JP3250587B2 - Chromatic dispersion measurement device - Google Patents
Chromatic dispersion measurement deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ等の分散媒質
の波長分散値を測定する装置において、特に、光ファイ
バ中の波長分散値の位置依存性を測定する波長分散測定
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring the chromatic dispersion of a dispersion medium such as an optical fiber, and more particularly to a chromatic dispersion measuring apparatus for measuring the position dependence of the chromatic dispersion in an optical fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、石英系の単一モード光ファイ
バは、低損失化が著しく、大容量、長距離伝送における
光伝送路として用いられている。ところで、通常の単一
モード光ファイバには波長分散、即ち、光信号の群速度
が波長により異なるという性質があるため、光信号が光
ファイバ中を伝播する間に信号波形が歪み、信号品質を
劣化させる要因となる。2. Description of the Related Art Conventionally, a silica-based single mode optical fiber has been remarkably reduced in loss, and has been used as an optical transmission line in large-capacity, long-distance transmission. By the way, ordinary single-mode optical fibers have the property that chromatic dispersion, that is, the group velocity of an optical signal differs depending on the wavelength, so that the signal waveform is distorted while the optical signal propagates through the optical fiber, and the signal quality is reduced. It causes deterioration.
【0003】さらに、光ファイバへの入力光強度が大で
ある場合には、光ファイバの屈折率が信号強度に応じて
変化する非線形光学効果により、信号品質が劣化するこ
とが指摘されている。例えば、強度変調−直接検波の光
通信システムにおいては、光信号の強度変化に応じた光
ファイバの屈折率変化により、搬送波の周波数が変化す
る現象(いわゆる自己位相変調効果)が生じる。このよ
うな光信号が波長分散を有する光ファイバ中を伝播する
際に、信号波形に歪みを生じる。Further, it has been pointed out that when the input light intensity to the optical fiber is high, the signal quality is degraded due to the nonlinear optical effect in which the refractive index of the optical fiber changes according to the signal intensity. For example, in an optical communication system of intensity modulation and direct detection, a phenomenon in which the frequency of a carrier changes (so-called self-phase modulation effect) occurs due to a change in the refractive index of an optical fiber in accordance with a change in the intensity of an optical signal. When such an optical signal propagates through an optical fiber having chromatic dispersion, distortion occurs in the signal waveform.
【0004】光ファイバの波長分散が信号品質へ影響を
与える原理は、上述した2つに分類可能である。一方
は、信号の周波数成分の波長分散による相対的伝送遅延
から信号波形が歪み、信号品質劣化を引き起こすもので
あり、この場合、波長分散による影響は、信号伝送路の
総波長分散量に応じたものとなるため、伝送路を設計す
る際に、各中継区間毎の伝送路の総波長分散量を測定す
ることにより、十分に対処することができる。[0004] The principle that the chromatic dispersion of an optical fiber affects the signal quality can be classified into the above two types. On the other hand, the signal waveform is distorted due to the relative transmission delay due to the chromatic dispersion of the frequency component of the signal, causing signal quality deterioration. In this case, the influence of the chromatic dispersion depends on the total chromatic dispersion of the signal transmission path. Therefore, when designing a transmission line, it is possible to take a sufficient measure by measuring the total amount of chromatic dispersion of the transmission line for each relay section.
【0005】他方は、波長分散と非線形光学効果との組
み合せにより生じる信号品質劣化であり、この信号劣化
は、光ファイバの波長分散値の平均値のみならず、伝送
路の各エレメント毎の波長分散値の平均値からの分布状
態に依存して発生する。一般に、光ファイバの波長分散
値はその距離に依存することから、非線形光学効果を考
慮した長スパン光伝送システムを構築する場合には、光
ファイバの波長分散の位置分布を測定する技術が重要と
なる。The other is signal quality degradation caused by a combination of chromatic dispersion and nonlinear optical effects. This signal degradation is caused not only by the average value of the chromatic dispersion of the optical fiber but also by the chromatic dispersion of each element of the transmission line. Occurs depending on the distribution of the value from the average value. In general, since the chromatic dispersion value of an optical fiber depends on its distance, when constructing a long-span optical transmission system considering the nonlinear optical effect, it is important to measure the position distribution of the chromatic dispersion of the optical fiber. Become.
【0006】光ファイバの波長分散値を測定する方法と
しては、従来、差分法と呼ばれる方法が一般的に用いら
れてきた。これは、光信号の相対伝播遅延時間の波長依
存性を測定し、測定結果を波長のべき級数関数で近似
し、得られた関数を波長で微分することによって波長分
散値を得る方法である。As a method for measuring the chromatic dispersion value of an optical fiber, a method called a difference method has conventionally been generally used. This is a method of measuring the wavelength dependence of the relative propagation delay time of an optical signal, approximating the measurement result with a power series function of the wavelength, and differentiating the obtained function with the wavelength to obtain a chromatic dispersion value.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た差分法を用いて光ファイバの波長分散の位置依存性を
測定するのは困難であった。そこで、本出願人は、光フ
ァイバの波長分散の位置分布を測定する方法として、光
ファイバ中で発生する後方レイリー散乱による反射光強
度の時間依存性から伝送路の損失の距離依存性を測定す
るOTDR(Optical Time Domain Reflectometry )技
術を適用することが有効であると考えた。However, it has been difficult to measure the position dependence of the chromatic dispersion of an optical fiber using the above-described difference method. Therefore, as a method of measuring the position distribution of the chromatic dispersion of an optical fiber, the present applicant measures the distance dependence of the transmission line loss from the time dependence of the reflected light intensity due to backward Rayleigh scattering generated in the optical fiber. It was considered effective to apply the OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) technology.
