JP2923770B2 - 光ファイバー構成要素での反射損失を測定する方法及び装置 - Google Patents

光ファイバー構成要素での反射損失を測定する方法及び装置

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  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)

Description

【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ー構成要
素の特性決定に係り、特にそのような構成要素の反射損
失を高感度で測定する方法及び装置に関する。すなわ
ち、構成要素内に放出された放射パワーの一部を測定す
るものであり、この放射パワーの一部は光源に向かって
送り返されるものである。ここで用いられている用語
「光ファイバー構成要素」は、全てのファイバー構成要
素と、光ファイバー信号伝送線中への挿入用の光ファイ
バー端子を備えた集積光学又はディスクリート光学構成
要素の両方を示す。
【0002】
【従来の技術】通信や電気−光学機器用の光学構成要素
の性能特性を調べるのに、反射損失の測定が広く用いら
れている。このような光ファイバー構成要素の反射損失
を測定するために、現在では異なる幾つかの技術が用い
られており、これらの技術は光学干渉計又はパルス光源
に基づいている。しかしながら、それらの感度は不十分
であり、又はそれらは著しく複雑でありそのためコスト
が高い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、検査
中の光ファイバー構成要素から反射して返ってくるレー
ザー放射をレーザー空洞共振器中に再入射させること、
及びその同じ空洞共振器における反射放射と空洞共振器
中に存在する発振電磁場とのコヒーレントな相互作用に
基づいた新しい測定技術を提供することである。このよ
うにして、光源の外部にある全ての光学構成要素、及び
関連の位置合わせ工程が除かれて、パルスダイオードの
代わりに連続波レーザーダイオードを使用できるように
なる。
【0004】
【課題を解決するための手段】本方法においては、所定
波長の放射が検査中の光ファイバー構成要素に向けて送
られ、光ファイバー構成要素により反射された放射の一
部を、光源中において光源自身により発生された放射と
作用させ、この相互作用から生じる放射が検出され、そ
してこの検出により得られる電気信号が処理される。本
方法はさらに、この直接放射と反射放射の両方を位相変
調する工程(例えば、これらの放射の光経路を周期的に
変える)、そして前記処理のために、位相変調により課
せられた周波数にて前記電気信号の周波数成分の振幅を
測定する工程(この振幅は、前記光経路の変化に依存す
る因子を介して反射損失の値に関連している)、及び較
正段階で測定された前記電気信号の振幅値との比較を通
じて反射損失の値を導出する工程(ここでは直接放射と
反射放射が較正減衰される)。
【0005】
【発明の実施の形態】光源に対するターゲットの変位
を測定するために、それ自身放射を放つ光源内に反射放
射を入射し返すことは干渉計内部においては既に行われ
ている。このような例は、例えば、論文「変位の明瞭測
定用レーザーダイオードフィードバック干渉計(Laser D
iode Feedback Interferometer for Measurement of Di
splacements without Ambiguity)」、S.Donati他、IEEE
ジャーナル・オブ・量子エレクトロニクス、第31巻、
第1号、1995年1月、に開示されている。この論文
によると、入射し返すことにより乱された発振波は、α
1/2 cos2ksの型の振幅変調とα1/2 sin2ks
の型の周波数変調を示す。ここで、αは空洞共振器に入
射され返すパワーの一部を示し、k=2π/λは光源の
波長λに対応する波数である。動作条件はαが小さいこ
と(例えば1%より小)である。αを知ること及び
変化させることにより、振幅変動cos2ksと周波数
変動sin2ksが測定され、そして所望の変位がそれ
らから導出される。このような技術では、振幅及び周波
数変調の両方を検出する必要ゆえに複雑な装備が要求さ
れるのであるが、さらにこのような技術は明らかに本発
明の目的のためには使用することができない。というの
は、αを知ることが必要なのであるが、この場合のαは
測定されるべき量自身であるからである。
【0006】本発明は本方法を実行する装置も提供し、
本装置は光源とフォトダイオードを含み、光源は検査中
の光ファイバー構成要素に向けて放射を送り、フォトダ
イオードは、放射が光ファイバー構成要素に向けて送ら
れる側とは反対の光源側に配置され、光源により発生さ
れた放射と光ファイバー構成要素により反射された放射
の間の相互作用から生じる放射を収集して検出する。フ
ォトダイオードは、この検出で得られた電気信号を処理
する手段と接続される。本方法はまた、光源と検査中の
光ファイバー構成要素間に挿入された位相変調器を含
み、これは、光ファイバー構成要素に向けて送られた放
射と反射された放射の両方を位相変調し、これらの放射
の光経路を周期的に変化させ、さらに、前記電気信号を
処理する手段は、位相変調器により課せられた周波数に
て検出信号の周波数成分の振幅値を与えるように構成さ
れる。
【0007】
【実施例】図1に示されるように、ファブリ−ペロー又
は分布型レフレクターの様式の市販単一モード半導体レ
ーザーから成る放射光源11は、反射防止処理の施して
ある端面13を通して波長λの放射をファイバー長19
内に送り出す。フォトダイオード12は支持台10上に
おいてレーザー11の後方に置かれ、後部ミラーからの
