JPH02103434A - 光フアイバケーブルの長さ方向歪分布測定方法とそれに使用する装置および光フアイバ - Google Patents

光フアイバケーブルの長さ方向歪分布測定方法とそれに使用する装置および光フアイバ

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JPH02103434A
JPH02103434A JP25766388A JP25766388A JPH02103434A JP H02103434 A JPH02103434 A JP H02103434A JP 25766388 A JP25766388 A JP 25766388A JP 25766388 A JP25766388 A JP 25766388A JP H02103434 A JPH02103434 A JP H02103434A
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JP
Japan
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optical fiber
strain distribution
longitudinal direction
cable
optical
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JP25766388A
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Ryozo Yamauchi
良三 山内
Yoshio Kikuchi
菊地 佳夫
Akira Wada
朗 和田
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3181—Reflectometers dealing with polarisation

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  • Optics & Photonics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、■光ケーブル内の光ファイバに加わる曲げ
などによる歪の長さ方向分布測定方法と、■その実施に
使用するOTDR装置および■光ファイバに関するもの
である。
[従来の技術そのl] 【1]その内容; 光フアイバ内の歪は、曲げや引張りや側圧などによって
も生ずる。しかし、撚り合わせられた光ケーブル内の光
ファイバが、曲げや側圧を受けずに単純な引張りを受け
ることはないので、以下的げを主にして説明する。また
、いわゆるマイクロベンドについても同様の考え方がで
きる。
光ファイバに曲がりが生ずると、損失が増大する。その
損失増や光ファイバの破断をWl′lJ4する方法にO
TDRまたは光パルス試験と呼ばれているものがある。
この方法では、154図に示すように、電気パルスをパ
ルス発生器12からLD14に送りこみ、発生する数1
0nsec〜数JLsecの光パルスを光ファイバ18
に入射、光ファイバ18の各部からの後方散乱光のうち
光ファイバ18にふたたび導波されたものを、ハーフミ
ラ−16および受光器20を通して、波形解析装置22
で観測する。
このとき得られる波形は、第5図のようなものとなる。
ここで、大きな反射ピークCは、そこで光ファイバが断
線していることを示している。
また段差Bは、その地点で光ファイバに何か局部的な損
失原因が存在していることを示している0局部的な損失
原因としては、■曲がり、■コア中の気泡、■光ファイ
バ間の接続点などがある。
[2]発明の解決すべき課題: (1)予兆現象について: 布設後の光ファイバケーブルが、異常な曲げ応力を受け
たとき、初めは小さい曲率の曲がりであったのが、やが
て大きな曲率になり、遂に破断(通信途絶)に至ること
が考えられる。
そのような場合、小さい曲率の曲がりが、破断前の「予
兆」 (前兆、きざし)現象として現れる。
したがって、その予兆を検知することができれば、破断
を回避でき、光ファイバケーブル布設後の、予防保全的
な保守管理上、非常に望ましい。
しかし、その予兆のようなものをつかむことは容易でな
い。
(2)光ファイバの曲げ損失について:元来、光ファイ
バは光を安定に伝搬できるようにその構造を設計されて
いる。たとえば、波長1.3沖腸を伝送できるように設
計された単一モード光ファイバでは、第6図に示すよう
に、あるきわどい曲げ半径になるまで損失を示さず、そ
の点を越えると急激に曲げ損失が増大する。
なぜこのような曲げ損失特性になるかというと、伝搬し
ている基本モードの曲げによる損失は、光ファイバ軸を
曲げたときの一種の放射モードへの結合とみなし得るの
であるが、基本モードの位相定数と放射モード位相定数
との間には大きな差があり、少々の曲がりでは簡単に結
合しないようになっているからである。
なお、逆にこのような予兆を示しやすい光ファイバでは
、ケーブル作製そのものの工程で生ずる曲がりでも、S
川な損失増を示してしまうことになる。
(3)従来のOTDRについて: 以上のことは、従来のOTDRで布設後の光ファイバケ