【0008】しかしながら、従来の差分法による波長分
散の測定技術をそのままOTDRと組み合せて、光ファ
イバの波長分散の位置依存性を測定することは困難であ
る。なぜなら、差分法では信号の伝播時間の波長依存性
から波長分散値を決定するが、OTDRでは、光ファイ
バ中で反射した光信号の到達時間から反射位置を決定す
るため、波長分散による伝播時間の遅延と、反射点まで
の距離に依存する遅延とを区別することが困難となるか
らである。波長分散によって反射信号強度の距離依存性
に僅かな凹凸(歪み)が生じるが、被測定光ファイバの
損失が一様でなければ、高精度の測定を行うことはでき
ない。また、ある波長における波長分散の位置依存性を
測定するためには、その波長を含む広い波長領域で同様
の測定を行う必要がある。However, it is difficult to measure the position dependence of the chromatic dispersion of an optical fiber by combining the conventional chromatic dispersion measuring technique by the difference method with the OTDR as it is. This is because the difference method determines the wavelength dispersion value from the wavelength dependence of the signal propagation time, but the OTDR determines the reflection position from the arrival time of the optical signal reflected in the optical fiber. This is because it is difficult to distinguish between the delay and the delay depending on the distance to the reflection point. Although slight unevenness (distortion) occurs in the distance dependence of the reflected signal intensity due to wavelength dispersion, high-precision measurement cannot be performed unless the loss of the measured optical fiber is uniform. Further, in order to measure the position dependence of chromatic dispersion at a certain wavelength, it is necessary to perform the same measurement in a wide wavelength region including that wavelength.
【0009】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
ものであり、OTDRにより光ファイバ(光伝送路)中
の波長分散の位置依存性を測定できる波長分散測定装置
を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a chromatic dispersion measuring apparatus capable of measuring the position dependence of chromatic dispersion in an optical fiber (optical transmission line) by OTDR. And
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の波長分
散測定装置は、光伝送路の波長分散の位置依存性を測定
する波長分散測定装置であって、コヒーレントな光信号
を出力する光源と、該光源から出力された光信号を分岐
する光分岐手段と、該光分岐手段の一方の出力光信号の
波長を測定する波長測定手段と、所定の電気信号を発生
する信号源と、前記光分岐手段の他方の出力光信号の位
相を前記信号源で発生された電気信号に応じて変調する
光位相変調手段と、前記信号源で発生された電気信号の
振幅を可変制御する可変減衰回路と、該可変減衰回路の
出力電気信号の極性を可変制御する極性反転回路と、前
記光位相変調手段の出力光信号を前記極性反転回路の出
力電気信号に応じて光強度変調する第1の光強度変調手
段と、所定のパルス信号を発生するパルス信号源と、前
記第1の光強度変調手段の出力光信号を前記パルス信号
源で発生されたパルス信号に応じて光強度変調する第2
の光強度変調手段と、前記光伝送路の一端に接続され、
前記第2の光強度変調手段の出力光信号を前記光伝送路
へ入射し、前記光伝送路からの反射光信号を出力する方
向性結合回路と、前記反射光信号を電気信号に変換する
光電変換器と、該光電変換器の出力電気信号を増幅する
増幅回路と、該増幅回路の出力電気信号のスペクトラム
強度を測定するスペクトラム強度測定手段と、該スペク
トラム強度測定手段に接続されたアナログデジタル変換
回路と、該アナログデジタル変換回路に接続されたデジ
タル信号処理回路とを具備することを特徴としている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a chromatic dispersion measuring apparatus for measuring a position dependence of chromatic dispersion of an optical transmission line, wherein the light source outputs a coherent optical signal. An optical branching unit that branches an optical signal output from the light source, a wavelength measuring unit that measures a wavelength of one output optical signal of the optical branching unit, a signal source that generates a predetermined electric signal, An optical phase modulating means for modulating the phase of the other output optical signal of the optical branching means in accordance with the electric signal generated by the signal source; and a variable attenuation circuit variably controlling the amplitude of the electric signal generated by the signal source. A polarity inversion circuit for variably controlling the polarity of the output electric signal of the variable attenuation circuit; and a first light for modulating the light intensity of the output optical signal of the optical phase modulation means in accordance with the output electric signal of the polarity inversion circuit. Intensity modulation means and a predetermined pal A pulse signal source for generating a signal, a second modulating light intensity in response to the first optical intensity modulating means output optical signal said pulse signal source in generating pulse signals
Light intensity modulating means, connected to one end of the optical transmission path,
A directional coupling circuit for inputting an optical signal output from the second optical intensity modulation means to the optical transmission line and outputting a reflected optical signal from the optical transmission line; and a photoelectric converter for converting the reflected optical signal into an electric signal A converter, an amplifier circuit for amplifying an output electric signal of the photoelectric converter, spectrum intensity measuring means for measuring the spectrum intensity of the output electric signal of the amplifier circuit, and an analog-to-digital converter connected to the spectrum intensity measuring means. And a digital signal processing circuit connected to the analog-to-digital conversion circuit.
