JP2008051698A - 双方向光モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、かつ測定精度の高い、双方向光モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器を提供する。
【解決手段】本発明の双方向光モジュール１００は、光ファイバ７１に入射する光を発光する１または２以上の発光素子１１０、１３０と、光ファイバ７１から出射された光を受光する受光素子１９０と、光ファイバ７１から出射された光を受光素子１９０に導く合分岐素子１６０と、を備え、合分岐素子１６０と受光素子１９０との間に、受光素子１９０に入射させる光が通過する開口部１８６が形成された迷光遮蔽部材１８５を備える。迷光遮蔽部材１８５を設けることにより、迷光１００ｂを遮蔽し、一方で、光ファイバ７１から出射された光１００ａは迷光遮蔽部材１８５に形成された開口部１８６を通過して受光素子１９０の受光面１９１に結合する。これにより、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差の増加を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、双方向光モジュールに関し、より詳細には、光ファイバ通信網の破断点測定等に用いられる光パルス試験器に用いる双方向光モジュールに関する。

光通信システムや、光を用いた例えば光ファイバセンサ等の測定機器は、光を出射する光源および光を受光する受光部とを備える。また、光通信システムの保守・管理等に用いられる測定機器は、被測定光ファイバに測定用の光を出射する光源および被測定光ファイバによって伝送された光を受光する受光部を備えている。

例えば、光信号によりデータ通信等を行う光通信システムでは、光信号を伝送する光ファイバの状態を監視するため、光ファイバの敷設や保守等において、例えばＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）と呼ばれる光パルス試験器が用いられる。ＯＴＤＲは、被測定光ファイバに対してパルス光を繰り返し入力し、被測定光ファイバからの反射光および後方散乱光のレベルと受光時間とを測定することで、被測定光ファイバの断線や損失等の状態を測定する。

光パルス試験器は、送信部および受信部を同一のケースに収め、ひとつにモジュール化した双方向光モジュールやＢＩＤＩ（Ｂｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）モジュール等を備える。これらのモジュールは、近年のＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の普及に伴い低価格となり、ＯＴＤＲに限らず、その他の測定機器や光通信システムにも多く使用されている。

例えば、特許文献１および特許文献２には、双方向光モジュールを用いたＯＴＤＲの構成が開示されている。例えば図７に示すように、ＯＴＤＲは、双方向光モジュール１０と、ＬＤ駆動部２０と、サンプリング部３０と、信号処理部４０と、表示部５０とを備える。

双方向光モジュール１０は、測定コネクタ６０を介して被測定光ファイバ７３にパルス光を出力し、被測定光ファイバ７３からの戻り光を受光するモジュールである。ＬＤ駆動部２０は、双方向光モジュール１０内の光源を駆動する駆動部である。サンプリング部３０は、双方向光モジュール１０内の受光部からの電気信号（光電流）を電圧に変換してサンプリングする機能部である。信号処理部４０は、ＬＤ駆動部２０を介して双方向光モジュール１０にパルス光を出力させ、また、サンプリング部３０にサンプリングを行わせる機能部である。さらに、信号処理部４０は、サンプリング部３０によるサンプリング結果の電気信号の演算処理を行う。表示部５０は、信号処理結果を表示する機能部であり、例えばディスプレイ等を用いることができる。

従来の双方向光モジュール１０は、例えば図８に示すように、光を発光する発光素子１１、１３と、光を平行光にするレンズ１２、１４と、複数の光を１つの光に合波する合分波素子１５と、光を集光するレンズ１７、１８と、光を分岐する合分岐素子１６と、光を受光する受光素子１９とを備える（例えば、特許文献１〜３）。

双方向光モジュール１０において、例えば、発光素子１１は波長λ_１の光を出射し、発光素子１３は波長λ_２の光を出射する。発光素子１１、１３から出射された波長λ_１、λ_２の光は、それぞれレンズ１２、１４によって平行光とされて、合分波素子１５により合波される。合分波素子１５により合波された光は、レンズ１７により集光されて光ファイバ７１に入射した後、測定コネクタ６０により光ファイバ７１と接続された被測定光ファイバ７３に入射する。

被測定光ファイバ７３に入射した光は、被測定光ファイバ７３内の破断点または接続点で反射し、その戻り光が再び被測定光ファイバ７３をたどって、測定コネクタ６０により接続された光ファイバ７１を介して双方向光モジュール１０に入射する。この戻り光は、レンズ１７によって平行光とされた後、合分岐素子１６によって戻り光の一部または全部が受光素子１９へ導かれる。合分岐素子１６により受光素子１９側へ反射された光は、レンズ１８により集光されて、受光素子１９に入射する。

