(57)【要約】【課題】測定効率を向上させ、波長変化がなく、低コストに構成できるようにする。【解決手段】パルス光源２１から出射された光パルスＰｏは、カプラ２２を介して光ファイバ線路１に入射され、その戻り光Ｐａがカプラ２２からカプラ２３に入射されて戻り光成分Ｐｂ、Ｐｃに分岐され、受光器２５、２６にそれぞれ入射する。信号処理部３０は、光パルスＰｏ出射時から一定時間が経過するまでの期間に、受光器２５、２６が出力する信号Ｖｂ、Ｖｃを受けて光ファイバ線路１の特性を求める。ここで、戻り光Ｐａの強度範囲を、遠端のレイリー散乱光成分のレベルを含む低レベル領域と、全反射成分のレベルを含む高レベル領域とに分け、受光器２５の出力信号Ｖｂ中の低レベル領域の戻り光成分および受光器２６の出力信号Ｖｃ中の高レベル領域の戻り光成分が共にノイズレベルより高く且つ非飽和となるように、光パルスの強度、第２のカプラ２３の分岐比、受光器２５、２６の利得が設定されている。【選択図】図１
2011007618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスを出射するパルス光源（２１）と、
前記パルス光源から出射された光パルスを受けて試験対象の光ファイバ線路の一端側に入射させ、該光パルスを受けた試験対象の光ファイバ線路からその一端側へ戻ってきた戻り光を前記パルス光源からの入射光路と異なる光路へ出射させる第１のカプラ（２２）と、
前記第１のカプラから出射された戻り光を、第１の戻り光成分と第２の戻り光成分とに分けて出射する第２のカプラ（２３）と、
前記第１の戻り光成分を受光する第１の受光器（２５）と、
前記第２の戻り光成分を受光する第２の受光器（２６）と、
前記パルス光源から光パルスが出射されてから一定時間が経過するまでの期間に、前記第１の受光器および前記第２の受光器から出力される信号を受けて、前記試験対象の光ファイバ線路の特性を求める信号処理部（３０）とを備えた光パルス試験装置であって、
前記試験対象の光ファイバ線路からの戻り光の強度範囲を、遠端のレイリー散乱光成分のレベルを含む低レベル領域と、全反射成分のレベルを含む高レベル領域とに分け、
前記第１の受光器の出力信号中の前記低レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となり、前記第２の受光器の出力信号中の前記高レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となるように、光パルスの強度、前記第２のカプラの分岐比、前記第１の受光器の利得および第２の受光器の利得が設定されていることを特徴とする光パルス試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルスを光ファイバ線路へ入射し、その光パルスに対する光ファイバ線路からの戻り光の時間経過に対するレベルを検出して、光ファイバ線路の伝送特性を把握する光パルス試験装置において、測定効率を向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ線路の試験を一端側から行うための光パルス試験装置は、基本的に図８に示す構成を有している。
【０００３】
即ち、この光パルス試験装置１０は、パルス光源１１から出射された光パルスＰｏを、カプラ１２を介して試験対象の光ファイバ線路１の一端に入射する。
【０００４】
光ファイバ線路１は、一端側から入射された光パルスを他端側へ伝送するが、その伝送中に発生するレイリー散乱成分（後方散乱光）、ファイバ接続点等で発生するフレネル反射成分、他端側で終端される際に発生する全反射成分を一端側に戻す。
【０００５】
これらの戻り光Ｐａは、光ファイバ線路１の一端側からカプラ１２を介して受光器１３に入射され、その光の強度が検出される（なお、ここで、受光器１３としては、フォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）のような受光素子と、その受光素子の出力電流を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器と、その電圧信号を増幅するアンプとが含まれているものとする）。
【０００６】
信号処理部１４は、光パルスＰｏが光ファイバ線路１に入射されたタイミング（この例では信号処理部１４側からタイミング制御している）から受光器１３の出力信号を取込み、時間経過に対する受光強度の変化を、光ファイバ線路１の距離と減衰、反射の特性を表す波形として、表示器１５の画面に例えば図９のように表示する。