【0011】また、請求項2に記載の波長分散測定装置
は、請求項1に記載の波長分散測定装置において、前記
光電変換器の前段に光増幅器を具備してなることを特徴
としている。さらに、請求項3に記載の波長分散測定装
置は、請求項1または2いずれかに記載の波長分散測定
装置において、前記スペクトラム強度測定手段として、
特にバンドパスフィルタと電力計とを具備してなること
を特徴としている。According to a second aspect of the present invention, there is provided a chromatic dispersion measuring apparatus according to the first aspect, wherein an optical amplifier is provided in a stage preceding the photoelectric converter. Furthermore, the chromatic dispersion measuring apparatus according to claim 3 is the chromatic dispersion measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the spectrum intensity measuring means is
Particularly, it is characterized in that it comprises a bandpass filter and a power meter.
【0012】[0012]
【作用】上記構成によれば、位相(または周波数)変調
された光信号が、第2の光強度変調手段により、所定の
パルス信号に応じて強度変調され、光伝送路へ入射され
る。そして、スペクトラム強度測定手段により、光ファ
イバ伝播後の波形歪みの大きさが測定され、波長分散の
絶対値が測定される。また、第1の光強度変調手段によ
り、波形歪みの大きさの半分程度の強度変調信号を伝送
前に位相変調信号に重畳し、強度変調成分の極性を反転
した際の伝送後の強度変調成分の大きさをデジタル信号
処理回路において比較することにより、波長分散の符号
が測定される。According to the above configuration, the phase (or frequency) modulated optical signal is intensity-modulated by the second light intensity modulating means in accordance with a predetermined pulse signal, and is incident on the optical transmission line. Then, the magnitude of waveform distortion after propagation through the optical fiber is measured by the spectrum intensity measuring means, and the absolute value of chromatic dispersion is measured. Further, the first light intensity modulating means superimposes an intensity modulation signal of about half the magnitude of the waveform distortion on the phase modulation signal before transmission, and the intensity modulation component after transmission when the polarity of the intensity modulation component is inverted. Is compared in the digital signal processing circuit, the sign of the chromatic dispersion is measured.
【0013】さらに、光信号を光伝送路の長さと所要距
離分解能に応じた周期とデューティ比のパルス信号と
し、デジタル信号処理回路において、光伝送路の中途で
後方レイリー散乱によって反射する成分を観測すること
により反射点までの総波長分散量の測定が行われる。こ
うして得られた波長分散値は、被測定光ファイバの接続
端子より反射点までの総波長分散量の2倍となることか
ら、波長分散の位置依存性は、この値の1/2を距離に
関して微分することにより得られる。このように、本発
明は、従来のOTDRによる伝送路の損失分布の測定に
おいて、反射光の強度を測定する代わりに、反射光信号
のスペクトラムの平均光信号強度に対する相対的な強度
を測定するようになっている。Further, the optical signal is converted into a pulse signal having a period and a duty ratio according to the length of the optical transmission line and the required distance resolution, and a component reflected by backward Rayleigh scattering in the middle of the optical transmission line is observed in the digital signal processing circuit. Then, the total amount of chromatic dispersion up to the reflection point is measured. Since the thus obtained chromatic dispersion value is twice the total chromatic dispersion amount from the connection terminal of the optical fiber to be measured to the reflection point, the position dependence of the chromatic dispersion is expressed as follows. Obtained by differentiating. As described above, the present invention measures the relative intensity of the spectrum of the reflected light signal relative to the average light signal intensity instead of measuring the intensity of the reflected light in the measurement of the loss distribution of the transmission line by the conventional OTDR. It has become.
【0014】また、請求項2に記載の波長分散測定装置
によれば、光増幅器が反射光信号の強度を増幅して光電
変換器へ入力するため、信号対雑音強度比(S/N比)
が、さらに向上する。さらに、請求項3に記載の波長分
散測定装置によれば、スペクトラム測定手段として、特
にバンドパスフィルタと電力計とを用いるため、装置全
体の製造コストが低減される。According to the second aspect of the present invention, since the optical amplifier amplifies the intensity of the reflected light signal and inputs the amplified signal to the photoelectric converter, the signal-to-noise intensity ratio (S / N ratio) is increased.
However, it is further improved. Further, according to the chromatic dispersion measuring apparatus of the third aspect, since a band-pass filter and a wattmeter are particularly used as the spectrum measuring means, the manufacturing cost of the entire apparatus is reduced.
【0015】[0015]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。まず、本発明の第1の実施例による波長
分散測定装置について説明する。図1は、本実施例によ
る波長分散測定装置の概略構成を示す図であり、この図
において、1は、コヒーレントな光を発生し、かつ波長
を変化させることができる光源であり、実際の装置にお
いては、分布帰還型(DFB)半導体レーザ、外部共振
器付き半導体レーザ等が好適に用いられる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a chromatic dispersion measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring apparatus according to the present embodiment. In this figure, reference numeral 1 denotes a light source capable of generating coherent light and changing a wavelength. In this case, a distributed feedback (DFB) semiconductor laser, a semiconductor laser with an external resonator, or the like is preferably used.
