JPH08145846A - 光周波数領域反射測定方法及び測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、正確な反射光強度分布を得る光周波
数領域反射測定方法及び測定回路を提供することを目的
とする。 【構成】本発明は、レーザ光源１１と外部光変調器１２
と駆動回路１３よりなる光周波数掃引光源と、該光周波
数掃引光源の出力光を入力して測定光、参照光を得る第
１の光方向性結合器１４と、第１の光方向性結合器１４
の出力光を入力し、出力光を被測定光部品へ導き、被測
定光部品からの反射信号光を出力する第２の光方向性結
合器１６と、第１の光方向性結合器１４の出力光と第２
の光方向性結合器１６の出力光を入力とする第３の光方
向性結合器１８と、第１の光方向性結合器１４から第２
の光方向性結合器１６に至る光路に挿入される第１の遅
延光ファイバ１５と、第３の光方向性結合器１８の出力
光を受信する光受信器１９と、光受信器１９の出力信号
の周波数解析を行う周波数解析装置２０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光部品や光伝送路に対す
る光周波数領域反射測定方法及び測定回路に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】光部品や光伝送路に対する従来の計測技
術の一つとして光周波数領域反射測定法がある。光周波
数領域反射測定法は、測定対象となる光部品に周波数変
調光を入射し、被測定光部品からの反射光とあらかじめ
分岐された参照光とのビート信号の周波数解析を行うこ
とにより、被測定部品内の各位置からの反射光強度を測
定して、光部品などの損失測定や故障判断を行う技術で
ある。

【０００３】光周波数領域反射測定装置の基本構成を図
４に示す。測定には、光周波数が時間に対して直線的に
掃引されるコヒーレント光が用いられる。周波数掃引コ
ヒーレント光源１から出力された光周波数が掃引された
コヒーレント光は光方向性結合器Ａにより分岐され、一
方を参照光として用い、他方を被測定光部品２に入射す
る。被測定光部品２の内部で反射される光は光方向性結
合器Ｂにより取り出され信号光として用い、あらかじめ
取り出しておいた参照光と共にヘテロダイン受信器３に
ヘテロダイン受信され、得られる２光波のビート信号が
周波数解析装置４によって解析される。コヒーレント光
の周波数を図５に示す様に掃引時間Ｔ、周波数掃引幅Δ
Ｆで掃引する場合を考えると、被測定光部品２内のある
点で反射される信号光に起因して得られるビート信号の
周波数Ｆｂは参照光と信号光の光路長差ΔＬに比例し、
また光周波数掃引速度γ＝ΔＦ／Ｔに依存して、 Ｆｂ＝γ・ΔＬ／ｖ と表される。ここで、ｖは光の群速度である。したがっ
て、受信信号の周波数解析によって得られるビートスペ
クトルは、被測定光部品２内の各点から反射光強度分布
に対応する。光周波数領域反射測定法は、以上の原理に
基づいて被測定光部品２内の反射光強度分布を測定し、
光部品などの損失測定や故障診断を行う技術である。