レーザー放出を検出するよう配置される。測定には、光
源のパワーは非常に広いレンジ、例えば0.1〜10m
W、を有するのが適当である。波長に関しては特に制限
はなく、例えば600〜2900nmの波長の半導体レ
ーザーを用いることも可能である。明らかに、光通信シ
ステムの構成要素に関する測定の場合には、用いられる
べき波長は、例えば850,1300,1550ナノメ
ートルのようにこれらのシステムで一般に用いられる波
長とされる。逆に、制限された線幅、特に100MHz
より小さい線幅は、適切な時間コヒーレンスを保証する
うえで重要である。
【0008】ファイバー長19は位相変調器14上で5
〜10回巻かれ(参照番号18で示す)、この位相変調
器14は便利にはピエゾセラミック管(例えばジルコニ
ウム酸−チタン酸鉛(lead zirconate-titanate) 製な
ど)から成る。ピエゾセラミック変調器は当該技術では
よく知られている。変調器14は鋸歯又は三角ランプ(r
amp)波形の発生器110により駆動され、例えばその波
長の少なくとも20倍はある周期的光経路変動ΔLを圧
電効果により引き起こす。本発明の目的からして、例え
ば10Hz〜1kHzの範囲の周波数の波形が適してい
る。この位相変調は、フォトダイオード12の出力にお
いて周期的信号を生じさせる目的を有する。この周期的
信号により、光ファイバー構成要素での反射による効果
と、システムにおける他の光学構成要素での反射による
効果を識別でき、これは直流信号となる。ファイバーの
別の一巻き15は偏光状態を制御するのに用いることが
できる。ファイバー長19の端は傾斜面16であり、こ
の傾斜面16は、ファイバー19を検査中のデバイス1
7に接続するためのファイバー長20の端面の形状と相
補的である。この接続は、物理接触コネクターや融着接
続などのように従来の方法で行われる。傾斜終端は、フ
ァイバー長19、20間の境界面での反射を制限し、よ
ってフォトダイオード12で検出される信号における直
流成分を抑えるのに役立つ。
【0009】上記説明の測定機器は光学測定ヘッドを形
成する。フォトダイオード12は処理回路(図3に示
す)と接続され、フォトダイオード自身により検出され
た放射の振幅α1/2 cos2ksから反射損失αを得る
ことができる。既に述べたように、この振幅は位相変調
器により課せられる周波数(2ΔL/λTにより与えら
れる)にて周期的に変わる。ここで、ΔLはランプ(ram
p)周期Tの間に位相変調器により引き起こされる光経路
変動(明らかにと関連する)であり、λはレーザーの
波長である。特に、RCネットワーク32はフォトダイ
オード12で発生された電流の低域通過フィルタリング
を行い、RCネットワーク32の後にはトランスインピ
ーダンス(transimpedance)変換を行う演算増幅器33が
続き、さらにその後には従来のロックイン増幅器35が
続き、このロックイン増幅器35は位相変調器により課
せられた周波数にて電気信号成分の振幅を測定する。ロ
ックイン増幅器35は、位相変調器の駆動ランプを基準
として受け取り、この駆動ランプは発生器110(図
1)により接続11を介して与えられる。αの値は、適
当な較正位相において得られる較正曲線中にプロットさ
れた値と比較することにより得られる。
【0010】この較正位相のために、図2に示された較
正装置22が、検査中の光ファイバー構成要素17の代
わりにファイバー長19に接続される。較正装置は従来
の較正減衰器23を含み、これには20で示されるよう
なファイバー終端及びミラー25が備わる。この装置
は、A2 Rに等しい反射損失を生じる。ここで、Aは較
正減衰器23の減衰であり、Rはミラー25の反射率で
ある。この減衰値の組とフォトダイオード12に接続さ
れた処理エレクトロニクスの出力信号の対応値をプロッ
トすることにより、較正曲線が得られる。上記説明した
測定機器は、単に複数のレーザーダイオード(各々調べ
たい波長用)を用いることにより、1より多い波長にお
ける反射損失を測定できる。
【0011】本発明の利点は、既に述べたような測定ヘ
ッドの単純さや低コストに加えて、後方反射動作におい
て市販のレーザーダイオードを実際に使用できることで
あり、以下に列記する。 (a)従来の装置では要求された追加の光学系や高速パ
ルス変調が不要なこと。 (b)本質的な自己位置決め構造。 (c)レーザー内での相互作用工程がコヒーレントであ
るから、外部放射に対して本質的に無関係であること。 (d)適用時の要求に適った感度を有し、−70dBよ
り良いこと。 さらに、もし検査中の光ファイバー構成要素17の出力
側にもアクセスできるならば、挿入損失も同様に測定可
能である。この場合には明らかに、フォトダイオード1
2と同様の第2のフォトダイオードが上記類似の処理エ
レクトロニクスに接続されていることが要求される。
【0012】これまで説明してきたことは、限定的でな
い例により単に与えられており、本発明の範囲を逸脱す
ることなく改変、変更することが可能なことは明らかで
ある。特に、上述の構成要素は、同一の機能を有する構
成要素と置換できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による装置の光学的部分の図である。
【図2】本装置を較正するのに用いられる装置を示す。
【図3】本発明による装置の電気回路図である。
【符合の説明】
10 支持台 11 半導体レーザー 12 フォトダイオード 13 端面 14 位相変調器 15 光ファイバーの一巻き 16 傾斜面 17 検査中の光ファイバー構成要素 18 光ファイバーの数回巻き 19 光ファイバー 20 光ファイバー 22 較正装置 23 較正減衰器 25 ミラー 32 RCネットワーク 33 演算増幅器 34 抵抗器 35 ロックイン増幅器 110 駆動信号発生器