また、双方向光モジュールとして、図９に示すような光ファイバカプラを用いることもできる（例えば、特許文献４）。光ファイバカプラ型の双方向光モジュール１０’は、発光素子１１’、１３’と、合分波光カプラ１５’と、光分岐カプラ１６’と、受光素子１９’とを備える。２つの発光素子１１’、１３’から出射された光は、合分波光カプラ１５’に入射して合波される。合波された光は、光分岐カプラ１６’を介して、測定コネクタ６０により接続された被測定光ファイバ７３へ入射する。

被測定光ファイバ７３に入射した光は、被測定光ファイバ７３内の破断点または接続点で反射し、その戻り光が再び被測定光ファイバ７３をたどって双方向光モジュール１０に入射する。この戻り光は、光分岐カプラ１６’により分岐されて、受光素子１９’に入射する。なお、合分波光カプラ１５’の一方の出力端ａと、光分岐カプラ１６’の一方の出力端ｂは、無反射端となるように処理がなされている。

特開２００１−３０５０１７号公報 特開平４−２９６８１２号公報 特開平８−１６６５２６号公報 特開平１０−３３６１０６号公報

しかし、従来の双方向光モジュールにおいて、図８に示す構成の双方向光モジュール１０では、光学部品や、金属ケース等の部品の面において反射・散乱した光である迷光が減衰を繰り返す現象が生じる。ここで、受光素子１９の受光面１９ｃは、受光面１９ｃの中心に位置する第１の受光エリア１９ａと、第１の受光エリア１９ａの周囲に設けられる第２の受光エリア１９ｂとからなり、第１の受光エリア１９ａは、第２の受光エリア１９ｂと比べて周波数特性のよい領域であるとする。このような受光素子１９に、例えば、図１０に示すように、戻り光１０ａが受光素子１９の第１の受光エリア１９ａに入射するのに対して、迷光１０ｂの大部分は、光１０ａとは異なる角度からレンズ１８に入射する。このとき、迷光１０ｂは、レンズ１８により第２の受光エリア１９ｂに集光される。

ここで、双方向光モジュール１０を用いた光パルス試験器１により、被測定光ファイバ７３内の破断点または接続点を測定すると、図１１に示すような形状の波形が得られる。光パルス試験器１は、破断点または接続点を検出すると戻り光の信号レベルが高くなり、図１１のＡ点のように突出した波形（フレネル反射波形）が現れる。このとき、受光素子１９が迷光１０ｂを受光すると、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差が増加してしまう。

特に、第２の受光エリア１９ｂでの迷光１０ｂの受光が多いと、被測定光ファイバ７３の破断点または接続点において反射された光の測定結果を示す波形の、アッテネーションデッドゾーンと呼ばれる裾引きを大きくしてしまうという問題がある。迷光１０ｂには、発光素子１１、１３から出射された光に起因するものと、被測定光ファイバ７３からの戻り光に起因するものとがある。前者は、被測定光ファイバ７３からの戻り光よりも早く受光素子１９に受光されるため、主に、機器に近い地点での反射点を検出する場合に問題となる。一方後者は、本来の戻り光レベルに迷光成分が加算されて戻り光レベルのレベル誤差を生じさせるだけでなく、裾引きが大きくなることによって近接する２つの反射点の識別が困難となり、損失を識別することが困難となる。

一方、光ファイバカプラ型の双方向光モジュール１０’において光ファイバは、極めて細い導波路であるために、戻り光をレンズにより意図的に結合して導波する反面、戻り光と異なる角度で散乱する迷光に対してはピンホールのように進路を制限するように作用してしまう。このように、光ファイバカプラ型の双方向光モジュール１０’は光学系内部で発生する不要な反射光や散乱光である迷光が受光素子１９’に入射しにくい構造となっている。このため、光ファイバカプラ型の双方向光モジュール１０’は、被測定光ファイバ７３内の破断点において反射された光の測定結果を示す波形の裾引きは小さいが、部品コストが高く、ファイバフォーミングが光ファイバの最小曲げ径により決定されるためモジュールのサイズを小型化することが困難である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、小型であり、かつ測定精度の高い、新規かつ改良された双方向光モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光ファイバに入射する光を発光する１または２以上の発光素子と、光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、光ファイバから出射された光を受光素子に導く合分岐素子と、を備え、合分岐素子と受光素子との間に、受光素子に入射させる光が通過する開口部が形成された迷光遮蔽部材を備える、双方向光モジュールが提供される。

受光素子の受光面には、光ファイバから出射された光の他に、双方向光モジュール内で反射・散乱した光である迷光が入射する可能性がある。迷光は、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差を増加させる要因となる。そこで、本発明は、迷光遮蔽部材を設けることにより、迷光を遮蔽し、一方で、光ファイバから出射された光は迷光遮蔽部材に形成された開口部を通過して受光素子の受光面に結合する。これにより、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差が増加するのを防ぎ、双方向光モジュールの測定精度を高めることができる。

