(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅媒体を含むファイバリングレーザを用いて被測定光ファイバに対して入射する光パルスを発生するとともに、前記光パルスに対応して前記被測定光ファイバから戻ってくる後方散乱光を前記光増幅媒体によって増幅する光パルス発生手段と、
前記光パルス発生手段によって増幅された前記後方散乱光に基づいて、前記光ファイバの特性測定を行う測定手段と、
を備えることを特徴とする光パルス試験器。
【請求項２】
請求項１において、
前記光パルス発生手段は、
光の周回方向を一方向に制限する光アイソレータと、
前記光アイソレータと前記光増幅媒体の間に配置され、前記光増幅媒体によって増幅された前記後方散乱光を光ループから分岐する光分岐手段と、
を備え、前記後方散乱光を前記光ループを周回させずに取り出すことを特徴とする光パルス試験器。
【請求項３】
請求項２において、
前記光ループ内の前記光増幅媒体と前記光アイソレータとの間であって、前記光分岐手段が挿入されていない区間に、前記光パルスを前記光ループから分岐するとともに前記被測定光ファイバから戻ってくる前記後方散乱光を前記光ループに入射する光結合手段を備えることを特徴とする光パルス試験器。
【請求項４】
請求項３において、
前記光結合手段と複数本の前記被測定光ファイバとの間に挿入された第１の波長分割多重手段を備えており、
前記光パルス発生手段から前記第１の波長分割多重手段に向けて出射される前記光パルスを波長成分毎に複数に分割して、各波長成分を複数本の前記被測定光ファイバのそれぞれに入射し、複数本の前記被測定光ファイバから前記第１の波長分割多重手段に戻ってきた前記後方散乱光を多重して単一の光信号として前記光結合手段を介して前記光増幅媒体に入射することを特徴とする光パルス試験器。
【請求項５】
請求項４において、
前記光分岐手段と前記測定手段との間に挿入された第２の波長分割多重手段を備えており、
前記光パルス発生手段から出力される増幅後の前記後方散乱光を、前記第１の波長分割多重手段によって分割される複数の波長成分と同じ波長成分に分割して前記測定手段に入射することを特徴とする光パルス試験器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバから戻ってきた後方散乱光を検出して光ファイバの伝送特性の測定を行う光パルス試験器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光ファイバ等の光伝送路の伝送損失を測定するために、光パルス試験器としてのＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectmetry）装置が用いられている。このＯＴＤＲ装置は、光パルスを測定対象の光ファイバ（以下、「被試験光ファイバ」と称する）に入射し、光ファイバ内部の欠陥箇所や光ファイバ間の溶着箇所等で反射して戻ってきた後方散乱光の強度の時間変化を検出することにより、光伝送路の伝送損失を測定する。
【０００３】
図３は、従来のＯＴＤＲ装置の構成を示す図である。同図に示すＯＴＤＲ装置５００は、光パルス発生部５１０、光カップラ５２０、フォトダイオード（ＰＤ）５３０、アンプ５４０、伝送損失測定部５５０を含んで構成されており、被試験光ファイバ５６０の伝送損失を測定する。
【０００４】
また、上述した光パルス発生部５１０は、光カップラ５１３、光ファイバ５１１、光アイソレータ５１４、光カップラ５１５、光スイッチ５１６および光フィルタ５１７をリング状に接続して光ループを形成しており、励起光源５１２から出射された光を光カップラ５１３を介して光ファイバ５１１に導く構成を有している。この光ファイバ５１１にはエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加されており、励起光源５１２から出射された光によって光エネルギーが励起される光増幅媒体として動作する。
【０００５】
図３に示す光パルス発生部５１０では、光ループ内に含まれる光スイッチ５１６を周期的に短時間オン状態にして正帰還系を構成すると、励起された光エネルギーが光信号として光ループ内を周回する。そして、この周回する光は、光ファイバ５１１内部で増幅されるため、光カップラ５１５から強度の大きな光パルスとして取り出される。
【０００６】