【0016】2は光分岐手段であり、実際の装置におい
ては、方向性結合器、光分岐回路等が好適に用いられ
る。3は電気信号を発生する信号源、4は光位相変調手
段であり、光源1から光分岐手段2を介して供給される
光信号を信号源3で発生した電気信号に応じて位相変調
する。実際の装置においては、光位相変調手段4とし
て、LiNbO3 光位相変調器、半導体電界吸収型光位
相変調器等が好適に用いられる。Reference numeral 2 denotes an optical branching unit. In an actual device, a directional coupler, an optical branching circuit, or the like is preferably used. Reference numeral 3 denotes a signal source for generating an electric signal, and 4 denotes an optical phase modulation means. The optical signal supplied from the light source 1 via the optical branching means 2 is phase-modulated according to the electric signal generated by the signal source 3. In an actual apparatus, a LiNbO3 optical phase modulator, a semiconductor electroabsorption type optical phase modulator, or the like is preferably used as the optical phase modulator 4.
【0017】6は、信号源3で発生した電気信号の強度
を調節して出力する可変減衰回路、7は、可変減衰回路
6から出力される電気信号の極性を変化させる極性反転
回路、8は、パルス信号を発生するパルス信号源、5,
9は光強度変調手段であり、光強度変調手段5(第1の
光強度変調手段)は、光位相変調手段4から出力される
光信号を極性反転回路7から供給される電気信号に応じ
て強度変調し、光強度変調手段9(第2の光強度変調手
段)は、光強度変調手段5から出力される光信号をパル
ス信号源8で発生した電気信号に応じて強度変調する。
実際の装置においては、光強度変調手段5,9として、
LiNbO3 マッハツエンダ光強度変調器、半導体電界
吸収型光強度変調器等が好適に用いられる。Reference numeral 6 denotes a variable attenuator for adjusting the intensity of the electric signal generated by the signal source 3 and outputting the adjusted signal. Reference numeral 7 denotes a polarity inverting circuit for changing the polarity of the electric signal output from the variable attenuator 6. , A pulse signal source for generating a pulse signal, 5,
Reference numeral 9 denotes light intensity modulating means. The light intensity modulating means 5 (first light intensity modulating means) converts an optical signal output from the optical phase modulating means 4 according to an electric signal supplied from the polarity inversion circuit 7. The intensity is modulated, and the light intensity modulating means 9 (second light intensity modulating means) modulates the intensity of the optical signal output from the light intensity modulating means 5 according to the electric signal generated by the pulse signal source 8.
In an actual device, the light intensity modulating means 5, 9
A LiNbO3 Mach-Zehnder light intensity modulator, a semiconductor electroabsorption type light intensity modulator or the like is preferably used.
【0018】10は方向性結合器、14は光電変換器で
あり、光信号の電界の2乗に比例した光電流を発生す
る。15は増幅回路であり、光電変換器14によって光
電変換された電気信号を増幅する。16はスペクトラム
強度測定手段であり、増幅回路15を介して供給される
電気信号のスペクトラム強度を測定する。17はアナロ
グデジタル変換回路、18はデジタル信号処理回路であ
り、アナログデジタル変換回路17によって変換された
デジタル信号を平均化し、信号対雑音(S/N)強度比
を向上させる。13は波長測定手段であり、光源1から
光分岐手段2を介して供給される光信号の波長を測定す
る。なお、11は被測定光ファイバを接続すべき端子、
12は被測定光ファイバである。A directional coupler 10 and a photoelectric converter 14 generate a photocurrent proportional to the square of the electric field of the optical signal. Reference numeral 15 denotes an amplifier circuit that amplifies the electric signal photoelectrically converted by the photoelectric converter 14. Reference numeral 16 denotes a spectrum intensity measuring unit which measures the spectrum intensity of the electric signal supplied via the amplifier circuit 15. Reference numeral 17 denotes an analog-to-digital conversion circuit, and reference numeral 18 denotes a digital signal processing circuit. The digital signal converted by the analog-to-digital conversion circuit 17 is averaged to improve a signal-to-noise (S / N) intensity ratio. Reference numeral 13 denotes a wavelength measuring unit that measures the wavelength of an optical signal supplied from the light source 1 via the optical branching unit 2. 11 is a terminal to which the optical fiber to be measured is to be connected;
Reference numeral 12 denotes an optical fiber to be measured.
【0019】次に、上記構成による波長分散測定装置の
動作を、図1および図5(a)〜図5(f)を参照して
説明する。光源1から出力されたコヒーレントな光信号
は、光分岐手段2によって分岐され、分岐された一方の
光信号が波長測定手段13へ入力されて、その発振波長
が測定される。また、分岐された他方の光信号は、光位
相変調手段4へ入力され、ここで、信号源3で発生した
電気信号に応じて位相変調される。Next, the operation of the chromatic dispersion measuring apparatus having the above configuration will be described with reference to FIG. 1 and FIGS. 5 (a) to 5 (f). The coherent optical signal output from the light source 1 is split by the optical splitting means 2, and one of the split optical signals is input to the wavelength measuring means 13, and its oscillation wavelength is measured. The other branched optical signal is input to the optical phase modulator 4, where it is phase-modulated according to the electric signal generated by the signal source 3.