ここで、受光素子の受光面は、第１の受光エリアと、第１の受光エリアより周波数特性の低い第２の受光エリアとからなる。そこで、迷光遮蔽部材と受光素子との間に、開口部を通過した光を第１の受光エリアに集光する第１の集光素子をさらに備えてもよい。これにより、開口部を通過した光を確実に周波数特性のよい第１の受光エリアに結合させることができる。

また、開口部の面積は、受光素子の第１の受光エリアの面積以下である。周波数特性が受光面上の位置によって異なる場合、周波数特性のよい位置で光を受光することにより、精度よく検出することができる。そこで、開口部を通過する光を受光素子の受光面のうち周波数特性のよい第１の受光エリアで検出し易くするために、受光素子の第１の受光エリアの面積よりも開口部の面積を狭くする。

さらに、合分岐素子と迷光遮蔽部材との間に、合分岐素子により分岐された光を迷光遮蔽部材の開口部に集光する第２の集光素子を備えることもできる。第２の集光素子によって集光した光を、集光点と同等の微小な開口部で遮蔽することで、開口部を発光点とみなし、迷光遮蔽部材と受光素子との間に設けた第１の集光素子で確実に第１の受光エリアに結合することができる。

また、迷光遮蔽部材は、第２の受光エリアを覆うように設けてもよい。これにより、周波数特性の悪い第２の受光エリアでの受光を防止することができる。このとき、迷光遮蔽部材は、例えば光を反射する反射膜を第２の受光エリアに積層させたり、反射部材を第２の受光エリアを覆うように接着させる等の方法により、受光素子と一体化させることができる。

このような双方向光モジュールにおいて、受光素子は、例えば発光素子が出射した光の戻り光を光ファイバから受光することにより、光ファイバの損失特性を検出するように用いたり、外部機器から発光された光を光ファイバから受光することにより、外部機器との通信情報を検出するために用いたりすることもできる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、光ファイバの損失特性を試験する光パルス試験器が提供される。かかる光パルス試験器は、光ファイバに光を出射し、光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールと、光を所定のタイミングで発生させるように双方向光モジュールを駆動する双方向光モジュール駆動部と、双方向光モジュールに入射した光を電気信号に変換する電気信号変換部と、電気信号変換部にて変換された電気信号に基づいて、光ファイバの損失特性を算出する信号処理部と、を備える。ここで、双方向光モジュールは、光ファイバに入射される光を発光する１または２以上の発光素子と、光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、光ファイバから出射された光を受光素子に導く合分岐素子と、を備え、合分岐素子と受光素子との間に、受光素子に入射させる光が通過する開口部が形成された迷光遮蔽部材を備えることを特徴とする。

本発明にかかる光パルス試験器の双方向光モジュールの受光素子の受光面には、光ファイバから出射された光の他に、双方向光モジュール内で反射・散乱した光である迷光が入射する可能性がある。迷光は、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差を増加させる要因となる。そこで、本発明は、迷光遮蔽部材を設けることにより、迷光を遮蔽し、一方で、光ファイバから出射された光は迷光遮蔽部材に形成された開口部を通過して受光素子の受光面に結合する。これにより、戻り光レベルや反射点位置の検出誤差が増加するのを防ぎ、光パルス試験機の測定精度を高めることができる。

以上説明したように本発明によれば、小型であり、かつ測定精度の高い、双方向光モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
まず、図１および図２に基づいて、本発明の第１の実施形態にかかる双方向光モジュール１００について説明する。なお、図１は、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成を示す構成概略図である。図２は、受光素子の受光状態を説明するための説明図である。

＜双方向光モジュールの構成＞
本実施形態にかかる光双方向モジュール１００は、例えば図７に示す光パルス試験器１に用いることができる。上述したように、光パルス試験器１は、信号によりデータ通信等を行う光通信システムにおいて、被測定光ファイバに対してパルス光を繰り返し入力し、被測定光ファイバからの反射光および後方散乱光のレベルと受光時間とを測定することで、被測定光ファイバの断線や損失等の状態を測定する機器である。かかる光パルス試験器１に、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００を備えることにより、光パルス試験器１による測定精度を高めることができ、従来の光ファイバカプラ型の双方向光モジュール１０’を用いた場合と比べて機器を小型化することができる。以下、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成と、これを用いた光パルス試験器の動作について詳細に説明する。

本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、図１に示すように、光を発光する発光素子１１０、１３０と、光を平行光にするレンズ１２０、１４０と、複数の光を１つの光に合波する合分波素子１５０と、光を集光するレンズ１７０、１８０と、光を分岐する合分岐素子１６０と、迷光遮蔽部材１８５と、光を受光する受光素子１９０とを備える。