この取り出された光パルスは、光カップラ５２０を介して被試験光ファイバ５６０に入射される。光ファイバ５６０に入射された光パルスは、光ファイバ５６０内部の欠陥箇所や溶着箇所等に達すると反射され、この反射された後方散乱光が光カップラ５２０を介してフォトダイオード５３０に入射される。フォトダイオード５３０は、入射される光信号を電気信号に変換して出力し、この電気信号がアンプ５４０によって電気的に増幅された後、伝送損失測定部５５０に入力される。伝送損失測定部５５０は、増幅後の電気信号に基づいて各種の処理を行い、光ファイバ５６０の伝送損失を測定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のＯＴＤＲ装置５００では、光ファイバ５６０内部で反射されて戻ってくる後方散乱光が微弱であるため、電気信号に変換した後に予備的にこの電気信号を増幅し、増幅後の電気信号に基づいて伝送損失の測定を行っている。ところが、アンプ５４０によって信号の増幅を行う場合に、同時にノイズ成分が重畳されてしまうという問題があり、正確な伝送損失の測定を行おうとすると、信号の同期加算等を行う必要が生じ、測定に要する時間が長くなってしまう。また、増幅時に生じるノイズ成分をできるだけ少なくするためには高価なアンプ５４０を使用する必要があるが、その場合には測定装置全体のコストが高くなってしまうため、好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電気信号の予備的な増幅が不要であって、コストの低減が可能であり、精度の高い測定を行うことができる光パルス試験器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の光パルス試験器は、光パルス発生手段から出力される光パルスに対応して戻ってくる後方散乱光を、この光パルスを生成するために用いられる光増幅媒体によって増幅している。このように、光信号の状態で後方散乱光の増幅を行っているため、測定手段においてこの後方散乱光を電気信号に変換した後にさらに予備的な増幅を行う必要がなく、この予備的な増幅を行うために必要な増幅器が不要になるため部品コストや製造コストの低減が可能になる。また、電気信号の状態で予備的な増幅を行わないため、電気信号を増幅する際に発生するノイズの混入がなく、増幅後の後方散乱光を測定手段において電気信号に変換した際に良好なＳＮ比を実現することができ、精度の高い測定を行うことができる。
【００１０】
また、上述した光パルス発生手段は、光の周回方向を一方向に制限する光アイソレータと、この光アイソレータと光増幅媒体の間に配置されて増幅後の後方散乱光を光ループから分岐する光分岐手段とを備えることが望ましい。光アイソレータを備えることにより、後方散乱光が光ループを周回して光パルスの生成の障害となることを防止することができ、しかも光増幅媒体と光アイソレータとの間に光分岐手段を挿入することにより、光増幅媒体によって増幅された後の後方散乱光を光ループから取り出すことができる。
【００１１】
また、光ループ内の光増幅媒体と光アイソレータとの間であって、光分岐手段が挿入されていない区間に光の分岐および合波を行う双方向の光結合手段を設けることが望ましい。一つの光結合手段を用いて、被測定光ファイバに向けた光パルスの出射と、この被測定光ファイバから戻ってくる後方散乱光の入射を行うことにより、部品点数の低減が可能であるとともに、光パルスを発生するために用いられる光増幅媒体に後方散乱光を導くことが容易になる。
【００１２】
また、上述した光結合手段と複数本の被測定光ファイバとの間に第１の波長分割多重手段を備えることが望ましい。光パルス発生手段から第１の波長分割多重手段に向けて出射される光パルスを波長成分毎に複数に分割して、各波長成分を複数本の被測定光ファイバのそれぞれに入射するとともに、複数本の被測定光ファイバから第１の波長分割多重手段に戻ってきた後方散乱光を多重して単一の光信号として光結合手段を介して光増幅媒体に入射することができるため、一つの光パルス発生手段を用いて複数本の被測定光ファイバの特性を測定することができ、システムの簡略化によるコストの低減が可能になる。
【００１３】
また、光分岐手段と測定手段との間に第２の波長分割多重手段を備えることが望ましい。光パルス発生手段から出力される増幅後の後方散乱光を、上述した第１の波長分割多重手段によって分割される複数の波長成分と同じ波長成分に分割して測定手段に入射することにより、複数本の被測定光ファイバのそれぞれに対応した各後方散乱光を各被測定光ファイバ毎に分離することができ、複数本の被測定光ファイバの伝送特性を同時に測定することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のＯＴＤＲ装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態のＯＴＤＲ装置の全体構成を示す図である。同図に示すＯＴＤＲ装置１００は、光パルス発生部１１０、フォトダイオード（ＰＤ）１４０および伝送特性測定部１５０を含んで構成されており、被試験光ファイバ１６０に光パルスを入射し、この光ファイバ１６０内部の欠陥箇所や溶着箇所等で反射して戻ってきた後方散乱光強度の時間変化を検出することにより、光ファイバ１６０の伝送特性を測定する。また、上述した光パルス発生部１１０は、光増幅媒体１１１、励起光源１１２、２つの光カップラ１１３、１１７、光スイッチ１１４、光フィルタ１１５、光アイソレータ１１６を含んで構成されている。