【０００７】
この表示例では３つのピークＡ〜Ｃが示されているが、Ａ、Ｂはファイバ接続点における反射成分（フレネル反射）、Ｃは、他端側の終端部分における反射成分（全反射成分）である。
【０００８】
試験者は、この波形の傾きから光ファイバ線路１の伝送損失を把握（傾きが急なほど減衰が大きい）し、各ピークの位置からファイバ接続点や終端位置、あるいは断線事故の発生の有無とその位置等を把握することができる。
【０００９】
ところで、上記構成の光パルス試験装置１０で測定距離が長い場合、遠端側からの戻り光のうち、特に後方散乱光のレベルは極めて小さくなり、入射する光パルスの強度が小さいとノイズ成分に埋もれて測定できない。
【００１０】
これに対し、光パルスの強度を大きくすると、接続点や遠端の反射成分が大きくなって受光器１３が飽和してしまい、そのレベルを正しく把握できない。
【００１１】
このため、従来では少なくとも２種類の測定を行って、光ファイバ線路１の特性を求めていた。
【００１２】
その１つは、光パルスの出力を下げたり、受光器１３の前段に可変減衰器を挿入する等して、受光器１３が飽和しない状態で試験を行い、フレネル反射や全反射のレベルを正しく読み取る。
【００１３】
また、別の測定として、光パルスの出力を上げ、遠端からのレイリー散乱光や弱いフレネル反射の成分をノイズレベルより高くしてそのレベルを正しく読み取る。
【００１４】
そして、これら２種類の測定結果から光ファイバ線路１の特性を求め、表示器１５にグラフ表示する。
【００１５】
なお、光ファイバの障害点探索や損失測定を行う従来の光パルス試験装置は、例えば次の特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−７４５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記のように一つの光ファイバ線路に対して２種類の測定を行う方式では、少なくとも最低２回の測定をその条件を切り替えて行う必要があり、効率のよい測定をすることができないという問題点があった。
【００１８】
また、測定条件として光パルスの出力を可変する場合、一般的に発光素子の駆動電流を下げることになり、それによる波長変化が発生して、光ファイバ線路１だけでなく装置側のカプラ１２や受光器１３の波長依存性の影響を受けて、正しい測定結果が得られなくなる。また、発光素子の駆動電流を可変する場合その安定時間も必要であり、その安定時間による効率低下も伴う。
【００１９】
さらに、可変減衰器を用いて光のレベルを可変制御する方式では、高価な可変減衰器を必要としてシステム全体のコストが高くなってしまう。
【００２０】
本発明は、測定効率を向上させ、且つ、波長変化がなく、低コストに構成できる光パルス試験装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するために、本発明の光パルス試験装置は、
光パルスを出射するパルス光源（２１）と、
前記パルス光源から出射された光パルスを受けて試験対象の光ファイバ線路の一端側に入射させ、該光パルスを受けた試験対象の光ファイバ線路からその一端側へ戻ってきた戻り光を前記パルス光源からの入射光路と異なる光路へ出射させる第１のカプラ（２２）と、
前記第１のカプラから出射された戻り光を、第１の戻り光成分と第２の戻り光成分とに分けて出射する第２のカプラ（２３）と、
前記第１の戻り光成分を受光する第１の受光器（２５）と、
前記第２の戻り光成分を受光する第２の受光器（２６）と、
前記パルス光源から光パルスが出射されてから一定時間が経過するまでの期間に、前記第１の受光器および前記第２の受光器から出力される信号を受けて、前記試験対象の光ファイバ線路の特性を求める信号処理部（３０）とを備えた光パルス試験装置であって、
前記試験対象の光ファイバ線路からの戻り光の強度範囲を、遠端のレイリー散乱光成分のレベルを含む低レベル領域と、全反射成分のレベルを含む高レベル領域とに分け、