発光素子１１０、１３０は、光ファイバ７１に入射される光を発光する素子であり、例えばレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。なお、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、２つの発光素子１１０、１３０を備えているが、１または２以上の発光素子を設けることができる。

レンズ１２０、１４０は、光を平行光にするためのレンズであり、例えばコリメータレンズ等を用いることができる。レンズ１２０は発光素子１１０から出射された光を、レンズ１４０は発光素子１３０から出射された光を平行光にする。

合分波素子１５０は、レンズ１２０、１４０を介して入射した光を合波するフィルタであり、例えばプリズム等を用いることができる。合分波素子１５０によって合波された光は、光ファイバ７１に向かって出射される。

合分岐素子１６０は、光ファイバ７１からの戻り光を受光素子１９０に導くための光学素子である。合分岐素子１６０には、例えばハーフミラー等のビームスプリッタを用いることができる。合分岐素子１６０は、入射した光の一部または全部を反射して、戻り光を受光素子１９０に入射させる。

レンズ１７０、１８０は、光を集光するためのレンズであり、例えば平凸レンズ等を用いることができる。レンズ１７０は、合分波素子１５０を介して光ファイバ７１に入射する光を集光し、レンズ１８０は、合分岐素子１６０により分岐されて受光素子１９０に入射する光を集光する。

迷光遮蔽部材１８５は、受光素子１９０の受光面１９１に迷光１００ｂが結合するのを防ぐための部材であり、特に、受光面１９１の中で周波数特性の悪い受光エリアにおいて結合する光を遮蔽する。迷光遮蔽部材１８５は、光を遮蔽する遮蔽部１８７と、受光素子１９０に受光させる光を通過させる開口部１８６とからなる。迷光遮蔽部材１８５は、例えば図２に示すように、光を遮蔽するニッケル合金等の金属板に、光を通過させる開口部１８６としてピンホールを形成することにより構成することができる。ピンホールは、例えば断面が略円形状の貫通孔であり、電気鋳造により形成することができる。このため、迷光遮蔽部材１８５の基板には、光を透過せず、精密な加工の可能な材質を用いるのがよい。また、他の構成の迷光遮蔽部材１８５として、ガラス基板に光を反射する薄膜を形成した後、エッチング加工により薄膜を除去して開口部１８６を形成したフォトマスクを用いてもよい。なお、開口部１８６の形状は、開口部１８６を通過した光が後述する受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａで受光されるように、第１の受光エリア１９１ａの形状に応じて決定することが望ましい。

受光素子１９０は、光を受光する素子であり、例えば、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ；以下、「ＡＰＤ」とする。）を用いることができる。ＡＰＤは、雪崩増幅効果を利用した受光素子であり、微弱な光も高感度に検出することができる。このため、ＡＰＤ（特に、小口径のＡＰＤ）は、微弱な戻り光を高い距離分解能で検出しなければならないＯＴＤＲ等の受光素子に適している。受光素子１９０の受光面１９１は、図２に示すように、受光面１９１の中心に位置する第１の受光エリア１９１ａと、第１の受光エリア１９１ａの周囲に設けられる第２の受光エリア１９１ｂとからなる。ここで、第１の受光エリア１９１ａは、第２の受光エリア１９１ｂと比べて周波数特性のよい領域である。第１の受光エリア１９１ａの形状は、図２に示すように略円形であってもよく、楕円形や多角形であってもよい。

以上、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の構成について説明した。次に、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００の機能を、この双方向光モジュール１００を備えた光パルス試験器の動作とともに説明する。ここで、光パルス試験器の構成は図７と同様であり、双方向光モジュール１０の代わりに本実施形態にかかる双方向光モジュール１００が適用されているとする。

＜双方向光モジュールを備えた光パルス試験器の動作＞
まず、光パルス試験器の光パルス試験器４０の信号処理部４０により、ＬＤ駆動部２０に対してあらかじめパルス光のパルス幅を設定する。次いで、信号処理部４０内のタイミング発生手段（図示せず。）により、所定の間隔でタイミング信号をＬＤ駆動部２０に送信する。タイミング信号を受信したＬＤ駆動部２０は、タイミング信号に同期するように、双方向光モジュール１００の発光素子１１０または発光素子１３０にパルス光を出力させる。

発光素子１１０から発光された波長λ_１のパルス光は、レンズ１２０により平行光とされ、発光素子１３０から発光された波長λ_２のパルス光は、レンズ１４０により平行光とされて、合分波素子１５０に入射する。合分波素子１５０は、発光素子１１０から出射された波長λ_１の光を透過し、一方、発光素子１３０から出射された波長λ_２の光は反射して、ともに合分岐素子１６０へ向かうように光を導く。そして、発光素子１１０から出射された波長λ_１の光と発光素子１３０から出射された波長λ_２の光は合分岐素子１６０を透過して、レンズ１７０に入射する。レンズ１７０は、入射した光を集光し、光ファイバ７１に入射させる。

