과로 설정되는 경우 강도 변조기(5360)의 투과 확률이다.
도 10의 플로팅에서, 하기 수치 값들이 사용되었다: Aatt = 1 및 Amax = 0.5.
확률 P2는 다음과 같이 계산된다.
(식 7a)
Figure pct00010
여기서,
(식 7b)
Figure pct00011
및
(식 7c)
Figure pct00012
여기서 Amin은 최소 투과로 설정되는 경우 강도 변조기(5360)의 투과 확률이다.
도 10의 플로팅에서, 하기 수치 값들이 사용되었다: 20dB 감쇠에 대응하는 Amin = Amax/100
이와 동시에, 확률 P3은 다음과 같이 계산될 수 있다:
(식 8)
Figure pct00013
μ 값들의 고려된 범위에 걸쳐, 도 9 및 도 10을 비교하는 경우 알 수 있는 바와 같이, Pd는 실질적으로 1에 근접하는 한편, P2는 1보다 훨씬 작다. 이로 인해, P3은 억제되지 않는다. 실제로, P3은 대부분의 범위의 μ 값들에 대해 10-4보다 크고, 도 9에 예시된 종래 기술에 의해 획득되는 최대 값보다 대략 10배 더 크다.
따라서, 본 발명이 측정 윈도우(3), 즉, 다른 요소에 대한 광섬유(1400)의 연결부 직후의 측정 윈도우에서 더 높은 검출 확률(P3)을 허용하는 방법을 허용하며, 이는 높은 레벨의 반사 및 각각의 포화를 초래하여 종래 기술을 사용가능하지 않게 한다. 따라서, 본 발명은 종래 기술에 의해 설명되는 이동 측정 윈도우의 시간 소모적 방법을 사용함이 없이, 오히려 빠르고 효과적인 방식으로, 연결부 이후의 영역의 측정을 허용하는 것으로 결론지을 수 있다.
설명의 명료성을 위해 몇몇 실시예들이 앞서 별개로 설명되었지만, 설명된 실시예들 중 임의의 실시예의 임의의 특징들은 청구항들에서 정의된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서, 설명된 실시예들 중 임의의 다른 실시예의 임의의 특징들과 조합하여 사용될 수 있음이 당업자들에게 자명할 것이다.
참조 부호들의 목록
1000: 측정 디바이스
1100: 방출 수단
1110: 펄스 구동기
1120: 파브리-페로 레이저
1130: 음향-광학 변조기
1140: 펄스 패턴 생성기
1200: 서큘레이터
1300: 측정 수단
1310: 광자 검출기
1320: 시간-디지털 변환기
1330: 데이터 포착 단말
1400: 광섬유
3000: 측정 디바이스
3100: 방출 수단
3300: 측정 수단
3310, 3311: 광자 검출기
3340: 빔 스플리터
3370: 광학 지연 요소
3390: 타이밍 로직
5000: 측정 디바이스
5300: 측정 수단
5350: 강도 변조기 구동기
5360: 강도 변조기
6000: 측정 디바이스
6300: 측정 수단
6380: 광학 감쇠기
7000: 측정 방법
7001: 방출 단계
7002: 반사 생성 단계
7003: 낮은 레벨의 레일리 반사 단계
7004: 높은 레벨의 반사 단계
7005: 검출 단계
7006: 양분 단계
7007: 마스킹 단계
7008: 검출 단계
7009: 결과 출력 단계
T1, T2: 시간 인스턴트
Twin: 측정 윈도우
ΔT1, ΔT2, ΔT3: 시간 간격

Claims (7)

  1. 광섬유(1400)에서 반사를 측정하기 위한 측정 디바이스(3000, 5000, 6000)로서,
    광섬유(1400)에 연결되고 상기 광섬유(1400)에 광을 방출하도록 구성된 방출 수단(3100),
    상기 광섬유(1400)에 연결되고 상기 광섬유(1400)로부터 반사된 광을 수신하도록 구성된 측정 수단(3300, 5300, 6300)을 포함하고,
    상기 측정 수단은 제1 광자 검출기(3310) 및 제2 광자 검출기(3311)를 포함하고,
    상기 제2 광자 검출기(3311)의 동작 및/또는 상기 제2 광자 검출기(3311)에 도달하는 반사된 광은 상기 제1 광자 검출기(3310)의 출력에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는 측정 디바이스(3000, 5000, 6000).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측정 수단은 상기 광섬유(1400)와 상기 제2 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 강도 변조기(5360)를 더 포함하고,
    상기 강도 변조기(5360)는 상기 제2 광자 검출기(3311)에 도달하는 반사된 광을 제어하기 위해 상기 제1 광자 검출기(3310)의 출력에 기초하여 구동되는 측정 디바이스(5000, 6000).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광섬유(1400)와 상기 제2 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 광학 지연 요소(3370)를 더 포함하는 측정 디바이스(3000, 5000, 6000).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광학 지연 요소(3370)는 반사된 광을 검출하기 위해 상기 제1 광자 검출기(3310)에 의해 요구되는 시간과 동일하거나 그보다 긴, 반사된 광에 대한 지연(ΔT2)을 도입하는 측정 디바이스(3000, 5000, 6000).
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방출 수단(3100)은 미리 결정된 펄스 지속기간을 갖는 광의 펄스를 방출하도록 구성되고,
    상기 강도 변조기(5360)는 상기 펄스 지속기간과 동일하거나 바람직하게는 그보다 큰 스위치 시간(ΔT3) 동안 스위칭하도록 구성되는 측정 디바이스(3000, 5000, 6000).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위칭 시간(ΔT3)은 상기 펄스 지속기간의 적어도 1.5배, 바람직하게는 적어도 3배, 더욱 더 바람직하게는 적어도 5배인 측정 디바이스(3000, 5000, 6000).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광섬유(1400)와 상기 제2 광자 검출기(3311) 사이에 연결된 광학 감쇠기(6380)를 더 포함하는 측정 디바이스(6000).
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