前記第１の受光器の出力信号中の前記低レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となり、前記第２の受光器の出力信号中の前記高レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となるように、光パルスの強度、前記第２のカプラの分岐比、前記第１の受光器の利得および第２の受光器の利得が設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記のように構成されているため、本発明の光パルス試験装置では、戻り光のうち、遠端のレイリー散乱光のレベルを含む弱レベル領域の戻り光成分を高Ｓ／Ｎで且つ非飽和状態でレベル測定することができ、また、戻り光のうち、全反射光のレベルを含む高レベル領域の戻り光成分を、高Ｓ／Ｎで且つ非飽和状態でレベル測定することができ、しかもそれらの受光出力が光パルス１つに対して同時に得られるので、従来の半分の測定効率で正確な測定結果を得ることができる。
【００２３】
また、光パルスの出力を可変しないで済むので、それに伴う波長変化も発生せず、測定精度が低下しない。また、高価な可変減衰器が不要であり、システム全体のコストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態の構成図
【図２】実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】実施形態の要部の構成例を示す図
【図４】実施形態の測定結果の表示例を示す図
【図５】実施形態の測定結果の別の表示例を示す図
【図６】光ファイバ線路の状態変化を検出する場合の動作を説明するための図
【図７】光ファイバ線路の状態変化を検出するための信号処理部の構成例を示す図
【図８】従来装置の構成図
【図９】従来装置の測定結果の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光パルス試験装置２０の構成を示している。
【００２６】
図１において、パルス光源２１は、例えば半導体レーザをパルス駆動する構成を有し、所定周期Ｔで所定強度の光パルスＰｏを出射する。ここで光パルスＰｏの周期Ｔは、その光パルスが試験対象の光ファイバ線路１を往復するのに必要な時間Ｔａより長く設定されている（この光パルスＰｏの出射タイミングは、後述する信号処理部３０によって行われものとするが、パルス光源２１側でコントローラし、そのタイミング情報を信号処理部３０へ与えるようにしてもよい）。
【００２７】
光パルスＰｏは第１のカプラ２２に入力される。第１のカプラ２２は、光パルスＰｏを光ファイバ線路１の一端側に入射させるとともに、その光パルスＰｏを受けた光ファイバ線路１から一端側へ戻ってきた戻り光Ｐａをパルス光源２１からの入射光路と異なる光路へ出射させる。
【００２８】
第１のカプラ２２から出射された戻り光Ｐａは、第２のカプラ２３に入射され、１に近い大きな透過率α（例えばα＝０．９５）の第１の戻り光成分Ｐｂと、０に近い小さな透過率β（例えばβ＝１−α＝０．０５）の第２の戻り光成分Ｐｃとに分けられて出射される（分岐比＝α：β）。
【００２９】
第１の戻り光成分Ｐｂは第１の受光器２５に入射されてその強度に応じた振幅の信号Ｖｂに変換され、第２の戻り光成分Ｐｃは第２の受光器２６に入射されてその強度に応じた振幅の信号Ｖｃに変換される。
【００３０】
ここで、各受光器２５、２６は、図２に示すように、受光素子２５ａ、２６ａ、その受光素子の受光電流の変化を電圧変化に変換するＩ／Ｖ変換器２５ｂ、２６ｂおよび増幅器２５ｃ、２６ｃで構成されるが、この実施形態では、大きな透過率αで分岐された第１の戻り光成分Ｐｂを受ける第１の受光器２５の受光素子２５ａとしては、距離の長い光ファイバ線路１の遠端からのレイリー散乱光のように低レベルの戻り光成分を高Ｓ／Ｎで光電変換できるように、例えば増倍効果があり高感度なアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）が用いられる。
【００３１】
また、小さな透過率βで分岐された第２の戻り光成分Ｐｃを受ける第２の受光器２６の受光素子２６ａとしては、全反射光のような高レベルの戻り光成分を飽和しない状態で光電変換するために、例えば増倍効果のないＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮＰＤ）が用いられる。
【００３２】
２つの受光器２５、２６の出力信号Ｖｂ、Ｖｃは信号処理部３０に入力される。
信号処理部３０は、パルス光源２１から光パルスＰｏが出射されてから一定時間Ｔｃ（（Ｔａ＜Ｔｃ＜Ｔ）が経過するまでの期間、２つの受光器２５、２６の出力信号Ｖｂ、Ｖｃを取込み、試験対象の光ファイバ線路１の減衰、反射特性を求め、その結果を表示器３１に表示させる。