光ファイバ７１の一端に入射した光は、光ファイバ７１の他端と接続された測定コネクタ６０を介して、断線や損失等の測定対象である被測定光ファイバ７３に入射する。ここで、被測定光ファイバ７３内部では、レイリー散乱が発生することがある。この散乱した光の一部はパルス光の進行方向とは逆方向に進み、後方散乱光として光パルス試験器１に戻る。また、被測定光ファイバ７３の接続点や破断点では双方向光モジュール１００から入射された光がフレネル反射し、その反射光も光パルス試験器１に戻る。

被測定光ファイバ７３からのこれらの戻り光は、測定コネクタ６０、光ファイバ７１を介して双方向光モジュール１００内に入射する。戻り光は、レンズ１７０により平行光とされた後、合分岐素子１６０によって受光素子１９０に入射するように分岐される。合分岐素子１６０により分岐された光は、レンズ１８０により集光される。集光された光は、迷光遮蔽部材１８５のピンホールを通過して、受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａに入射する。

ここで、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、戻り光が受光素子１９０に入射する前に、迷光遮蔽部材１８５を設けることにより、双方向光モジュール１００内で散乱等した迷光が受光素子１９０に入射するのを低減させることができる。すなわち、図２に示すように、被測定光ファイバ７３からの戻り光１００ａは、レンズ１８０に対して垂直に入射して集光された後、迷光遮蔽部材１８５のピンホールを通過して、受光素子１９０の受光面１９１の第１の受光エリア１９１ａに入射する。

一方、双方向光モジュール１００内で反射・散乱した迷光１００ｂは、その大部分が、減衰を繰り返す中で戻り光１００ａと異なる入射角度でレンズ１８０に入射する。このため、迷光１００ｂは、迷光遮蔽部材１８５の遮蔽部１８７に集光される。ここで、迷光遮蔽部材１８５の遮蔽部１８７は光を透過しない材質で形成されているため、迷光１００ｂは迷光遮蔽部材１８５を通過することができず、受光素子１９０の受光面１９１に入射することがない。このように、光パルス試験器の測定精度を低下させる原因となる受光素子１９０の不要な光の受光を防止することができる。

ここで、レンズ１８０は、戻り光１００ａの集光点の位置がピンホールの位置となるように戻り光１００ａを集光する位置に設けられるのがよい。これにより、ピンホールによって遮断される戻り光１００ａを低減することができる。

また、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６の面積は、受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａの面積よりも小さいことが望ましい。これにより、開口部１８６を通過した光を周波数特性のよい第１の受光エリア１９１ａで受光し易くすることができ、光パルス試験器の測定精度を高めることができる。

次いで、受光素子１９０は、戻り光を受光すると、戻り光の光パワーに応じた電気信号（光電流）に変換し、電気信号をサンプリング部３０に出力する。そして、サンプリング部３０は、内部のＩＶ変換回路（図示せず。）により受光素子１９０からの光電流を電圧に変換した後、内部の多段のアンプ（図示せず。）によってこの電気信号を増幅する。さらに、サンプリング部３０のＡＤ変換回路（図示せず。）によって、信号処理部５０のタイミング信号を時間的基準として、増幅された電気信号をアナログ信号である電気信号をデジタル信号にＡＤ変換して、信号処理部５０に出力する。

その後、信号処理部５０は、タイミング信号を出力したタイミングおよびサンプリング部３０から受け取ったデジタル信号に基づいて、発光素子１１０、１３０にパルス光を出射させてから戻り光を受光素子１９０にて受光するまでの時間を算出する。さらに、信号処理部５０は、被測定光ファイバ７３の測定距離、戻り光の光信号レベル測定を行い、距離と戻り光の光信号レベルの関係を測定結果として、表示部５０に表示させる。なお、戻り光の光信号レベルは非常に微弱であるため、パルス光を繰り返し被測定光ファイバ７３に出力し、信号処理部５０にて複数回の測定値を平均化することにより、ノイズの低減を図ることができる。

ここで、図３に、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００を用いた光パルス試験器によって、被測定光ファイバ７３の破断点または接続点を測定したときの波形を示す。図５において、実線は本実施形態にかかる双方向光モジュール１００を用いた光パルス試験器による測定結果を示し、破線は従来の双方向光モジュール１０を用いた光パルス試験器による測定結果を示す。