【0020】位相変調された光信号は、さらに光強度変
調手段9によって図5(a)に示すようなパルス波形と
なり、被測定光ファイバ12へ入射される。ここで、光
強度変調手段9から出力されるパルス波形は、被測定光
ファイバ12の長さおよび距離測定分解能に応じた周
期、パルス幅に設定される。このようなパルス信号が光
電変換器14へ到達する時間より反射点を同定する、O
TDR技術を用いる。The phase-modulated optical signal is further converted into a pulse waveform as shown in FIG. Here, the pulse waveform output from the light intensity modulating means 9 is set to a period and a pulse width according to the length and the distance measurement resolution of the measured optical fiber 12. The reflection point is identified based on the time when such a pulse signal reaches the photoelectric converter 14.
Uses TDR technology.
【0021】ここで被測定光ファイバ12の長さをLと
すれば、図5(a)におけるパルスの周期Tは、Assuming that the length of the optical fiber under test 12 is L, the pulse period T in FIG.
【数1】 となるように設定される。但し、Vgは光信号の群速度
であり、(Equation 1) Is set to be Where Vg is the group velocity of the optical signal,
【数2】 で与えられる。ここでcは光速、nは光ファイバのコア
の比屈折率をそれぞれ表す。また、測定距離分解能は、
パルスの幅Δτで決定され、(Equation 2) Given by Here, c represents the speed of light, and n represents the relative refractive index of the core of the optical fiber. The measurement distance resolution is
Determined by the pulse width Δτ,
【数3】 で与えられる。(Equation 3) Given by
【0022】光ファイバ中のレイリー散乱により反射さ
れた光信号は、方向性結合器10を経て光電変換器14
へ入力される。光電変換器14は、光信号の電界の2乗
に比例した受光電流を発生する性質があることから、伝
送後の光信号の波形歪みの大きさは、光電変換後の電気
信号において、信号源3から出力される信号の周波数に
等しいスペクトラム成分の平均受光電流に対する相対強
度を測定することによって得られる。The optical signal reflected by Rayleigh scattering in the optical fiber passes through the directional coupler 10 and is converted by the photoelectric converter 14
Is input to Since the photoelectric converter 14 has a property of generating a light receiving current proportional to the square of the electric field of the optical signal, the magnitude of the waveform distortion of the optical signal after transmission depends on the signal source in the electrical signal after photoelectric conversion. 3 can be obtained by measuring the relative intensity of the spectrum component equal to the frequency of the signal output from 3 to the average received light current.
【0023】また、被測定光ファイバ12中の反射点の
位置により、光電変換器14への信号の到達時間が異な
ることから、測定値の時間依存性を測定することによっ
て、測定結果の反射点までの距離を知ることができる。
通常、反射光の光強度は極めて微弱であるため、本実施
例では、デジタル信号処理回路18によって測定結果を
平均化処理し(すなわち、複数回の測定値の平均を求
め)、信号対雑音強度比を向上させている。Since the arrival time of the signal to the photoelectric converter 14 varies depending on the position of the reflection point in the optical fiber 12 to be measured, the time dependence of the measured value is measured to obtain the reflection point of the measurement result. You can know the distance to.
Normally, since the light intensity of the reflected light is extremely weak, in the present embodiment, the digital signal processing circuit 18 averages the measurement results (that is, obtains the average of a plurality of measured values) to obtain a signal-to-noise intensity. The ratio has been improved.
【0024】ここで、本発明の波長分散測定装置による
波長分散の測定原理を、図4(a)〜図4(f)を参照
して説明する。位相変調を受けた光信号は、図4(b)
に示すように位相が変化している。この光信号は、光フ
ァイバ中を伝播する際に、図4(c)中矢印で示す相対
遅延を受け、伝送前に時間的に一定であった電界強度
(図4(a)参照)に波形歪みが生じる(図4(e)参
照)。ここで、正常分散領域と異常分散領域とでは、波
形歪みの位相がπだけ異なり、それぞれ、図中実線、破
線で示す波形となる。Here, the principle of measuring chromatic dispersion by the chromatic dispersion measuring apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (f). The phase-modulated optical signal is shown in FIG.
As shown in FIG. When this optical signal propagates through the optical fiber, it undergoes a relative delay indicated by an arrow in FIG. 4C, and a waveform is formed into an electric field intensity (see FIG. 4A) that was temporally constant before transmission. Distortion occurs (see FIG. 4E). Here, the phase of the waveform distortion differs between the normal dispersion region and the abnormal dispersion region by π, and the waveforms are indicated by solid lines and broken lines in the figure, respectively.
【0025】光ファイバの中途で後方レイリー散乱によ
って反射され、光電変換器14に到達した光信号は、端
子11から被測定光ファイバ12中の反射点までの往復
の伝送路の波長分散に応じた波形歪みを生じる。波形歪
みによる信号のスペクトラム強度は波長分散の符号に依
存しないため、ここでは波長分散の絶対値のみ測定した
ことになる。The optical signal reflected by the backward Rayleigh scattering in the middle of the optical fiber and reaching the photoelectric converter 14 corresponds to the chromatic dispersion of the reciprocating transmission line from the terminal 11 to the reflection point in the optical fiber 12 to be measured. Waveform distortion occurs. Since the spectrum intensity of the signal due to the waveform distortion does not depend on the sign of the chromatic dispersion, only the absolute value of the chromatic dispersion is measured here.
