JPH03122538A - ガイドされる光学的素子、光ファイバ、または光ガイド回路網を時間式反射計計測により解析する解析方法および反射計装置 - 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〕 本発明はガイドされる光学的素子、光ファイバ、または
光ガイド回路網を時間式反射計計測により解析する解析
方法および反射計装置に関する。

時間領域における光学的反射計計測はガイドされる光学
的素子、光ファイバ、または光ガイド回路網を解析する
ことを可能にする。この光学的反射計測は例えば、接続
器の挿入消失およびスプライスにおける損失を測定し、
ファイバ区分の長さを測定し、欠陥を識別し、および単
位長さ当りの減衰を測定するのに用いられる。

〔従来技術、および発明が解決しようとする課題］従来
の原理によれば、プローブパルスと称される光パルスが
、解析することが望まれるシステムに接続された光ガイ
ドへ入射される。このプローブパルスの伝送の間、この
プローブパルスの光出力の成る小なる部分が、該解析さ
れるべきシステムの屈折率の不均一性、該システムにお
ける欠陥、該システムにおける光屈折、および、接合部
および接続素子例えば接続器、カプラー、減衰器等、に
より後方散乱させられる。

後方散乱させられた応答信号は、該システムの特徴を構
成し、該システムのすべての素子の特性を包含している
。

該後方散乱応答信号は、光検出装置により受理され、検
出増幅ブロックから送出されるのは対応する電気信号で
あり、該対応する電気信号は処理され、表示される。該
検出・増幅および処理の動作から発生する信号が表示す
るものは、「後方１１ケ乱トレース」と称される。

この方法において用いられる反射計の品質は測定の動力
学性能（ｄｙｎａｍｉｑａｅ）とその分解能に依存する
。

分解能は、反射計の能力であり、後方散乱信号に対する
、相互に接近する欠陥部、屈折部、または素子の影響を
分離する。該分解能は、プローブパルスの継続時間が長
いほど、そして検出・増幅の通過帯域が広いほど良好で
ある。

動力学性能は、デシベルであられされ、後方散乱トレー
スの初期において記録される信号対雑音比の最大値であ
る。該動力学性能は、プローブパルスのエネルギが大で
ある（同様に、継続時間が長い）はど、また検出・増幅
ユニットの通過帯域が狭いほど高度である。

与えられたシステムについて、成る反射計により解析さ
れることが可能な長さ（範囲）は、動力学性能の上界に
ともない増大する。

動力学性能の上昇と分解能の上昇は一見して排反的であ
り、現在に至るまで、これらの両性能の妥協がはかられ
てきている。従来、成る装置においては分解能の損失を
認容して動力学性能を重視し、他の装置においては動力
学性能の低下を認容して分解能の良好を重視している。

本発明の目的は、ガイドされた光学的素子、光ファイバ
、または光ガイド回路網を、時間式反射計により、高度
の動力学性能と高度の分解能を同時に実現しつつ、解析
する方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、前記の方法を実行するための反射
計を提供することにある。

本発明により、従来一般に認容されてきた制限に拘束さ
れることなく、該制限を克服する手段が提案されるとい
う点で重要な貢献がなされる。

〔課題を解決するための手段］ 本発明においては、ガイドされる光学的素子、光ファイ
バ、または光学的ガイド用の回路網を時間領域における
反射計計測により解析する解析方法であって、短周期の
パルスにより形成される光プローブ信号が解析されるべ
きシステムに接続された案内体に供給される解析方法に
おいて、後方散乱の応答信号はポンプ信号と称される光
信号との相互作用によりサンプリングされ、該光信号は
サンプリングされた信号と称される新しい信号を発生す
るよう短周期の光パルスに形成され、該新しい信号は光
検出装置に受理され、その場合、該光検出装置は該ポン
プ信号および該後方散乱の応答信号に対し不感応であり
、該ポンプ信号のパルスの反復周波数は、プローブ信号
のパルスの反復周波数、または、該プローブ信号のパル
スの反復周波数の倍数または約数に近似しており、該後
方散乱の応答信号は該光検出装置から送出される信号サ
ンプルから再構成されることを特徴とする解析方法が提
供される。

ガイドされた光学的素子、光ファイバ、または光ガイド
回路網の解析用の時間領域における反射計は、短周期の
パルスにより形成されたプローブ光信号の伝送手段、解
析されるべきシステムに接続されたガイドヘプローブ光
を入射し後方散乱応答信号を抽出する光流分離装置、お
よび、後方散乱応答信号を解析する手段を具備する形式
のちのである。