【００３３】
信号処理部３０の具体的な構成例としては、例えば図３に示すように、信号Ｖｂ、ＶｃをＡ／Ｄ変換器３０ａ、３０ｃでそれぞれデジタル信号列に変換し、平均化処理部３０ｂ、３０ｄに与える。
【００３４】
平均化処理部３０ｂ、３０ｄは、前記したように、光パルスＰｏが出射されてから一定時間Ｔｃが経過するまでの間に入力された信号を一組の時間波形として記憶し、これを所定の平均化数分（例えば１００回分）受けてその平均化処理を行い、ランダム性のノイズを除去し、その結果を特性表示部３０ｅに与える。
【００３５】
特性表示部３０ｅは、平均化処理で得られた波形を光ファイバ線路１の特性を示す波形として時間軸上に表示させる。
【００３６】
上記構成の光パルス試験装置２０のように、透過率が大きく異なる第２のカプラ２３と、その分岐した光をそれぞれ受光する受光器２５、２６を用いているので、戻り光Ｐａの強度範囲を２つの領域に分け、それぞれの領域の成分が各受光器２５、２６の出力信号中で、十分なＳ／Ｎと非飽和な状態となるように設定することが可能となる。
【００３７】
即ち、試験対象の光ファイバ線路１からの戻り光の強度範囲を、遠端のレイリー散乱光成分のレベルを含む低レベル領域と、全反射成分のレベルを含む高レベル領域とに分ける。
【００３８】
ここで低レベル領域としては、反射減衰量で言えばフレネル反射成分の一部領域を含む−１４．８ｄＢ以下の範囲とし、高レベル領域は全反射の反射減衰量の０ｄＢ〜−１４．８ｄＢの範囲とする。
【００３９】
そして、第１の受光器２５の出力信号中の低レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となり、第２の受光器２６の出力信号中の高レベル領域の戻り光成分がノイズレベルより高く且つ非飽和となるように、光パルスＰｏの強度、第２のカプラ２３の分岐比（＝α：β）、各受光器２５、２６の利得が設定されている。
【００４０】
前記数値例で説明すると、第２のカプラ２３は９５：５の分岐比をもち、戻り光Ｐａの９５％が第１の受光器２５に入射される。その損失Ｌａは、
１０・log（９５／１００）＝０．２２ｄＢ
とごく僅かである。
【００４１】
つまり、ダイナミックレンジは損失Ｌｂの１／２の０．１１ｄＢしか低下しない。また、この損失Ｌｂが小さいため、第２のカプラ２３の損失をほぼ無視ができる。第２のカプラ２３で戻り光を分岐させた影響は少ないことがわかる。
【００４２】
このように第１の受光器２５に対しては、戻り光Ｐａのほとんどがそのまま入射され、しかも、受光素子として高感度なＡＰＤを用いているので、光ファイバ線路１の長さに対して、光パルスＰｏの出力が必要十分なレベルであれば、遠端からのレイリー散乱光成分のような低レベルの光を高いＳ／Ｎで且つ飽和しない状態で光電変換することができる。ただし、強いフレネル反射や全反射成分については飽和してそのレベルを正しく把握できない。
【００４３】
一方、第２の戻り光成分Ｐｃは、戻り光Ｐａの５％で１３ｄＢの損失Ｌｃであるため、第２の受光器２６には、第１の受光器２５より約１３ｄＢ（＝Ｌｃ−Ｌｂ）減衰された光が同時に入射される。この第２の受光器２６は、たとえ全反射光のような強い光が入射されても、その受光電流が飽和することなく測定可能となる。ただし、レイリー散乱光のような低レベルの光成分は、大きな損失分に対応して発生するノイズに埋もれてしまう。
【００４４】
信号処理部３０は、前記したように、光パルスＰｏが出射される毎に、受光器２５、２６の出力信号Ｖｂ、Ｖｃを一定時間取り込んで、その平均化処理等を行い、ランダム性のノイズ成分を除去し、試験対象の光ファイバ線路１の伝送特性（距離と減衰／反射の特性）を求め、表示器３１に表示する。
【００４５】
図４は、上記構成の光パルス試験装置２０の測定結果の表示例を示したものであり、この表示例では、表示画面の上段に第１の受光器２５の出力信号Ｖｂに基づいて得られた光ファイバ線路１の特性Ｆｂが表示され、下段に第２の受光器２６の出力信号Ｖｃに基づいて得られた光ファイバ線路１の特性Ｆｃが表示されている。
【００４６】
この上段に表示された特性Ｆｂのうち、一定の傾きで減少するレイリー散乱光の成分は、遠端まで正しいレベルで表示されているが、Ａのフレネル反射分やＢの終端反射分のピークは飽和している。
【００４７】