【0026】そこで、光強度変調手段5により、位相変
調信号を、図4(e)で得られる波長分散によって生じ
た波形歪みの大きさの半分程度の変調度(消光比)でさ
らに強度変調し、極性反転回路7を用いて強度変調信号
の符号を反転して得られる伝送後の強度変調信号の大き
さを比較する。強度変調信号は、位相変調信号と同期さ
せて図4(d)に示すような波形となる。光信号におい
て、伝送前に重畳された強度変調成分による波形歪みと
ファイバの分散による波形歪みとは、同相の場合は互い
に足し合わされ、逆相の場合は相殺される。波長分散の
符号の正負により伝送後の波形歪み(強度変調成分)の
大小関係は反転することから、光伝送路のそれぞれの反
射点で反射された光信号の波長分散の符号を決定するこ
とができる。Therefore, the light intensity modulating means 5 further modulates the intensity of the phase modulation signal with a modulation degree (extinction ratio) of about half the magnitude of the waveform distortion caused by the chromatic dispersion obtained in FIG. The magnitude of the transmitted intensity modulated signal obtained by inverting the sign of the intensity modulated signal using the polarity inversion circuit 7 is compared. The intensity modulation signal has a waveform as shown in FIG. 4D in synchronization with the phase modulation signal. In the optical signal, the waveform distortion due to the intensity modulation component superimposed before transmission and the waveform distortion due to the dispersion of the fiber are added to each other when they are in phase, and are canceled when they are out of phase. Since the magnitude relationship of the waveform distortion (intensity modulation component) after transmission is inverted depending on the sign of the sign of the chromatic dispersion, it is possible to determine the sign of the chromatic dispersion of the optical signal reflected at each reflection point of the optical transmission line. it can.
【0027】次に、図5により本実施例による波長分散
測定装置の動作について、図1および図5(a)〜図5
(e)を参照して説明する。ここでは、波長分散特性が
図5(e)に示すような被測定光ファイバ12について
考える。被測定光ファイバ12で反射された光信号の強
度は、被測定光ファイバ12の損失により、図5(b)
に示すような時間依存性を有する。Next, referring to FIG. 5, the operation of the chromatic dispersion measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1 and FIGS.
This will be described with reference to FIG. Here, consider the measured optical fiber 12 whose chromatic dispersion characteristic is as shown in FIG. The intensity of the optical signal reflected by the measured optical fiber 12 depends on the loss of the measured optical fiber 12, as shown in FIG.
Has a time dependency as shown in FIG.
【0028】一方、信号の波形歪みの測定結果は、図5
(c)に示される特性となる。ここで強度変調信号を伝
送前に光信号に重畳した場合において、伝送後の光信号
の波形歪みは、正常分散時と異常分散時とのそれぞれに
ついて、図5(c)中破線、一点鎖線でそれぞれ示され
る。この結果得られる反射点から端子11までの往復経
路における総波長分散量は、図5(d)に示すようにな
る。On the other hand, the measurement result of the signal waveform distortion is shown in FIG.
The characteristics shown in FIG. Here, when the intensity modulated signal is superimposed on the optical signal before transmission, the waveform distortion of the optical signal after transmission is indicated by a broken line and a dashed line in FIG. Shown respectively. The resulting total chromatic dispersion in the reciprocating path from the reflection point to the terminal 11 is as shown in FIG. 5D.
【0029】この測定結果は、波長λおよび距離zにお
ける波長分散値D(λ,z)により次式で表される。The result of this measurement is expressed by the following equation using the wavelength dispersion value D (λ, z) at the wavelength λ and the distance z.
【数4】 ここで、係数の「2」は、光の往復により分散が重ね合
わされたことを意味する。そして、距離zの位置におけ
る波長分散値は(4)式を微分して得られる次式で与え
られる。(Equation 4) Here, the coefficient “2” means that the dispersion is superimposed by the reciprocation of light. The chromatic dispersion value at the position of the distance z is given by the following equation obtained by differentiating the equation (4).
【数5】 以上説明したように、本発明の第1の実施例による波長
分散測定装置によれば、伝送路の波長分散の距離依存性
を測定することができる。(Equation 5) As described above, according to the chromatic dispersion measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, it is possible to measure the distance dependency of the chromatic dispersion of the transmission path.
【0030】次に、本発明の第2の実施例による波長分
散測定装置について、図2を参照して説明する。図2に
示す波長分散測定装置が、図1に示す第1の実施例によ
る波長分散測定装置と異なる点は、光電変換器14の前
段に光増幅器19を設け、光電変換器14へ入力する光
信号を増幅する点である。これにより、信号対雑音強度
比を向上させることができる。Next, a chromatic dispersion measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The chromatic dispersion measuring apparatus shown in FIG. 2 is different from the chromatic dispersion measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that an optical amplifier 19 is provided in front of the photoelectric converter 14 so that the light input to the photoelectric converter 14 can be changed. The point is to amplify the signal. Thereby, the signal-to-noise intensity ratio can be improved.
【0031】次に、本発明の第3の実施例による波長分
散測定装置について、図3を参照して説明する。図3に
示す波長分散測定装置が、図1に示す第1の実施例によ
る波長分散測定装置と異なる点は、スペクトラム強度測
定手段16(図1参照)として特に、信号源3から出力
される信号の周波数を透過する性質を有するバンドパス
フィルタ20と、当該バンドパスフィルタ21を透過す
る信号強度を測定する電力計21とを備えた点である。
したがって、価格面等をも考慮して容易に入手可能な部
品を用いて波長分散測定装置を構成することができる。
なお、電力計21はデジタル出力可能であるため、アナ
ログデジタル変換回路17(図1参照)は不要である。Next, a chromatic dispersion measuring apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The difference between the chromatic dispersion measuring apparatus shown in FIG. 3 and the chromatic dispersion measuring apparatus according to the first embodiment shown in FIG. 1 is that the signal output from the signal source 3 is particularly used as the spectrum intensity measuring means 16 (see FIG. 1). And a power meter 21 for measuring the intensity of a signal transmitted through the band-pass filter 21.