フロントページの続き (72)発明者 シルヴアーノ・ドナテイ イタリー国 20125 ミラノ、ヴイア・ タツラ5 (72)発明者 マルク・ソレル イタリー国 27100 パヴイア、ヴイ ア・ポルタ・ダミアーニ 26 (72)発明者 テイジアナ・タムボツソ イタリー国 10126 トリノ、ヴイア・ ヴエンテイミグリア 41 (56)参考文献 特開 平7−301581(JP,A) 特開 平8−201168(JP,A) 特開 平6−50842(JP,A) 特開 平2−263123(JP,A) 特開 平4−265834(JP,A) 特開 昭61−40533(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01M 11/00 G02B 6/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバー構成要素での反射損失を測
    定する方法であって、コヒーレント 光源(11)により発生された所定波長の
    放射を、光ファイバー構成要素(17)に送り、光ファ
    イバー構成要素により反射された放射の一部を、光源自
    身により発生された放射と光源(11)内において相互
    作用させ、この相互作用から生じる放射のコヒーレント
    検出を行い、そして、この検出から得られる電気信号を
    処理する上記方法において、光ファイバー構成要素(17)に向けて送られる 放射と
    反射放射の両方に対して、これらの放射の光経路を周期
    的に変化させるよう所定周波数にて位相変調を行い、ま
    該所定周波数における検出信号の周波数成分の振幅を
    測定することにより、反射損失の値を得、この振幅は、
    前記光経路変化に依存した因子を介して反射損失の値に
    関連付けられている、 ことを特徴とする光ファイバー構成要素での反射損失を
    測定する方法。
  2. 【請求項2】 反射放射と構成要素(17)に向けて送
    られる放射を較正減衰する較正段階において測定された
    前記周波数成分の振幅値と比較することにより、反射損
    失の値を導出することを特徴とする請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】 前記位相変調により光経路が変化し、そ
    の最大振幅は光源(11)により発生される放射の波長
    の20倍以上であることを特徴とする請求項1又は2記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 前記周波数成分の振幅を測定するため
    に、検出信号が低域通過フィルタリングされ、フィルタ
    リングされた信号がトランスインピーダンス変換され、
    求める周波数成分が、位相変調を制御する信号により駆
    動されるスペクトル分析手段(35)で選択されること
    を特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】 光ファイバー構成要素での反射損失を測
    定する装置であって、コヒーレント 光源(11)及びフォトダイオード(1
    2)を含み、光源(11)は、検査中の光ファイバー構
    成要素(17)に放射を送り、フォトダイオード(1
    2)は、放射を光ファイバー構成要素(17)に向けて
    送る方の光源の側とは反対側に配置されて、光源により
    発生された放射と光ファイバー構成要素により反射され
    た放射の一部の間の光源内での相互作用から生じる放射
    を収集して検出し、フォトダイオード(12)は、この
    検出により得られる電気信号を処理するための手段(3
    2,33,34,35)に接続されている上記装置にお
    いて、コヒーレント 光源(11)と検査中の光ファイバー構成
    要素(17)との間に挿入された位相変調器(14)を
    さらに含み、この位相変調器(14)は、光ファイバー
    構成要素に向けて送られた放射と反射された放射の両方
    所定周波数にて位相変調し、これらの放射の光経路を
    周期的に変化させ、また前記電気信号を処理するための
    手段(32,33,34,35)が、該所定周波数にお
    ける検出信号の周波数成分の振幅値を測定するように構
    成されることを特徴とする光ファイバー構成要素での反
    射損失を測定する装置。
  6. 【請求項6】 位相変調器(14)は、測定で用いられ
    る放射波長の20倍以上の光経路変化を生じるように構
    成されることを特徴とする請求項記載の装置。
  7. 【請求項7】 処理手段(32,33,34,35)は
    フォトダイオード(12)の出力に接続された低域通過
    フィルター(32)、その次に続くトランスインピーダ
    ンス変換用の演算増幅器(33)、及びその次に続く位
    相変調器(14)を駆動する信号により駆動される周波
    数分析手段(35)を含むことを特徴とする請求項5又
    は6に記載の装置。
  8. 【請求項8】 挿入損失を測定するために、検査中の光
    ファイバー構成要素により伝送される放射を検出し、検
    出により得られる更なる電気信号を処理するための手段
    をさらに含むことを特徴とする請求項5乃至のいずれ
    か一項に記載の装置。
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EP0859225A3 (en) 1999-05-12
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