一方、下段に表示された特性Ｆｃのうち、Ａ′のフレネル反射分やＢ′の終端反射分のピークは飽和していないのでそのピークレベルを正しく把握できるが、第２のカプラ２３によって１３ｄＢの損失が加わったために、レイリー散乱光の成分はノイズ成分に埋もれてしまい、上記程度の平均化処理では検出されない。これを検出するには、さらに多くの平均化が必要で、その検出に多大な時間を要する。
【００４８】
試験者は、この二つの特性Ｆｂ、Ｆｃから、微弱なレイリー散乱成分から全反射成分までの幅広い範囲の戻り光を正確なレベルで把握することができ、これにより、試験対象の光ファイバ線路１の正確な特性を正しく把握することができる。また上記二つの特性Ｆｂ、Ｆｃは、基本的に同時に取得できるために測定効率が向上する。
【００４９】
なお、測定結果の表示例は上記のように上下２段に分離して行うだけでなく、特性Ｆｂのフレネル反射や全反射等のレベルで、特性Ｆｃの反射のレベルを修正して（波形合成）、図５のように一つの特性Ｆａとして表示させることもできる。
【００５０】
以上の実施形態は、第２のカプラ２３の大きな透過率αの出力をＡＰＤを受光素子とする第１の受光器２５側に入射し、小さい透過率βの出力をＰＩＮＰＤを受光素子とする第２の受光器２６側に入射していたが、反対に、大きな透過率αの出力をＰＩＮＰＤを受光素子とする第２の受光器２６側に入射し、小さい透過率βの出力をＡＰＤを受光素子とする第１の受光器２５側に入射してもよい。ただし、ＡＰＤに入射する戻り光のレベルが小さくなるので、微弱なレイリー散乱光が観測しにくくなり、上記例に比べて低レベルを正しく把握できない。
【００５１】
上記動作例は、第１の受光器２５の出力信号Ｖｂに基づく測定と、第２の受光器２６の出力信号Ｖｃに基づく測定とを同時に且つ並行して毎回行う場合について説明したものであるが、第１の受光器２５の出力信号Ｖｂをメインの測定結果として取得し、これを例えば１００回の平均化処理を行い、ランダム性のノイズを除去して表示する場合で、その１００回の測定値を求めている最中に、光ファイバ線路１のコネクタ異常や断線等によってフレネル反射が発生したり、反射がなくなる等の状態変化が発生すると、その平均化処理で得られた特性は、状態変化前の特性と状態変化後の特性の中間の誤ったものとなってしまい、試験者が誤った判断をしてしまう。
【００５２】
ただし、この構成の光パルス試験装置２０では、第２の受光器２６の出力信号Ｖｃに基づいて上記のような光ファイバ線路１の大きな状態変化を検出することができる。
【００５３】
この検出処理は信号処理部３０によって行う。つまり、信号Ｖｂに対する平均化処理を行っている間、図６のように、出力信号Ｖｃを所定のしきい値Ｖｒと比較し、そのしきい値を超えた反射タイミングＱ１、Ｑ２、…を順次記憶するという処理を繰り返し、その記憶した反射タイミングが変化したり消滅した場合に、上記した光ファイバ線路１の大きな状態変化が発生したものとして、アラームを音や表示で出力したり、平均化処理をリセットして、再スタートさせる。このようにすることで誤った測定を行うことを防止することができる。
【００５４】
図７はこれを実現するための信号処理部３０の構成例を示すものであり、比較器３０ｆにより信号Ｖｃとしきい値Ｖｒとの比較を行い、その結果を状態変化判定手段３０ｇに出力する。状態変化判定手段３０ｇは、上記したように、信号Ｖｃがしきい値Ｖｒを超えるタイミングに変化があるか否かを判定し、変化があると判定したときにアラームを出力したり、平均化処理部３０ｂ、３０ｄの平均化処理をリセットさせる。なお、この状態変化の検出は、信号Ｖｂとしきい値との比較結果に基づいて行ってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１……光ファイバ線路、２０……光パルス試験装置、２１……パルス光源、２２……第１のカプラ、２３……第２のカプラ、２５……第１の受光器、２６……第２の受光器、３０……信号処理部、３１……表示器
【図１】
2011007618.tif 000003
【図２】
2011007618.tif 000004
【図３】
2011007618.tif 000005
【図４】
2011007618.tif 000006
【図５】
2011007618.tif 000007
【図６】
2011007618.tif 000008
【図７】
2011007618.tif 000009
【図８】
2011007618.tif 000010
【図９】
2011007618.tif 000011