本発明による装置においては、後方散乱の応答信号を解
析する解析手段が、短周期のパルスにより形成される光
ポンプ信号を発生する光ポンプ信号発生手段であって、
該パルスの反復周波数がプローブ信号の反復周波数また
は該反復周波数の倍数または約数に近似しているもの、
応答信号の光学的サンプリングを提供しサンプリングさ
れた光信号を発生させるようポンプ信号の後方散乱応答
信号との相互作用を生起させる相互作用生起手段、サン
プリングされた光信号を受理しポンプ信号および後方散
乱信号に不感応である光検出装置、および、光検出され
たサンプルを処理し記憶し、後方散乱させられた応答信
号を再構成する電子的ユニットを具備する。

〔実施例〕

第１図に示される後方散乱トレースは、プローブ信号が
システム８を通って伝送される間にプローブ信号１１に
より発生させられる１個以上のピ−り２，３を有する。

これらのピークｌないし３の間において、区域４におけ
るトレースの減少は光ファイバの単位長さ当りの減衰に
よって決まる。

検出・増幅ユニットの雑音が６に示されている。

ピーク１はプローブパルス１１のシステム８への入力に
おける反射により発生させられる。ピーク１の底部にお
ける点５における信号対雑音比は反射計の動力学性能を
示す。

反射計７はアセンブリ８を解析することが意図されるが
、該アセンブリはガイドされた光学的素子の任意のアセ
ンブリにより形成される。該アセンブリが、光ファイバ
、光ガイド回路網、種々の部品、接続器、カブラ、減衰
器等である場合が非常に多い。

このようなアセンブリは光フアイバ遠隔通信回路網の１
つの素子である可能性がある。

アセンブリ８に対する反射計１の接続は、接続器９によ
り提供される。Ｙカプラ１０が光源１２から射出される
光信号１１をアセンブリ８に供給し、後方散乱信号１３
を抽出する。

従来においては、この後方散乱信号は直接検出され、次
いで増幅され、電子的にサンプリングされ、信号対雑音
比を増大させるよう処理され、そして表示される。

これに対し、本発明によれば、この後方散乱の信号１３
は光信号１４を発生させるよう光学的にサンプリングさ
れるが、該光信号自体は光検出装置１５により電気信号
１６に変換される。次いで処理ユニッ目７は、後方散乱
の光学的信号１３に対応する電気信号１８を再構成する
。次いでこの信号１８は表示されるか、または任意の所
望の後続の処理用に直接使用される。

サンプリングは光−光ゲート（ｐｏｒｔｅ　ｏｐｔｏ−
ｏｐｔｉｑｕｅ）のシステム１９により行われ、該光−
光ガイドシステムはパルス２１を発生させるレーザまた
はレーザダイオード２０により制御される。光−光ゲー
ト１９は非線型の結晶２２を具備し、レーザ２０は光パ
ルス２１を射出し、該光パルスは周期的ポンプ信号を形
成し、該周期的ポンプ信号の反復周波数はプローブ信号
１１のパルスの反復周波数またはそれの倍数または約数
に近似している。

光ガイドシステム８に対するプローブ信号１４の効果は
、後方散乱の光信号を発生させることである。これらの
信号の各個はプローブ信号１１のパルスの継続時間より
相当に長い継続時間を有する。

これらの信号の形式は後方散乱を発生させる素子の性質
に依存する。光−光ゲート１９はサンプリングされた光
信号１４を発生し、該サンプリングされた光信号は光検
出装置１５により受理される。光信号１４の各個は、光
検出装置１５の伝達関数により変形させられ、該光信号
の各個はそれにより相当に幅拡大される。しかし、処理
ユニッ目９により提供されるこの信号の電子的処理によ
り、そのような幅拡大を克服し、光信号１３と実質的に
相似の電気信号を再構成することが可能になる。このこ
とのために、処理ユニット１７は、例えば各パルスに、
対応するパルス１６のエネルギによって決まる値を割当
てることが可能であるゆ 本発明による方法は、光検出装置１５の伝達関数に無関
係であり、小なる通過帯域をもつ検出・増幅ユニットを
使用することが可能である。

通過帯域がポンプパルス１１の反復周期の逆数であるこ
とで充分であり、それにより従来技術の方法において要
求されるよりもはるかに小であることで充分であり、従
来技術の方法においてはプローブパルスの継続時間の逆
数のオーダーになってしまうのである。実際、反射計の
分解能は、検出・増幅ユニットの通過帯域によって設定
されるのではなく、超高速の非線型の光学現象を用いる
光−光ゲートの機能により設定されるのである。