ーブルの後方散乱波形の経時変化を観測していても、上
記の「予兆」をつかむことは難しいことを示している。
[従来技術その21 [1]その内容: 第7図のように、偏光分離プリズム24からなる方向性
結合器を通して、光パルスを光ファイバ18に入射し、
かつ後方散乱光を波形解析装置22に送るOTDR回路
も、知られている。
[2]発明の解決すべき課題: この場合、光ファイバ18に入射した光は直線偏光にな
っている。しかし光フアイバ18内で一度後方散乱した
光の偏光状態は、はとんど無偏光に近くなっている。
ところで、通常の光ファイバのコアの断面はほぼ円形を
している。そして、厳密には、単一モード光ファイバを
伝搬する基本モードには2つの厳密解が含まれており(
HE+tモード)、2つのモードは互いに直交する偏光
を有する。また理想的には、円形コアの光ファイバの2
つの直交モードは完全に縮退していて、その伝搬定数(
位相定数)の差はゼロである。
ただし、通常の光ファイバにおいては、わずかにコアの
偏平などがあるが、この異方性にともなう縮退からのず
れは、ごく小さい。
このため、通常の光ファイバに曲げなどの外力を加える
と、非常にわずかな力で2つの直交モード間に結合が起
こり、エネルギーの交換が生じる。
すなわち、第7図の測定系においては、後方散乱光の受
信が偏光分離プリズム24を介して行われるため、上記
のわずかな力(製造や布設時に受ける通常の)で結合し
た光ファイバのモードの偏光状態の一方だけを、常に受
信していることになる。
その結果、このような測定系の測定波形は第5図の場合
と異なり、第8図のように、非常に激しいゆらいだ状態
になる。
したがってはこれを防ぐため、今までは偏光分離プリズ
ム24の使用を避けるのが普通であった。
[課題を解決するための手段] 上記の従来技術の欠点を積極的に利用して、これまでの
OTDRとは異なり、上記の「予兆」、すなわち、より
僅かな曲がり(必ずしも損失を伴わない程度の小応力に
よる)などを検出して、通信途絶にいたる前に予防処置
をとれるようにしたもので、 第1(特定)発明においては、偏光した光パルスを光フ
ァイバに入射し、前記光ファイバの各部から後方に散乱
する光の偏光状態の長さ方向の変化’e 11定し、そ
れによって光ファイバケーブルの長さ方向歪分布を測定
する。
第2発明は、第1発明の実施に直接使用する歪分布測定
用光ファイバで、単一モード光ファイバからなり、かつ
その直交する2モードが、製造および布設時に受ける通
常の応力では結合しないが、前記通常の応力を越える応
力を受けたとき結合する程度のビート長を持つ。
ffG3発明は、第1発明の実施に直接使用するOTD
R装置で、偏光した光パルスを光ファイバに入射し、前
記光ファイバの各部から後方に散乱される光を偏光子を
通して光受信する。
[その説明] [1]歪分布測定用光ファイバについてニ一般に光ファ
イバは、ケーブル化や布設に伴ってさまざまな外力を受
ける。上記のように、この外力によって、伝送損失の増
加はないが、2つの直交偏光モードの結合が生じるよう
な状態になっている。
これに対して、本発明で使用する歪分布測定用光ファイ
バは、直交する2モードが、製造および布設時に受ける
通常の応力では結合しないが、前記通常の応力を越える
応力(以下、異常応力という)を受けたとき結合する程
度の異方性を有する。
それをより具体的に示すと、次のとおりである。
第1a図は、長さ10mにわたって曲げを受けたときの
、曲げ直径と2つのモード間のクロストロークを示して
いる。
ここでパラメータLbはビート長で、 /j!  −/N β冨 、βyは光ファイバを伝搬する2つの直交偏光基
本モードの位相定数である。
そこで、歪分布測定用光ファイバとして、Lbが300
鵬騰あるいはそれよりも若干短い(定偏光光ファイバよ
りもはるかに大きく1通常の光ファイバよりはるかに小
さい)程度のものを用いるのが良いが、これは光ファイ
バケーブルの布設環境で決定される。
このような光ファイバに、通常受ける以上の異常応力が
加わると、その部分での偏光状態が変化する。
なお、通常の光ファイバケーブル中では、直径100論
−程度の曲がりが、ケーブル化に伴う撚り合わせなどで
生じているので、 Lb = 30軸腸では少し結合し
過ぎるように思われる。
しかし、もしケーブル中の光ファイバがあまり曲がりを
受けないような状態で挿入されているのであれば、Lb
は大きい程ケーブルに加わる外力の検出感度が高くなる
。
以上の歪分布測定用光ファイバ180を、第1b図のよ
うに、通常の光ファイバ18といっしょに集合して光フ
ァイバケーブル17を構成する。
[2] OTDR装置について: [1Fその構成: 第1c図の構成にするのが望ましい。
すなわち、方向性結合器にハーフミラ−16を用い、後
方散乱光を偏光分離プリズム26により直交するy、x
の2方向に分け、それぞれ受光器20テ、20xで受光
する。
そして、歪分布測定用光ファイバ180の同一地点から
の2つの偏光の強度I!、I!の比をとることにより、 −+    Iy φ=jan() x を計算し、φの値から、偏光面の回転(向き)を知るこ
とができる。