【０００４】光周波数領域反射測定を行うためのコヒー
レント光の光周波数を掃引する手段の一つとして、外部
光変調器を使ってコヒーレント光の位相または強度を変
調する方法がある。外部光変調器を変調周波数ｆｍの正
弦波で駆動し、高いコヒーレンスを有するレーザ光源の
出力光に位相変調を与える場合を考えると、外部光変調
器からの出力光スペクトルは図６の実線で示す様にレー
ザ光源の出力光周波数ｆ０と同じ周波数をもつキャリア
成分、周波数がキャリア成分の周波数からｆｍだけシフ
トした基本波成分、キャリア成分との周波数差が２ｆｍ
となる２倍波成分などの高調波成分からなる。一般にＮ
を整数として、変調側帯波成分のキャリア成分との周波
数差はＮｆｍとなる。ここで変調周波数ｆｍを掃引する
ことにより、変調側帯成分の各々の光周波数は掃引され
るので、高い可干渉性を持つコヒーレント光の周波数掃
引が実現され、変調周波数の掃引速度の整倍数の周波数
掃引速度をもつ光波が各変調側帯波成分から得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし光周波数領域反
射測定では、得られるビート信号の周波数が光周波数掃
引速度に依存するので、各変調側帯波成分に起因するビ
ートスペクトルが周波数軸上で重なってしまい、正しい
反射光強度分布が得られないという問題があった。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、外部光変調器によって周波数掃引されたコヒーレン
ト光を用いる光周波数領域反射測定において正確な反射
光強度分布を得るために、異なる掃引速度を持つ各変調
側帯波成分に起因するビートスペクトルを周波数軸上で
分離する手段を有する光周波数領域反射測定方法及び測
定回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１では、光周波数領域反射測定において、光周
波数掃引光源から直接光受信器に至る参照光と、光周波
数掃引光源から被測定光部品内部で反射した後に光受信
器に至る信号光との光路長差が、被測定光部品の長さの
Ｎ倍以上となるように参照光路または信号光路に遅延光
ファイバを挿入することにより、光周波数掃引光源の出
力光に含まれる（Ｎ−１）次以下の変調側帯波成分に起
因して発生するビート信号が占める周波数帯域を各々分
離する。

【０００８】請求項２では、可干渉性の良い光を発生す
るレーザ光源と、駆動信号の周波数に応じてレーザ光源
の出力光の位相または強度を変調する外部光変調器と、
周波数掃引された駆動信号を外部光変調器に与える駆動
回路により構成される光周波数掃引光源と、光周波数掃
引光源の出力光をポートａの入力とし、ポートｃの出力
光を測定光として用い、ポートｄの出力光を参照光とす
る、入力ポートａ、ｂ、出力ポートｃ、ｄを有する第１
の光方向性結合器と、第１の光方向性結合器のポートｃ
の出力光をポートｅの入力とし、ポートｇの出力光を被
測定光部品へ導き、被測定光部品からの反射信号光をポ
ートｆの出力とする、入力ポートｅ、ｆ、出力ポート
ｇ、ｈを有する第２の光方向性結合器と、第１の光方向
性結合器のポートｄの出力光と第２の光方向性結合器の
ポートｆの出力光をそれぞれポートｉおよびポートｊの
入力とする、入力ポートｉ、ｊ、出力ポートｋ、ｌを有
する第３の光方向性結合器と、光周波数掃引光源の出力
光に含まれる異なる変調側帯波成分に起因するビート信
号が占める周波数帯域を分離するために、第１の光方向
性結合器から第２の光方向性結合器に至る光路、あるい
は第１の光方向性結合器から第３の光方向性結合器に至
る光路、あるいは第２の光方向性結合器から第３の光方
向性結合器に至る光路のいずれかに挿入される第１の遅
延光ファイバと、第３の光方向性結合器の出力光を受信
する光受信器と、光受信器の出力信号の周波数解析を行
う周波数解析装置を備える。

【０００９】請求項３では、可干渉性の良い光を発生す
るレーザ光源と、駆動信号の周波数に応じてレーザ光源
の出力光の位相または強度を変調する外部光変調器と、
周波数掃引された駆動信号を外部光変調器に与える駆動
回路により構成される光周波数掃引光源と、光周波数掃
引光源の出力光をポートｍの入力とし、ポートｏの出力
光を被測定光部品へ導き、被測定光部品からの反射信号
光をポートｎの出力とする、入力ポートｍ、ｎ、出力ポ
ートｏ、ｐを有する第４の光方向性結合器と、第４の光
方向性結合器のポートｐおよびポートｎの出力光をそれ
ぞれポートｑおよびポートｒの入力とする、入力ポート
ｑ、ｒ、出力ポートｓ、ｔを有する第５の光方向性結合
器と、光周波数光源の出力光に含まれる異なる変調側帯
波成分に起因するビート信号が占める周波数帯域を分離
するために、第４の光方向性結合器から第５の光方向性
結合器に至る２光路のいずれか一方の光路に挿入される
第２の遅延光ファイバと、第５の光方向性結合器の出力
光を受信する光受信器と、光受信器の出力信号の周波数
解析を行う周波数解析装置を備える。