本発明によれば、ゲート１５の極めて高速の消勢が検出
・増幅ユニットの通過帯域幅の低い値と組合わされて、
分解能との妥協を行うことなく、従来技術の装置および
方法において許容されていた動力学性能より極めて向上
した動力学性能が実現される。

光源１２および２０はまた、短時間のコヒーレントな光
パルスを射出することが可能である。これらの光源とし
てはレーザまたはレーザダイオードが好適である。

プローブパルスを提供するレーザダイオードは波長０．
８５ミクロン、１．３ミクロン、または１．５５ミクロ
ンの信号を射出することが好適であり、これらの波長は
通常光ファイバ用の波長である。

相異なる形式の光−光ゲートを用いることが可能であり
、好適には２次の非線型の結晶が用いられ、例えば、非
線型のパラメトリックな周波数変換を提供するＫＤＰ結
晶が用いられる。信号対雑音比を改善し生じ得る寄生信
号を回避するためには、光検出装置は後方散乱応答信号
とポンプ信号の両方に対して不感応にされるのであり、
この場合、該光検出装置は勿論核結晶により発生させら
れる周波数に対して感応性である。このことのために、
光検出装置の前位に色フィルタ２８、空間フィルタ２９
、またはこれらの両方が配置される。

２個のプローブ信号パルス１１の時間間隔をＴ。

とすると、プローブ光源１２の反復周波数ｆ、は下記の
関係式により規定される。

同様にポンプ信号２１の２個のパルスの時間間隔をＴ２
とするとポンプレーザ２０の反復周波数ｆ２は下記の関
係式により規定される。

■ ｒ２は下記の関係式が成立するように選択され、ｆ２＝
Ｋｆ、＋δｆ ここにＫは整数または整数の逆数である。それにより下
記の関係式が成立する。

Ｔ、＝ＫＴ、＋δＴ このことはＴに関して分解能を求めることを可能にする
が、その理由は、２個の順次のサンプルがＣ／　Ｎ　ｌ
　　δＴだけ隔離した光ファイバの２点に関する情報を
送出するからである。この場合Ｃは真空中の光速、Ｎ、
は光ファイバのグループインデックスである。

１つの好適な実施例においては、光カプラ１０と光対光
ゲー目９の間に光増幅器２３が挿入され、該光増幅器の
挿入により低レベルの後方散乱信号１３の使用が可能に
なる。

プローブ信号ｌｌまたはポンプ信号２１のレベルの変動
は後方散乱されサンプリングされた光信号１３に対する
望ましくない影響を発生させる。これらの影客は、伝送
された信号ｌｌのレベルまたはポンプ信号２１のレベル
を前もって獲得することにより、を量的処理ユニットの
レベルにおいて、相殺されることが可能である。このこ
とのために、分離装置２４　、２５が光源１２および２
０の出力部に配置され、伝送される信号の小部分をとり
出す。光源１２および２０がレーザである場合には、光
源１２および２０の後方信号もまた使用されることが可
能である。このようにしてとり出された信号は光検出装
置２６゜２７に供給され、該光検出装置はプローブパル
スおよびポンプパルスの電力の特徴をあられす電気信号
を処理ユニッ）１７へ送出する。

成る特殊な形態にお（１ヱは、隔離されたサンプルを獲
得するために、ポンプパルスの反復周波数がプローブ信
号のパルスの反復周波数に等しくされ、またはこの反復
周波数の倍数に等しくされる。

サンプリングされた信号１４が低い電力レベルを有する
ときは、光増幅器２３をカプラー１０とサンプラー１９
　、２０の間、家たはサンプラー１９　、２０の後位で
あって光検出装置１５の前位に挿入することにより、電
力レベルが増大させられる。

光−光サンプラー１９　、２０を使用することにより、
反復光信号１３を解析することが、たとえ反復光信号が
高度の動力学性能と高度の分解能をもつ短い低電力パル
スにより形成されているときでも、可能になり、また一
方、検出・増幅ユニッ）１５のパルス性応答により課せ
られる抑制が克服される。