なお、実際には、偏光状態の長さ方向変化が重要な量で
あるので、φを距離の関数とみなして微分することによ
り、微係数の激しい地点で光ファイバに大きな外力が加
わっていることが分る。
[2]その作用: (1)異常応力を受けないとき: 歪分布測定用光フアイバ180内において、直交する2
つのモード間に結合は生じない。
したがって、φのケーブル長さ方向の変化は、第2図の
(a)のように、非常にゆるやかな変化しか示さない。
(2)異常応力を受けたとき: 歪分布測定用光フアイバ180内の異常応力を受けた地
点において、直交する2つのモード間に結合が生じる。
したがって、φのケーブル長さ方向の変化は、第2図の
(b)のように、急激な変化を示すようになる。
(3)上記の使い方とは別に、第1c図の波形解析袋r
122において、 IX +I7 =Itotal を表示させるようにすれば1通常のOTDRとして使用
することができる。
[3]従来の例として、第7図に示したOTDRも、本
発明に使用することができる。
ただしこの場合は、後方散乱光をx、yの2方向に分け
て測定することができない。
[実施例] 光ファイバケーブル17内に、Lb = 50龍の歪分
布測定用光ファイバ180を配置、wSle図のOTD
Rで測定した。
この光ファイバケーブル17に外力を加えないときのφ
(2)の結果はt第2図(a)に示すように、非常にゆ
るやかな変化しか示していない。
しかしながら、この長さ約1に■の光ファイバケーブル
17の途中の600mの地点にケーブル座屈を生じさせ
ると、そこでは第2図の(b)のように、非常に急激な
偏光面の回転が観測され、大きな曲がりが生じているこ
とが分る。
しかし、この座屈状態の光ファイバケーブル17を19
通常のOTDRで観測したところ、第3図の(b)のよ
うに、外力無しの(a)に対して波形の変化は非常に僅
かであって、損失はせいぜい0.05dB I、か増加
しなかった。
[発明の効果] (1)偏光した光パルスを光ファイバに入射し、前記光
ファイバの各部から後方に散乱する光の偏光状態の長さ
方向の変化を測定するので、必ずしも損失増加を伴なわ
ないような光ファイバへの外力の印加を検出することが
できるようになった。
これにより、光ファイバケーブルが通信途絶などの事態
を招く前に、予防保全処置がとれる。
(2)単一モード光ファイバからなりかつその直交する
2モードが、製造および布設時に受ける通常の応力では
結合しないが、前記通常の応力を越える応力を受けたと
き結合する程度のビート長を持つ、歪分21fI測定用
光ファイバを用いるので、これと、偏光した光パルスを
光ファイバに入射し、前記光ファイバの各部から後方に
散乱される光を偏光子を通して光受信するOTDRとを
組合わせることにより、後方散乱光の偏光状態の長さ方
向の変化を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第1a〜2図は本発明の実施例にかかるもので、第1a
図はビート長をパラメータとした光ファイバの、曲げ直
径〜クロストーク特性図、第1b図は歪分布測定用光フ
ァイバ180を挿入した光ファイバケーブル17の説明
図、第1c図は0TDHの概略構成図、 第2図は偏光面の回転角φの長さ方向分布図、第3図は
本発明の実施例と同じ実験の、通常のOTDRによる測
定結果の説明図、 f54図は従来の0TDHの概略構成図で、第5図はそ
の後方散乱光強度の分布図、第6図は通常の単一モード
光ファイバの曲げ直径〜曲げ損失特性図、 第7図は従来の別のOTDRの概略構成図で、第8図は
その後方散乱光強度〜時間特性図。 12:パルス発生器 14:LD 16:ハーフミラ−17:光ファイバケーブル18:光
ファイバ  20:受光器 22二波形解析装置 24.26:偏光分離プリズム 180:歪分布測定用光ファイバ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)偏光した光パルスを光ファイバに入射し、前記光
    ファイバの各部から後方に散乱する光の偏光状態の長さ
    方向の変化を測定する、光ファイバケーブルの長さ方向
    歪分布測定方法。
  2. (2)単一モード光ファイバからなり、かつその直交す
    る2モードが、製造および布設時に受ける通常の応力で
    は結合しないが、前記通常の応力を越える応力を受けた
    とき結合する程度のビート長を持つ、光ファイバケーブ
    ルの長さ方向歪分布測定用光ファイバ。
  3. (3)偏光した光パルスを光ファイバに入射し、前記光
    ファイバの各部から後方に散乱される光を偏光子を通し
    て光受信する、光ファイバケーブルの長さ方向歪分布測
    定用OTDR装置。
JP25766388A 1988-10-13 1988-10-13 光フアイバケーブルの長さ方向歪分布測定方法とそれに使用する装置および光フアイバ Pending JPH02103434A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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