【００１０】

【作用】図４において点Ｐで反射される信号光と参照光
との光路長差をＬｄとし、点Ｐから被測定光部品２の終
端Ｑまでの距離をＬｔとする。ここで、点Ｐから点Ｑに
至る光路で反射される信号光に対して光路長差ΔＬは、 Ｌｄ ≦ ΔＬ ≦ Ｌｄ＋２Ｌｔ の範囲で変化し、光周波数掃引光源の出力光に含まれる
変調側帯波成分に起因して発生するビート周波数が占め
る領域は制限される。例えば、外部変調器の変調周波数
を掃引速度γで掃引するとき、周波数掃引速度がＮγと
なる変調側帯波成分に起因して発生するビート信号の周
波数ＦｂＮが占める領域は、 Ｌｄ・Ｎγ／ｖ ≦ ＦｂＮ ≦ （Ｌｄ＋２Ｌｔ）・
Ｎγ／ｖ で表される。

【００１１】周波数掃引速度がγ、２γとなる変調側帯
波成分に起因して発生するビート信号について考える。
各々のビート周波数をそれぞれＦｂ１、Ｆｂ２とすると
き、Ｆｂ１およびＦｂ２の占める範囲は図７に示すよう
にＬｄおよびＬｔによって制限される。請求項１では参
照光路あるいは信号光路に遅延光ファイバを挿入するこ
とによりＬｄを調整でき、Ｌｄ＞２Ｌｔとなるよう遅延
光ファイバを挿入することにより、図７に示すようにＦ
ｂ１およびＦｂ２の占める周波数領域を分離することが
できる。すなわち、掃引速度がγとなる基本波成分のビ
ートスペクトルは２γの掃引速度をもつ変調側帯波成分
を受けない。

【００１２】測定されるビートスペクトルが遅延光ファ
イバの挿入によりどのように変化するかを図８に示す。
図８（ａ）に示す反射率分布をもつ光部品に対して測定
を行う場合を考えると、Ｌｄ＜２Ｌｔのとき、ビート周
波数Ｆｂ１の占める範囲とビート周波数Ｆｂ２の占める
範囲は、図８（ｂ）に示す斜線部分が重なるので、反射
光強度分布が測定信号に正しく反映されない。一方、Ｌ
ｄ＞２Ｌｔのときは図８（ｃ）に示すように、ビート周
波数Ｆｂ１が占める範囲とビート周波数Ｆｂ２が占める
範囲とは分離される。このように、遅延光ファイバを用
いてＬｄを調節することにより、２倍波成分がある場合
も基本波成分による信号のみを周波数軸上で分離して正
しい反射光強度測定を行うことが可能となる。

【００１３】同様の原理に基づき、遅延光ファイバの長
さをさらに長くし、 Ｌｄ ＞ＮＬｔ とすることにより、（Ｎ−１）次以下の変調側帯波成分
に起因する信号は周波数軸上ですべて分離される。すな
わち、１次以上（Ｎ−１）次までの各変調側帯波成分に
起因するビートスペクトルは、Ｎ次以上の変調側帯波成
分の影響を受けることなく各々が周波数軸上で分離さ
れ、それぞれのビートスペクトルから正しい反射光強度
を知ることが可能となる。