本実施形態にかかる双方向光モジュール１００を用いた光パルス試験器は、被測定光ファイバ７３の破断点または接続点での反射光を検出すると、図３における実線の波形のように、従来の光パルス試験器と同様、一部が突出した波形（フレネル反射波形）を示す。このとき、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００を用いた光パルス試験器が示す波形（実線）は、従来の光パルス試験器が示す波形（破線）と比較して、裾引きが小さい。これは、本実施形態にかかる双方向光モジュール１００が、迷光１００ｂを迷光遮蔽部材１８５の遮蔽部１８７により遮蔽し、受光素子１９０の第２の受光エリア１９１ｂに結合する迷光１００ｂを低減することによる。このように、光パルス試験器に本実施形態の双方向光モジュール１００を適用することにより、例えば近接した２つの反射点における反射も、後の反射波の突出部が前の反射波の裾引きと重なって埋もれてしまうことがなく、従来の光パルス試験器と比較して測定精度の高い光パルス試験器を提供することができる。

以上、第１の実施形態にかかる双方向光モジュール１００と、これを用いた光パルス試験器の動作について説明した。第１の実施形態にかかる双方向光モジュール１００は、迷光１００ｂが受光素子１９０に入射することを防止するために、合分岐素子１６０と受光素子１９０との間に迷光遮蔽部材１８５を設ける。これにより、受光素子１９０に入射する光１００ａは、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６を通過して受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａに結合し、迷光１００ｂは、迷光遮蔽部材１８５の遮蔽部１８７により遮蔽される。このように、迷光１００ｂが第１の受光エリア１９１ａより周波数特性が悪い第２の受光エリア１９１ｂに結合する前に、迷光遮蔽部材１８５により除去されるため、裾引きも小さくなり、双方向光モジュール１００の測定精度を高めることができる。さらに、光ファイバカプラ型の双方向光モジュールと比べて、双方向光モジュール１００のサイズを小型化することができる。

なお、第１の実施形態にかかる双方向光モジュール１００において、迷光遮蔽部材１８５を受光素子１９０に近接または接触させて設けるようにしてもよい。このとき、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６と受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａの形状および面積は略同一であることが望ましい。例えば、第２の受光エリア１９１ｂ全体を覆うように、受光面１９１の表面に迷光遮蔽部材１８５として金属膜または誘電体多層膜等の反射膜を積層させたり、誘電体からなる反射部材を第２の受光エリア１９１ｂに接触して設ける等の方法により、迷光遮蔽部材１８５と受光素子１９０とを一体に形成することができる。これにより、受光素子１９０の受光面１９１のうち第２の受光エリア１９１ｂが迷光遮蔽部材１８５により覆われるので、第２の受光エリア１９１ｂにおいて迷光１００ｂを受光することを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
次に、図４および図５に基づいて、本発明の第２の実施形態にかかる双方向光モジュールについて説明する。本実施形態の双方向光モジュール２００は、第１の実施形態の双方向光モジュール１００と比較して、迷光遮蔽部材１８５と受光素子１９０との間にレンズ２９５を設けた点で相違する。なお、図４は、第２の実施形態にかかる双方向光モジュール２００の構成を示す構成概略図である。図５は、本実施形態にかかる受光素子１９０の受光状態を説明するための説明図である。

本実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、図４に示すように、光を発光する発光素子１１０、１３０と、光を平行光にするレンズ１２０、１４０と、複数の光を１つの光に合波する合分波素子１５０と、光を集光するレンズ１７０、１８０、２９５と、光を分岐する合分岐素子１６０と、迷光遮蔽部材１８５と、光を受光する受光素子１９０とを備える。

レンズ２９５は、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６を通過した光１００ａを、受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａに集光するために設けられる。迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６は、戻り光１１０ａとは異なる角度で入射する迷光１００ｂがなるべく通過しないように小径に形成される。このため、戻り光１００ａが開口部１８６を通過するときの損失を小さくするよう、レンズ１８０による戻り光１００ａの集光点がほぼ開口部１８６に位置することが望ましい。しかし、集光した光は徐々に広がるように進行する。そこで、図５に示すように、レンズ２９５によって迷光遮蔽部材１８５を通過した光１００ａを受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａに集光することにより、戻り光１００ａを確実に第１の受光エリア１９１ａに結合させて、双方向光モジュール１００の測定精度をより高めることができる。

このとき、例えば、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６の形状が略円形であり、受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａの形状も略円形であるとすると、レンズ２９５の像倍率ｍと、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６の直径ｄ１および受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａの直径ｄ２との間に、以下の数式１の関係が成り立つように双方向光モジュール１００は構成される。

ｄ_１≦ｄ_２／ｍ ・・・（数式１）

ここで、レンズ２９５の像倍率ｍは、下記の数式２で表される。

ｍ＝Ｌ_２／Ｌ_１ ・・・（数式２）
なお、Ｌ_１は迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６からレンズ２９５までの距離、Ｌ_２はレンズ２９５から受光面１９１までの距離を表す。