【図面の簡単な説明】

第１図は後方散乱トレースを示す図、 第２図は本発明による方法を説明するための一般的線図
、 第３図は本発明による反射計を示す図、第４図は本発明
による方法の一般的説明用線図である。 （符号の説明） １，２．３・・・ピーク、 ５・・・ピークの底部、 ８・・・アセンブリ、 １０・・・Ｙカプラー １２・・・光源、 １４・・・光信号、 １６・・・電気信号、 １８・・・電気信号、 ２０・・・レーザ、 ２２・・・非線型結晶、 ２４　、２５・・・分離装置、 ２８・・・色フィルタ、 ４・・・トレース減少の区域、 ７・・・反射計、 ９・・・接続器、 １１・・・光信号、 １３・・・後方散乱信号、 １５・・・光検出装置、 １７・・・処理ユニット、 １９・・・光−光ゲート、 ２１・・・光パルス、 ２３・・・光増幅器、 ２６　、２７・・・光検出装置、 ２９・・・空間フィルタ。 ＦＩＧ、２ 図面の浄書（内容に変更なし） ＩＧ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガイドされる光学的素子、光ファイバ、または光学
   的ガイド用の回路網を時間領域における反射計計測によ
   り解析する解析方法であって、短周期のパルスにより形
   成される光プローブ信号が解析されるべきシステムに接
   続された案内体に供給される解析方法において、 後方散乱の応答信号はポンプ信号と称される光信号との
   相互作用によりサンプリングされ、該光信号はサンプリ
   ングされた信号と称される新しい信号を発生するよう短
   周期の光パルスに形成され、該新しい信号は光検出装置
   に受理され、その場合、該光検出装置は該ポンプ信号お
   よび該後方散乱の応答信号に対し不感応であり、 該ポンプ信号のパルスの反復周波数は、プローブ信号の
   パルスの反復周波数、または、該プローブ信号のパルス
   の反復周波数の倍数または約数に近似しており、 該後方散乱の応答信号は該光検出装置から送出される信
   号サンプルから再構成される、 ことを特徴とする解析方法。 ２、ガイドされた光学的素子、光ファイバ、または光学
   的ガイド回路網の解析用の時間領域における反射計であ
   って、該反射計が、 短周期のパルスにより形成されるプローブ光信号（１１
   ）の伝送用の伝送手段（１２）、光流分離装置（１０）
   であって、プローブ信号（１１）を解析されるべきシス
   テム（８）に接続されたガイドへ入射し、後方散乱の応
   答信号（１３）を抽出するもの、および、 後方散乱の応答信号を解析する解析手段、 を具備する反射計において、 該後方散乱の応答信号を解析する解析手段が、短周期の
   パルスにより形成される光ポンプ信号（２１）を発生す
   る光ポンプ信号発生手段（２０）であって、該パルスの
   反復周波数がプローブ信号の反復周波数または該反復周
   波数の倍数または約数に近似しているもの、応答信号の
   光学的サンプリングを提供しサンプリングされた光信号
   （１４）を発生させるようポンプ信号の後方散乱応答信
   号（１３）との相互作用を生起させる相互作用生起手段
   （１９）、 サンプリングされた光信号（１４）を受理しポンプ信号
   および後方散乱応答信号に不感応である光検出装置（１
   ５）、および、 光検出されたサンプル（１６）を処理し記憶し、後方散
   乱の応答信号（１８）を再構成する電子的ユニット（１
   ７）、 を具備することを特徴とする反射計装置。 ３、プローブ信号を射出する手段（１２）およびポンプ
   信号を発生させる手段（２０）がレーザまたはレーザダ
   イオードである、請求項２記載の反射計装置。 ４、プローブ信号、ポンプ信号、およびサンプリングさ
   れた光信号の光学的波長が、どの２個についても、相違
   している、請求項２または３記載の反射計装置。 ５、光検出装置（１５）に対して空間または時間の両方
   の領域または一方の領域において先行するフィルタ手段
   （２９、２８）が設けられ、該フィルタ手段は後方散乱
   応答信号およびポンプ信号に対する不感応性を改善する
   ものである、請求項４記載の反射計装置。 ６、ポンプ信号と後方散乱応答信号の相互作用を生起さ
   せる手段（１９）が２次または３次の非線型の結晶（２
   ２）または２次または３次の非線型効果のガイドを具備
   する、請求項２〜５のいずれかに記載の反射計装置。 ７、サンプリングされた信号の電力レベルがカプラーと
   サンプラーの間の後方散乱応答信号、サンプラーと光検
   出装置の間のサンプリングされた光信号、またはこれら
   両方の信号の直接の光学的増幅により増大させられる、
   請求項２〜６のいずれかに記載の反射計装置。 ８、検出された応答信号に対するプローブ信号およびポ
   ンプ信号の変動の影響を相殺する手段（２４、２５、２
   ６、２７）を具備する、請求項２〜７のいずれかに記載
   の反射計装置。 ９、ポンプパルスの反復周波数が、隔離されたサンプル
   の獲得のために、プローブ信号のパルスの反復周波数ま
   たはそれの倍数または約数に等しくされる、請求項２〜
   ８のいずれかに記載の反射計装置。