【００１４】請求項２、請求項３の作用を説明するため
の光周波数領域反射測定系をそれぞれ図９、図１０に示
す。図中、１０１は光周波数掃引光源、２は被測定光部
品、３０１は光受信器である。Ｌ１〜Ｌ５を図中の各経
路の光路長とすると、請求項２では、 Ｌｄ ＝ ｜Ｌ１−Ｌ２−Ｌ３｜ 請求項３では、 Ｌｄ ＝ ｜Ｌ４−Ｌ５｜ となる。したがって請求項１の測定原理に基づき、請求
項２についてはＬ１〜Ｌ３のいずれかの光路に、請求項
３についてはＬ４またはＬ５のいずれかの光路に遅延光
ファイバを挿入することにより、外部光変調器によって
周波数掃引されたコヒーレント光を用いる光周波数領域
反射測定において、異なる掃引速度を持つ変調側帯波成
分に起因するビートスペクトルを周波数軸上で分離し、
正しい反射率分布測定を行うことが可能となる。

【００１５】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の第１の実施例を説明する図で
ある。１１は発振周波数スペクトル線幅が１００ｋＨｚ
以下のレーザ光源である。具体的には固体レーザや、ス
ペクトル線幅が公知の方法で狭窄化された半導体レーザ
を用いる。１２はレーザ光源１１の出力光を変調する外
部光変調器である。具体的には数ＧＨｚから数十ＧＨｚ
の周波数帯域をもつ電気光学変調器を用いて位相変調を
行う。変調方法としては、強度変調などを用いることも
可能である。１３は外部光変調器１２の駆動回路であ
り、駆動回路１３の出力信号の周波数を掃引するとき、
外部光変調器１２からの出力光の変調側帯波成分の周波
数は掃引される。外部光変調器１２の変調周波数の掃引
は時間に対して直線的に行い、周波数掃引幅ΔＦ＝５Ｇ
Ｈｚ、掃引時間Ｔ＝１００ｍｓとする。このとき、掃引
速度γ＝５０ＧＨｚ／ｓとなるので、受信されるビート
信号と反射点位置の比例関係は、ビート周波数１ｋＨｚ
当たり距離２ｍである。１４は第１の光方向性結合器で
あり、入力ポートａ、ｂ、出力ポートｃ、ｄを有し、ポ
ートａは外部光変調器１２に接続され、ポートｃからの
出力光は試験光として用い、ポートｄからの出力光は参
照光として用いる。１５は高調波成分を分離するための
第１の遅延光ファイバである。１６は第２の光方向性結
合器であり、入力ポートｅ、ｆ、出力ポートｇ、ｈを有
する。１７は被測定光ファイバである。第２の光方向性
結合器１６のポートｅは第１の遅延光ファイバ１５に接
続され、ポートｇからの出力光は被測定光ファイバ１７
に入射され、被測定光ファイバ１７からの反射光はポー
トｆから出力される。１８は参照光および被測定光ファ
イバ１７からの反射光をそれぞれポートｉ、ポートｊの
入力とする、入力ポートｉ、ｊ、出力ポートｋ、ｌを有
する第３の光方向性結合器である。１９は第３の光方向
性結合器１８の出力光を受信する光受信器であり、２０
は受信ビート信号の周波数解析を行うための周波数解析
装置である。

【００１６】図２は長さ１２ｋｍの被測定光ファイバ１
７に対し、第１の遅延光ファイバ１５の長さを変えて測
定を行った例である。図２（ａ）は第１の遅延光ファイ
バ１５を挿入しない場合であり、図２（ｂ）は第１の遅
延光ファイバ１５の長さが１０ｋｍの場合であるが、い
ずれも基本波成分によるビートスペクトルが２倍波成分
のビートスペクトルと重なって測定され、被測定光ファ
イバ１７からの反射光強度分布を正確に知ることができ
ない。第１の遅延光ファイバ１５の長さを被測定光ファ
イバ１７の長さの２倍以上の３０ｋｍとすると、図２
（ｃ）に示すように基本波成分によるビートスペクトル
は２倍波成分のビートスペクトルと分離されて観測され
る。したがって、基本波成分のビートスペクトルから正
しい反射光強度分布を知ることができる。上記のとおり
第１の実施例では、第１の遅延光ファイバ１５の効果に
より基本波成分に起因するビート信号は周波数軸上で分
離され、外部光変調器１２によって周波数掃引されたコ
ヒーレント光を用いる光周波数領域反射測定において、
被測定光部品からの反射光測定を正しく行うことができ
る。