【００１６】
この光パルス発生部１１０においては、光カップラ１１３、光増幅媒体１１１、光スイッチ１１４、光フィルタ１１５、光アイソレータ１１６、光カップラ１１７によって光ループが形成されており、励起光源１１２から出力された光を光カップラ１１３を介して光増幅媒体１１１に導く構成となっている。
【００１７】
光増幅媒体１１１は、希土類元素が添加された光ファイバによって構成されており、励起光源１１２から出射される所定波長の光や被試験光ファイバ１６０から出射される光によって励起され、入射光を増幅して出力する。添加される希土類元素としては、例えばエルビウムが用いられる。また、励起光源１１２は、例えば半導体レーザが用いられ、光増幅媒体１１１に添加される希土類元素としてエルビウムを用いた場合には、波長が９８０ｎｍまたは１４８０ｎｍの光を出射する。励起光源１１２から波長が９８０ｎｍあるいは１４８０ｎｍのレーザ光が照射されると、上述したエルビウムが添加された光増幅媒体１１１によって、１５３０〜１５９０ｎｍの波長領域の光信号が増幅される。
【００１８】
光カップラ１１３は、３つの入出力端子Ａ、Ｂ、Ｃを有しており、２つの入出力端子Ａ、Ｂのそれぞれに入射された光を入出力端子Ｃから出射するとともに、入出力端子Ｃに入射された光を２つの入出力端子Ａ、Ｂのそれぞれから出射する。入出力端子Ａには励起光源１１２が接続されており、励起光源１１２から入出力端子Ａに入射された光が入出力端子Ｃから出射され、この入出力端子Ｃに接続された光増幅媒体１１１に導かれる。また、光増幅媒体１１１から入出力端子Ｃに入射された光の一部が入出力端子Ｂから出射され、この入出力端子Ｂに接続された光カップラ１１７に導かれる。
【００１９】
同様に、光カップラ１１７は、３つの入出力端子Ａ、Ｂ、Ｃを有しており、２つの入出力端子Ａ、Ｂのそれぞれに入射された光を入出力端子Ｃから出射するとともに、入出力端子Ｃに入射された光を２つの入出力端子Ａ、Ｂのそれぞれから出射する。入出力端子Ａには光アイソレータ１１６の出力端子が接続されており、光アイソレータ１１６から入出力端子Ａに入射された光が、入出力端子Ｃに接続された光カップラ１１３の入出力端子Ｂに導かれる。また、光カップラ１１３から入出力端子Ｃに入射された光の一部が入出力端子Ｂから出射される。
【００２０】
光スイッチ１１４は、１次光入出力端子Ａと０次光入出力端子Ｂとを有しており、オンオフ動作を行うことにより光増幅媒体１１１から入射された光を断続的に１次光入出力端子Ａから出力するとともに、この入射された光の一部を０次光入出力端子Ｂに接続された光ファイバ１６０に向けて出射する。また、光スイッチ１１４は、入出力端子Ｃと１次光入出力端子Ａとの間をオフ状態にしたときに光ファイバ１６０から０次光入出力端子Ｂに入射された後方散乱光を、入出力端子Ｃから出射して光増幅媒体１１１に導く。
【００２１】
例えば、光スイッチ１１４としてＡ／Ｏ（Acousto-Optic ）スイッチを用いた場合には、オフ状態のときに入出力端子Ｃと１次光の入出力端子Ａとの間のアイソレーションは４５ｄＢ程度となる。また、光スイッチ１１４の入出力端子Ｃと０次光の入出力端子Ｂとの間のアイソレーションは、入出力端子と１次光出力端子Ａとの間がオン状態のときに約７ｄＢ、オフ状態のときに約３ｄＢとなる。
【００２２】
光フィルタ１１５は、光スイッチ１１４から出射される光のうち、所定の波長成分のみを通過させる。また、この通過させる光の波長は、変更可能となっている。光アイソレータ１１６は、２つの端子を有しており、一方の端子（入力端子）から他方の端子（出力端子）へは光を通すが、その反対方向の光は遮断する。
【００２３】
また、図１に示したフォトダイオード１４０は、上述した光パルス発生部１１０内の光カップラ１１７から出射される光信号を電気信号に変換する。伝送特性測定部１５０は、フォトダイオード１４０から出力される電気信号に基づいて所定の処理を行うことにより、被試験光ファイバ１６０の伝送特性を測定する。
【００２４】
図１に示した光パルス発生部１１０では、光カップラ１１３、光増幅媒体１１１、光スイッチ１１４、光フィルタ１１５、光アイソレータ１１６、光カップラ１１７によって形成された光ループと励起光源１１２とを組み合わせることによって光ファイバリングレーザが構成される。
【００２５】