例えば、像倍率ｍ＝１のレンズ２９５を用いた場合、数式１より、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６の直径ｄ１は受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａの直径ｄ２以下となるように形成すればよい。

また、レンズ２９５は、低収差のレンズを使用することがよい。レンズは、通常、集光点のずれ等の性能的な誤差（収差）を生じる。本実施形態にかかる双方向光モジュール２００のレンズ２９５に低収差のレンズを用いることにより、光１００ａが、受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａから外れて第２の受光エリア１９１ｂに集光することを防止することができる。

本実施形態にかかる双方向光モジュール２００を用いた光パルス試験器も、第１の実施形態と同様、被測定光ファイバ７３の破断点または接続点での反射光を検出すると、図３における実線の波形のように一部が突出した波形（フレネル反射波形）を示す。さらに、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、迷光遮蔽部材１８５と受光素子１９０との間に集光レンズ２９５を備えていることによって戻り光１００ａを確実に第１の受光エリア１９１ａに結合させることができる。したがって、図３に示す実線の波形よりもさらに裾引きを小さくすることができる。このように、光パルス試験器に本実施形態の双方向光モジュール２００を適用することにより、従来の光パルス試験器と比較して測定精度の高い光パルス試験器を提供することができる。

なお、レンズ２９５により集光された戻り光１００ａの集光点は、必ずしも受光素子１９０の受光面１９１上になくともよく、光のビーム径が、周波数特性のよい第１の受光エリア１９１ａ内に収まる程度に集光されていればよい。

＜実験結果＞
次に、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００を備える光パルス試験器を用いて、被測定光ファイバ７３の破断点を測定した測定結果を図６に示す。かかる実験では、双方向光モジュール２００の発光素子から、波長１．３１μｍ、パルス幅１μｓｅｃのパルス光を出力し、距離レンジ約１０ｋｍの被測定光ファイバ７３の破断点を測定した。また、サンプリング分解能は２０ｃｍとした。

本実験では、図４に示す双方向光モジュール２００について、迷光遮蔽部材１８５を設けた場合（実線）と、迷光遮蔽部材１８５を設けない場合（点線）とについて測定を行った。測定結果を図６に示す。図６に示すように、迷光遮蔽部材１８５を設けない双方向光モジュールは、破断点を検出して信号レベルが高くなった後の立下りが緩やかであり、裾引きが大きい。これに対して、迷光遮蔽部材１８５を設けた双方向光モジュール２００は、破断点検出後の信号レベルは急激に下がっており、裾引きが迷光遮蔽部材１８５を設けない場合と比較して小さくなっている。

これは、迷光遮蔽部材１８５を設けない双方向光モジュールの場合、迷光１００ｂが第２の受光エリア１９１ｂに結合して、受光素子１９０が迷光１００ｂを受光してしまうことによる。一方、迷光遮蔽部材１８５を設けた双方向光モジュール２００の場合、迷光１００ｂは迷光遮蔽部材１８５の遮蔽部１８７にて遮蔽され、戻り光１００ａは迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６を通過して第１の受光エリア１９１ａに結合する。すなわち、周波数特性のよい第１の受光エリア１９１ａにおいて戻り光を検出するため、裾引きが小さくなったものと考えられる。

以上、第２の実施形態にかかる双方向光モジュール２００の構成について説明した。第２の実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、迷光１００ｂが受光素子１９０の第２の受光エリア１９１ｂに入射することを防止するために、合分岐素子１６０と受光素子１９０との間に迷光遮蔽部材１８５を備える。これにより、迷光１００ｂが第１の受光エリア１９１ａより周波数特性が悪い第２の受光エリア１９１ｂに結合する前に、迷光遮蔽部材１８５により除去することができる。さらに、本実施形態にかかる双方向光モジュール２００は、迷光遮蔽部材１８５と受光素子１９０との間に、迷光遮蔽部材１８５の開口部１８６を通過した光を受光素子１９０の第１の受光エリア１９１ａに集光するレンズ２９５を備える。これにより、開口部１８６を通過した光が第１の受光エリア１９１ａから外れて第２の受光エリア１９１ｂに集光することを防止できるので、双方向光モジュール２００の測定精度を高めることができる。また、光ファイバカプラ型の双方向光モジュールと比べて、双方向光モジュール２００のサイズを小型化することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態の光パルス試験器１は表示部５０を備えていたが、本発明はかかる例に限定されず、例えば、光パルス試験器１に別個の表示機器を接続してもよい。

また、上記実施形態の双方向光モジュールは、合分岐素子１６０と迷光遮蔽部材１８５との間にレンズ１８０を設けたが、本発明はかかる例に限定されず、レンズ１８０は必ずしも設けなくともよい。

