JPH08145846A - 光周波数領域反射測定方法及び測定回路 - Google Patents
光周波数領域反射測定方法及び測定回路Info
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- JPH08145846A JPH08145846A JP28324694A JP28324694A JPH08145846A JP H08145846 A JPH08145846 A JP H08145846A JP 28324694 A JP28324694 A JP 28324694A JP 28324694 A JP28324694 A JP 28324694A JP H08145846 A JPH08145846 A JP H08145846A
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
る。
(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。
る。
構成説明図である。
性例を示す特性図である。
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。
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。
(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。
説明図である。
成説明図である。
Claims (3)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
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JP28324694A JP3243774B2 (ja) | 1994-11-17 | 1994-11-17 | 光周波数領域反射測定方法及び測定回路 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH08145846A true JPH08145846A (ja) | 1996-06-07 |
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KR100406862B1 (ko) * | 1996-07-30 | 2004-01-24 | 삼성전자주식회사 | 광섬유반사체의반사율측정장치및측정방법 |
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DE112020006651T5 (de) | 2020-01-31 | 2022-11-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Detektionssystem, Detektionsvorrichtung und Detektionsverfahren |
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- 1994-11-17 JP JP28324694A patent/JP3243774B2/ja not_active Expired - Fee Related
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