【００１７】図３は本発明の第２の実施例を説明する図
である。レーザ光源１１、外部光変調器１２、駆動回路
１３は第１の実施例と同じ構成である。２１は入力ポー
トｍ、ｎ、出力ポートｏ、ｐを有する第４の光方向性結
合器であり、ポートｍは外部光変調器１２に接続され、
ポートｏからの出力光は被測定光ファイバ１７に入射さ
れ、被測定光ファイバ１７からの反射光はポートｎから
出力される。ポートｐからの出力光は参照光として用い
る。２２は高調波成分を分離するために第４の光方向性
結合器２１のポートｎに接続される第２の遅延光ファイ
バである。２３は参照光および第２の遅延光ファイバ２
２の出力光をそれぞれポートｑおよびポートｒの入力と
する、入力ポートｑ、ｒ、出力ポートｓ、ｔを有する第
５の光方向性結合器である。１９は第５の光方向性結合
器２３の出力光を受信する光受信器であり、２０は受信
ビート信号の周波数解析を行うための周波数解析装置で
ある。

【００１８】上記構成により、第１の実施例と同様の原
理に基づき、第２の実施例においても基本波成分による
ビートスペクトルと高調波成分によりビートスペクトル
は周波数軸上で分離され、第２の遅延光ファイバ２２の
効果により被測定光部品の反射光測定を正しく行うこと
ができる。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、外部
光変調器によって周波数掃引されたコヒーレント光を用
いる光周波数領域反射測定において、異なる掃引速度を
持つ各変調側帯波成分に起因するビートスペクトルを遅
延光ファイバにより周波数軸上で分離して測定を行い、
被測定光部品内の反射光強度分布を正しく測定すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施例で得られた結果で、
（ａ）は第１の遅延光ファイバを挿入しない場合のビー
ト周波数−信号光強度特性を示す特性図、（ｂ）は第１
の遅延光ファイバの長さを１０ｋｍにした場合のビート
周波数−信号光強度特性を示す特性図、（ｃ）は第１の
遅延光ファイバの長さを３０ｋｍにした場合のビート周
波数−信号光強度特性を示す特性図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す構成説明図であ
る。

【図４】光周波数領域反射測定装置の基本構成例を示す
構成説明図である。

【図５】参照光の周波数および信号光の周波数の時間特
性例を示す特性図である。

【図６】変調を受けた光源の出力光周波数スペクトルと
光周波数掃引時のスペクトルの変化の一例を示す特性図
である。

【図７】本発明の作用を説明するための基本波成分およ
び２倍波成分によるビートスペクトルが占める範囲の一
例を示す特性図である。

【図８】本発明の作用を説明するための特性図で、
（ａ）は被測定光部品内の反射率分布の一例を示す特性
図、（ｂ）は基本波成分および２倍波成分によるビート
スペクトルが重なったときの一例を示す特性図、（ｃ）
は基本波成分および２倍波成分によるビートスペクトル
が分離されたときの一例を示す特性図である。