励起光源１１２から出射された光は、光カップラ１１３を介して光増幅媒体１１１に入射される。光増幅媒体１１１は、エルビウム等の希土類元素が添加されているため、励起光源１１２から入射される光によって励起される。このとき、光スイッチ１１４の入出力端子Ｃと１次光入出力端子Ａとの間を短時間オン状態にすることにより、光ループを周回する光がキャビティ内の光増幅媒体１１１によって正帰還増幅され、光の周回動作に対応して強度が増す誘導放出光が光増幅媒体１１１から出力される。特に、上述した光ファイバリングレーザは、高調波モード・ロックすると、非常に高いパルスレートで、極端に短くかつ変形が制限されたソリトン上の光パルスを発生することができる。このため、ＯＴＤＲ装置の一部として使用する場合の他に、高速光通信や大容量光通信に応用する場合に適している。あるいは、ジャイロスコープ、干渉センサなど、高感度の光測定装置に上述した光ファイバリングレーザを用いるようにしてもよい。
【００２６】
このようにして光増幅媒体１１１から光スイッチ１１４に入射されたパルス状の誘導放出光は、その一部が光スイッチ１１４の０次光入出力端子Ｂ側に分岐され、光パルス発生部１１０から出力され、被試験光ファイバ１６０に入射される。
【００２７】
被試験光ファイバ１６０に入射された光パルスは、光ファイバ１６０内部の欠陥箇所や溶着箇所等に達すると一部が反射し、この反射によって生じた後方散乱光が、光パルス発生部１１０側に折り返される。この光ファイバ１６０から出射される後方散乱光は、光スイッチ１１４を介して光増幅媒体１１１に入射され、光増幅媒体１１１によって増幅される。そして、増幅後の後方散乱光が光カップラ１１７を介してフォトダイオード１４０に入射される。フォトダイオード１４０は、光カップラ１１７から入射される光を電気信号に変換し、伝送特性測定部１５０は、このフォトダイオード１４０から出力される電気信号に基づいて、光ファイバ１６０の伝送損失の測定を行う。
【００２８】
このように、本実施形態のＯＴＤＲ測定装置１００では、光パルスを生成するために用いる光増幅媒体１１１によって、被測定光ファイバ１６０から戻ってくる後方散乱光を増幅しており、電気信号の予備的な増幅が不要となるため、部品点数の低減によるコストの低減が可能になる。また、電気信号の予備的な増幅を行う際に生じるノイズ成分がなくなるため、信号の同期加算等を行う必要がなく、あるいは同期加算を行う場合であっても少ない加算回数で良好なＳＮ比を得ることができるようになり、伝送特性の正確な測定が可能になる。
【００２９】
（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、測定対象となる光ファイバ１６０は１本であったが、波長分割多重（ＷＤＭ：Wave Division Multiplexing）技術を用いることにより、複数本の光ファイバの伝送特性を同時に測定することができる。
【００３０】
図２は、複数本の光ファイバの伝送特性を同時に測定するＯＴＤＲ測定装置の全体構成を示す図である。同図に示すＯＴＤＲ測定装置２００は、光パルス発生部２１０、波長分割多重部２２０、２３０、複数のフォトダイオード２４０および伝送特性測定部２５０を含んで構成されており、測定対象となるｎ本の光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎのそれぞれに光パルスを入射し、それぞれの内部の欠陥箇所や溶着箇所等で反射して戻ってきた後方散乱光強度の時間変化を検出することにより、光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎの伝送特性を測定する。
【００３１】
上述した光パルス発生部２１０は、光増幅媒体２１１、励起光源２１２、２つの光カップラ２１３、２１７、光スイッチ２１４、光フィルタ２１５、光アイソレータ２１６を含んで構成されている。この光パルス発生部２１０は、図１に示した第１の実施形態のＯＴＤＲ測定装置に含まれる光パルス発生部１１０と基本的に同じ構成を有しており、光パルスの発生動作と後方散乱光の増幅動作を行う。特に、エルビウムが添加された光ファイバリングレーザは、１５３０ｎｍ〜１５８０ｎｍの広い帯域においてほぼ平坦なゲインを有しており、この帯域内で容易に複数の波長成分を含んでいる。したがって、この複数の波長成分を有する光信号を波長成分ごとに分割することにより、複数の光信号を得ることができる。
【００３２】
波長分割多重部２２０は、光パルス発生部２１０内の光スイッチ２１４から光パルスが入射されると、この入射された光パルスを波長成分毎に分割して、ｎ個の入出力端子のそれぞれからｎ本の光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎに向けて各波長成分に対応した光パルスを出射する。また、各波長成分に対応した光パルスが光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎから入射されると、これらの入射された各波長の光パルスを合波して、各波長成分を有する光パルスを光パルス発生部２１０に向けて出力する。