Therefore, it is possible to configure the chromatic dispersion measuring apparatus using components that can be easily obtained in consideration of cost and the like.
Since the power meter 21 is capable of digital output, the analog-to-digital converter 17 (see FIG. 1) is unnecessary.
【0032】なお、第2および第3の実施例による各波
長分散測定装置の動作原理は、第1の実施例によるもの
と同一であり、動作も同様であるので、それらの説明を
省略する。The principle of operation of each of the chromatic dispersion measuring apparatuses according to the second and third embodiments is the same as that of the first embodiment, and the operation is the same.
【0033】[0033]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位相(または周波数)変調された光信号が、第2の光強
度変調手段により、所定のパルス信号に応じて強度変調
され、光伝送路へ入射される。そして、スペクトラム強
度測定手段により、光ファイバ伝播後の波形歪みの大き
さが測定され、波長分散の絶対値が測定される。また、
第1の光強度変調手段により、波形歪みの大きさの半分
程度の強度変調信号を伝送前に位相変調信号に重畳し、
強度変調成分の極性を反転した際の伝送後の強度変調成
分の大きさをデジタル信号処理回路において比較するこ
とにより、波長分散の符号が測定される。As described above, according to the present invention,
The phase (or frequency) modulated optical signal is intensity-modulated by the second optical intensity modulating means according to a predetermined pulse signal, and is incident on the optical transmission line. Then, the magnitude of waveform distortion after propagation through the optical fiber is measured by the spectrum intensity measuring means, and the absolute value of chromatic dispersion is measured. Also,
The first light intensity modulation means superimposes an intensity modulation signal of about half the magnitude of the waveform distortion on the phase modulation signal before transmission,
The magnitude of the intensity modulation component after transmission when the polarity of the intensity modulation component is inverted is compared in the digital signal processing circuit, whereby the sign of the chromatic dispersion is measured.
【0034】さらに、光信号を光伝送路の長さと所要距
離分解能に応じた周期とデューティ比のパルス信号と
し、デジタル信号処理回路において、光伝送路の中途で
後方レイリー散乱によって反射する成分を観測すること
により反射点までの総波長分散量の測定が行われる。こ
うして得られた波長分散値は、被測定光ファイバの接続
端子より反射点までの総波長分散量の2倍となることか
ら、波長分散の位置依存性は、この値の1/2を距離に
関して微分することにより得られる。Further, the optical signal is converted into a pulse signal having a period and a duty ratio corresponding to the length of the optical transmission line and the required distance resolution, and a component reflected by backward Rayleigh scattering in the middle of the optical transmission line is observed in the digital signal processing circuit. Then, the total amount of chromatic dispersion up to the reflection point is measured. Since the thus obtained chromatic dispersion value is twice the total chromatic dispersion amount from the connection terminal of the optical fiber to be measured to the reflection point, the position dependence of the chromatic dispersion is expressed as follows. Obtained by differentiating.
【0035】このように、本発明は、従来のOTDRに
よる伝送路の損失分布の測定において、反射光の強度を
測定する代わりに、反射光信号のスペクトラムの平均光
信号強度に対する相対的な強度を測定するようになって
いる。したがって、OTDRにより光ファイバ中の波長
分散の位置依存性を測定することができるという効果あ
る。As described above, according to the present invention, instead of measuring the intensity of the reflected light, the relative intensity of the spectrum of the reflected optical signal with respect to the average optical signal intensity is measured instead of measuring the intensity of the reflected light. It is designed to measure. Therefore, there is an effect that the OTDR can measure the position dependence of the chromatic dispersion in the optical fiber.
【図1】本発明の第1の実施例による波長分散測定装置
の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施例による波長分散測定装置
の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring device according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3の実施例による波長分散測定装置
の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a chromatic dispersion measuring device according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施例による波長分散測定装置
による波長分散の測定原理を説明するための模式図であ
り、(a)は伝送前の電界強度、(b)は伝送前の位相
変化、(c)は光周波数による総体的な遅延、(d)は
伝送前の強度変調による波形歪み、(e)は被測定光フ
ァイバ12の分散による波形歪み、(f)は伝送後の波
形歪みをそれぞれ表す。FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams for explaining the principle of measuring chromatic dispersion by the chromatic dispersion measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 4A shows the electric field strength before transmission, and FIG. Phase change, (c) overall delay due to optical frequency, (d) waveform distortion due to intensity modulation before transmission, (e) waveform distortion due to dispersion of measured optical fiber 12, (f) after transmission The waveform distortion is represented.