さらに、上記実施形態では、双方向光モジュールを、光ファイバの破断等を確認する光パルス試験器に用いる例を示したが、本発明の双方向光モジュールは、例えば、ファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）やローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の双方向光通信ネットワーク等に用いることもできる。

また、上記実施形態では、受光素子としてＡＰＤを用いる構成を示したが、ピンフォトダイオード、シリコンフォトダイオード等を用いることもできる。例えば、送受信モジュール等のように、一方のモジュールから発した光を他方のモジュールが受け、また、他方のモジュールから発せられた光を一方のモジュールが受ける場合には、信号光がそれほど微弱でないことから、これらの受光素子も使用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかる双方向光モジュールの構成を示す構成概略図である。 同実施形態にかかる受光素子の受光状態を説明するための説明図である。 同実施形態にかかる双方向光モジュールを用いた光パルス試験器により破断点または接続点における反射光を検出したときの波形を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態にかかる双方向光モジュールの構成を示す構成概略図である。 同実施形態にかかる受光素子の受光状態を説明するための説明図である。 同実施形態にかかる双方向光モジュールについて、迷光遮蔽部材を設けた場合と迷光遮蔽部材を設けない場合の破断点または接続点における反射光を検出したときの波形を示すグラフである。 光パルス試験器の構成を示すブロック図である。 従来の双方向光モジュールの構成を示す構成概略図である。 従来の光ファイバカプラ型双方向光モジュールの構成を示す構成概略図である。 従来の受光素子の受光状態を説明するための説明図である。 従来の双方向光モジュールを用いた光パルス試験器により破断点または接続点における反射光を検出したときの波形を示すグラフである。

符号の説明

１００、２００ 双方向光モジュール
１１０、１３０ 発光素子
１２０，１４０ レンズ
１５０ 合分波素子
１６０ 合分岐素子
１７０、１８０、２９５ レンズ
１８５ 迷光遮蔽部材
１８６ 開口部
１８７ 遮蔽部
１９０ 受光素子
１９１ 受光面
１９１ａ 第１の受光エリア
１９１ｂ 第２の受光エリア

Claims (9)

1. 光ファイバに入射する光を発光する１または２以上の発光素子と、
   前記光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、
   前記光ファイバから出射された光を前記受光素子に導く合分岐素子と、
   を備え、
   前記合分岐素子と前記受光素子との間に、前記受光素子に入射させる光が通過する開口部が形成された迷光遮蔽部材を備えることを特徴とする、双方向光モジュール。
2. 前記受光素子の受光面は、第１の受光エリアと、前記第１の受光エリアより周波数特性の低い第２の受光エリアとからなり、
   前記迷光遮蔽部材と前記受光素子との間に、前記開口部を通過した光を前記第１の受光エリアに集光する第１の集光素子をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の双方向光モジュール。
3. 前記開口部の面積は、前記受光素子の第１の受光エリアの面積以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の双方向光モジュール。
4. 前記合分岐素子と前記迷光遮蔽部材との間に、前記合分岐素子により分岐された光を前記迷光遮蔽部材の前記開口部に集光する第２の集光素子を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の双方向光モジュール。
5. 前記受光素子の受光面は、第１の受光エリアと、前記第１の受光エリアより周波数特性の低い第２の受光エリアとからなり、
   前記迷光遮蔽部材は、前記第２の受光エリアを覆うように設けられることを特徴とする、請求項１に記載の双方向光モジュール。
6. 前記迷光遮蔽部材は、前記受光素子と一体に形成されることを特徴とする、請求項５に記載の双方向光モジュール。
7. 前記受光素子は、前記発光素子が出射した光の戻り光を前記光ファイバから受光することにより、前記光ファイバの損失特性を検出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の双方向光モジュール。
8. 前記受光素子は、外部機器から発光された光を前記光ファイバから受光することにより、前記外部機器との通信情報を検出することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の双方向光モジュール。
9. 光ファイバの損失特性を試験する光パルス試験器であって、
   前記光ファイバに光を出射し、前記光ファイバから戻り光が入射される双方向光モジュールと、
   光を所定のタイミングで発生させるように前記双方向光モジュールを駆動する双方向光モジュール駆動部と、
   前記双方向光モジュールに入射した光を電気信号に変換する電気信号変換部と、
   前記電気信号変換部にて変換された電気信号に基づいて、前記光ファイバの損失特性を算出する信号処理部と、
   を備え、
   前記双方向光モジュールは、
   前記光ファイバに入射される光を発光する１または２以上の発光素子と、
   前記光ファイバから出射された光を受光する受光素子と、
   前記光ファイバから出射された光を前記受光素子に導く合分岐素子と、
   を備え、
   前記合分岐素子と前記受光素子との間に、前記受光素子に入射させる光が通過する開口部が形成された迷光遮蔽部材を備えることを特徴とする、光パルス試験器。
   

Images