【００３３】
同様に、波長分割多重部２３０は、光カップラ２１７から後方散乱光が入射されると、この入射された後方散乱光を波長成分毎に分割して、ｎ個の入出力端子のそれぞれからｎ個のフォトダイオード２４０に向けて各波長成分に対応した光を出射する。
【００３４】
ｎ個のフォトダイオード２４０のそれぞれは、波長分割多重部２３０から出力された後方散乱光の各波長成分を個別に電気信号に変換する。伝送特性測定部２５０は、ｎ個のフォトダイオード２４０から出力される各波長成分に対応したｎ個の電気信号のそれぞれに基づいて所定の処理を行うことにより、ｎ本の被試験光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎのそれぞれの伝送特性を測定する。
【００３５】
このように、本実施形態のＯＴＤＲ測定装置２００では、光パルス発生部２１０から出射される光パルスを波長分割多重部２２０においてｎ個の波長成分毎に分割し、これらの分割された各波長成分のｎ個の光パルスを用いてｎ本の被試験光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎに対する伝送特性の測定が行われる。そして、光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎのそれぞれから戻ってきた各波長成分の後方散乱光を多重することにより、単一の後方散乱光に戻し、これを光増幅媒体２１１を通して増幅する。したがって、複数本の光ファイバのメインテナンス等を同時に行う場合であって、伝送特性特定部２２０において被試験光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎのそれぞれの伝送特性を測定する際に、電気信号の予備的な増幅を行う必要がなく、部品点数の低減によるコストの低減が可能になる。また、電気信号の予備的な増幅を行う際に生じるノイズ成分がなくなるため、信号の同期加算等を行う必要がなく、あるいは同期加算を行う場合であっても少ない加算回数で良好なＳＮ比を得ることができるようになり、伝送特性の正確な測定が可能になる。また、波長分割多重部２２０を用いて各波長成分の後方散乱光を多重化して単一の光信号に変換することにより、光パルス発生部２１０内の光増幅媒体２１１を用いて、ｎ本の被試験光ファイバ２６０−１〜２６０−ｎから戻ってくる各後方散乱光を同時に増幅することができ、各後方散乱光を電気信号に変換した後に別々に予備的な電気増幅を行う場合に比べて大幅は部品点数の低減が可能になる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、光増幅媒体１１１、２１１に添加する希土類元素としてエルビウムを用いたが、ネオジウム等の他の希土類元素を用いてもよい。また、フォトダイオード１４０、２４０から出力される電気信号を伝送特性特定部１５０、２５０に直接入力する場合を説明したが、これらの間に電気信号を増幅するアンプを接続するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、光パルス発生手段から出力される光パルスに対応して戻ってくる後方散乱光を、この光パルスを生成するために用いられる光増幅媒体によって増幅しており、光信号の状態で後方散乱光の増幅を行っているため、測定手段においてこの後方散乱光を電気信号に変換した後にさらに予備的な増幅を行う必要がなく、この予備的な増幅を行うために必要な増幅器が不要になるため部品コストや製造コストの低減が可能になる。また、電気信号の状態で予備的な増幅を行わないため、電気信号を増幅する際に発生するノイズの混入がなく、増幅後の後方散乱光を測定手段において電気信号に変換した際に良好なＳＮ比を実現することができ、精度の高い測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のＯＴＤＲ装置の全体構成を示す図である。
【図２】他の実施形態のＯＴＤＲ装置の全体構成を示す図である。
【図３】従来のＯＴＤＲ装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１００、２００  ＯＴＤＲ装置
１１０、２１０  光パルス発生部
１１１、２１１  光増幅媒体
１１２、２１２  励起光源
１１３、１１７、２１３、２１７  光カップラ
１１４、２１４  光スイッチ
１１５、２１５  光フィルタ
１１６、２１６  光アイソレータ
１４０、２４０  フォトダイオード
１５０、２５０  伝送損失測定部
１６０、２６０  被試験光ファイバ
【図１】
0004041242.tif 000002
【図２】
0004041242.tif 000003
【図３】
0004041242.tif 000004