【図９】本発明の請求項２の作用を説明するための構成
説明図である。

【図１０】本発明の請求項３の作用を説明するための構
成説明図である。

【符号の説明】

１１…レーザ光源 １２…外部光変調器 １３…駆動回路 １４、１６、１８、２１、２３…光方向性結合器 １５、２２…遅延光ファイバ １７…被測定光ファイバ １９…光受信器 ２０…周波数解析装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光周波数領域反射測定において、 光周波数掃引光源から直接光受信器に至る参照光と、光
   周波数掃引光源から被測定光部品内部で反射した後に光
   受信器に至る信号光との光路長差が、被測定光部品の長
   さのＮ倍以上となるように参照光路もしくは信号光路に
   遅延光ファイバを挿入することにより、 光周波数掃引光源の出力光が高次の変調側帯波成分を含
   むときに、（Ｎ−１）次以下の変調側帯波成分に起因し
   て発生するビート信号が占める周波数帯域を各々分離す
   ることを特徴とする光周波数領域反射測定方法。
2. 【請求項２】 光周波数領域反射測定において、 可干渉性の良い光を発生するレーザ光源と、駆動信号の
   周波数に応じて該レーザ光源の出力光の位相もしくは強
   度を変調する外部光変調器と、周波数掃引された駆動信
   号を該外部光変調器に与える駆動回路とにより構成され
   る光周波数掃引光源と、 前記光周波数掃引光源の出力光をポートａの入力とし、
   ポートｃの出力光を測定光として用い、ポートｄの出力
   光を参照光とする、入力ポートａ、ｂ、出力ポートｃ、
   ｄを有する第１の光方向性結合器と、 この第１の光方向性結合器のポートｃの出力光をポート
   ｅの入力とし、ポートｇの出力光を被測定光部品へ導
   き、該被測定光部品からの反射信号光をポートｆの出力
   とする、入力ポートｅ、ｆ、出力ポートｇ、ｈを有する
   第２の光方向性結合器と、 前記第１の光方向性結合器のポートｄの出力光と第２の
   光方向性結合器のポートｆの出力光をそれぞれポートｉ
   およびポートｊの入力とする、入力ポートｉ，ｊ、出力
   ポートｋ、ｌを有する第３の光方向性結合器と、 前記光周波数掃引光源の出力光に含まれる異なる変調側
   帯波成分に起因するビート信号が占める周波数帯域を分
   離するために、第１の光方向性結合器から第２の光方向
   性結合器に至る光路、あるいは第１の光方向性結合器か
   ら第３の光方向性結合器に至る光路、あるいは第２の光
   方向性結合器から第３の光方向性結合器に至る光路のい
   ずれかに挿入される第１の遅延光ファイバと、 前記第３の光方向性結合器の出力光を受信する光受信器
   と、 該光受信器の出力信号の周波数解析を行う周波数解析装
   置とを備えることを特徴とする光周波数領域反射測定回
   路。
3. 【請求項３】 光周波数領域反射測定において、 可干渉性の良い光を発生するレーザ光源と、駆動信号の
   周波数に応じて該レーザ光源の出力光の位相もしくは強
   度を変調する外部光変調器と、周波数掃引された駆動信
   号を該外部光変調器に与える駆動回路とにより構成され
   る光周波数掃引光源と、 前記光周波数掃引光源の出力光をポートｍの入力とし、
   ポートｏの出力光を被測定光部品へ導き、該被測定光部
   品からの反射信号光をポートｎの出力とする、入力ポー
   トｍ、ｎ、出力ポートｏ、ｐを有する第４の光方向性結
   合器と、 この第４の光方向性結合器のポートｐおよびポートｎの
   出力光をそれぞれポートｑおよびポートｒの入力とす
   る、入力ポートｑ、ｒ、出力ポートｓ、ｔを有する第５
   の光方向性結合器と、 前記光周波数掃引光源の出力光に含まれる異なる変調側
   帯波成分に起因するビート信号が占める周波数帯域を分
   離するために、第４の光方向性結合器から第５の光方向
   性結合器に至る２光路のいずれか一方の光路に挿入され
   る第２の遅延光ファイバと、 前記第５の光方向性結合器の出力光を受信する光受信器
   と、 該光受信器の出力信号の周波数解析を行う周波数解析装
   置とを備えることを特徴とする光周波数領域反射測定回
   路。