【図5】 本発明の第1の実施例による波長分散測定装
置の動作を説明するための模式図であり、(a)はパル
ス信号に応じた強度変調後の波形、(b)は反射光信号
の時間依存性、(c)は波形歪みの測定結果、(d)は
往復経路における総波長分散量、(e)は被測定光ファ
イバ12の波長分散特性をそれぞれ表す。5A and 5B are schematic diagrams for explaining the operation of the chromatic dispersion measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention, wherein FIG. 5A is a waveform after intensity modulation according to a pulse signal, and FIG. (C) shows the measurement result of the waveform distortion, (d) shows the total amount of chromatic dispersion in the reciprocating path, and (e) shows the chromatic dispersion characteristics of the optical fiber 12 to be measured.
1 光源 2 光分岐手
段 3 信号源 4 光位相変
調手段 5 光強度変調手段(第1の光強度変換手段) 6 可変減衰回路 7 極性反転
回路 8 パルス信号源 9 光強度変調手段(第2の光強度変換手段) 10 方向性結合器 11 端子 12 被測定光ファイバ(光伝送路) 13 波長測
定手段 14 光電変換器 15 増幅回
路 16 スペクトラム強度測定手段 17 アナロ
グデジタル変換回路 18 デジタル信号処理回路 19 光増幅
器 20 バンドパスフィルタ 21 電力計REFERENCE SIGNS LIST 1 light source 2 light branching means 3 signal source 4 optical phase modulation means 5 light intensity modulation means (first light intensity conversion means) 6 variable attenuation circuit 7 polarity inversion circuit 8 pulse signal source 9 light intensity modulation means (second light Intensity conversion means) 10 directional coupler 11 terminal 12 optical fiber to be measured (optical transmission line) 13 wavelength measurement means 14 photoelectric converter 15 amplifier circuit 16 spectrum intensity measurement means 17 analog-to-digital conversion circuit 18 digital signal processing circuit 19 optical amplifier 20 bandpass filter 21 wattmeter
Claims (3)
する波長分散測定装置であって、 コヒーレントな光信号を出力する光源と、 該光源から出力された光信号を分岐する光分岐手段と、 該光分岐手段の一方の出力光信号の波長を測定する波長
測定手段と、 所定の電気信号を発生する信号源と、 前記光分岐手段の他方の出力光信号の位相を前記信号源
で発生された電気信号に応じて変調する光位相変調手段
と、 前記信号源で発生された電気信号の振幅を可変制御する
可変減衰回路と、 該可変減衰回路の出力電気信号の極性を可変制御する極
性反転回路と、 前記光位相変調手段の出力光信号を前記極性反転回路の
出力電気信号に応じて光強度変調する第1の光強度変調
手段と、 所定のパルス信号を発生するパルス信号源と、 前記第1の光強度変調手段の出力光信号を前記パルス信
号源で発生されたパルス信号に応じて光強度変調する第
2の光強度変調手段と、 前記光伝送路の一端に接続され、前記第2の光強度変調
手段の出力光信号を前記光伝送路へ入射し、前記光伝送
路からの反射光信号を出力する方向性結合回路と、 前記反射光信号を電気信号に変換する光電変換器と、 該光電変換器の出力電気信号を増幅する増幅回路と、 該増幅回路の出力電気信号のスペクトラム強度を測定す
るスペクトラム強度測定手段と、 該スペクトラム強度測定手段に接続されたアナログデジ
タル変換回路と、 該アナログデジタル変換回路に接続されたデジタル信号
処理回路とを具備することを特徴とする波長分散測定装
置。1. A chromatic dispersion measuring device for measuring the position dependence of chromatic dispersion of an optical transmission line, comprising: a light source for outputting a coherent optical signal; and an optical branching means for branching the optical signal output from the light source. A wavelength measuring means for measuring a wavelength of one output optical signal of the optical branching means; a signal source for generating a predetermined electrical signal; and a phase of the other output optical signal of the optical branching means by the signal source. Optical phase modulation means for modulating according to the generated electric signal; a variable attenuation circuit for variably controlling the amplitude of the electric signal generated by the signal source; and variably controlling the polarity of the output electric signal of the variable attenuation circuit. A polarity inverting circuit, first light intensity modulating means for modulating the light intensity of the output optical signal of the optical phase modulating means in accordance with the output electric signal of the polarity inverting circuit, and a pulse signal source for generating a predetermined pulse signal The first light Second light intensity modulating means for modulating the light intensity of the output light signal of the degree modulating means in accordance with a pulse signal generated by the pulse signal source; and a second light intensity modulating means connected to one end of the optical transmission line. A directional coupling circuit for inputting an optical signal output from a modulating unit to the optical transmission line and outputting a reflected optical signal from the optical transmission line; a photoelectric converter for converting the reflected optical signal into an electric signal; An amplifier circuit for amplifying an output electric signal of the converter; a spectrum intensity measuring unit for measuring a spectrum intensity of the output electric signal of the amplifier circuit; an analog-to-digital conversion circuit connected to the spectrum intensity measuring unit; A chromatic dispersion measuring device comprising: a digital signal processing circuit connected to a conversion circuit.
してなることを特徴とする請求項1に記載の波長分散測
定装置。2. The chromatic dispersion measuring apparatus according to claim 1, wherein an optical amplifier is provided in a stage preceding the photoelectric converter.
特にバンドパスフィルタと電力計とを具備してなること
を特徴とする請求項1または請求項2いずれかに記載の
波長分散測定装置。3. The apparatus according to claim 2, wherein said spectrum intensity measuring means comprises:
3. The chromatic dispersion measuring apparatus according to claim 1, further comprising a bandpass filter and a power meter.
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