JPH02140636A - 後方散乱光測定装置 - Google Patents

後方散乱光測定装置

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JPH02140636A
JPH02140636A JP29413288A JP29413288A JPH02140636A JP H02140636 A JPH02140636 A JP H02140636A JP 29413288 A JP29413288 A JP 29413288A JP 29413288 A JP29413288 A JP 29413288A JP H02140636 A JPH02140636 A JP H02140636A
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JP
Japan
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light
optical
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backscattered
output
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Application number
JP29413288A
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English (en)
Inventor
Kazumasa Takada
和正 高田
Juichi Noda
野田 寿一
Masaru Kobayashi
勝 小林
Naoya Uchida
内田 直也
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NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing 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
    • G01M11/3172Reflectometers detecting the back-scattered light in the frequency-domain, e.g. OFDR, FMCW, heterodyne detection

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

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〕 本発明は先導波路の不連続点の探索に利用する。
特に、光導波路内で生じる後方散乱光を1mm以下の空
間分解能で高精度に測定する装置に関する。
本発明は、先導波路内で生じた後方散乱光に参照光を合
波させてその合波光を測定する後方散乱光測定装置にお
いて、二つの位置で合波光を独立に測定してその出力に
含まれる同相成分を互いに打ち消すことにより、光源か
らの出射光の光強度変動によって生じる信号対雑音比の
劣化を改善するものである。
〔従来の技術〕
第4図は従来例の後方散乱光測定装置を示すブロック構
成図である。
光源1の出射光は、ファイバ形光結合器2により二つの
光束に分岐される。光源1としては、例えば高輝度発光
ダイオード(S L DSsuperlumi−nes
cent diode)が用いられる。分岐された一方
の光束は、ファイバ形光結合器2の一方の出射端から出
射され、対物レンズ3により平行ビームとなる。この平
行ビームは、移動台5に設けられた可動全反射鏡4で反
射した後、再び対物レンズ3を介してファイバ形光結合
器2に入射する。この光束が参照光として使用される。
分岐された他方の光束は、被測定光導波路6に入射する
。この光束により、被測定光導波路6内で後方散乱光が
発生する。被測定光導波路6の各点で生じた後方散乱光
は、再びファイバ形光結合器2に入射し、上述の参照光
と合波される。この合波光を光検出器7により検出する
。信号処理部8は、光検出器7の出力により、被測定光
導波路6内で生じる後方散乱光の強度を求める。
可動全反射鏡4を移動させると、参照光の光路長が変化
するため、後方散乱光に対する遅延時間が変化する。こ
れを利用して、被測定光導波路6内の各点を可動全反射
鏡4の位置に対応させ、それぞれの点で生じる後方散乱
光の強度を求めることができる。
可動全反射鏡4の移動による遅延時間の変化量をr、こ
の遅延時間の変化量に対応する被測定光導波路6内の位
置を2とすると、光検出器7の出力は、 I(r) =c  (1+r(2) cos(2πνo
t))−・・・・(1) で表される。ここで、Cは光強度に比例した定数、r’
 (z)は被測定光導波路6内の点2で生じる後方散乱
光の光電場に比例する無次元の値(r(Z)”が相対光
強度を表す)、ν。は可動全反射鏡4の移動にともなっ
て生じるビート周波数である。
したがって、光検出器7の出力に含まれる交流成分の振
幅値を測定することによりr’ (z)の値を求めるこ
とができ、被測定光導波路6で生じる後方散乱光の強度
分布を求めることができる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、r (z)の値は通常10−6程度と1に比較
して非常に小さく、光源の出射光の光強度変化によって
生じる雑音に隠されてしまう欠点がある。これを詳しく
説明すると、帯域幅δνで(1)式のビート信号を測定
すると、検波信号は、 δI=c(r’(z)+ηδν)    ・ −・−(
2)となる。ここで、ηは単位帯域幅、単位光パワーあ
たりの相対雑音量であり、光強度雑音を特徴づける量で
ある。
このため、従来の装置では高い信号対雑音比で後方散乱
光を測定することができない欠点があった。
本発明は、以上の問題点を解決し、光源の光強度変動に
基づく強度雑音による信号対雑音比の劣化を改善し、先
導波路内で生じる後方散乱光を高精度に測定できる後方
散乱光測定装置を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の後方散乱光測定装置は、後方散乱光と参照光と
が複数の方向に合波され、光検出器が複数の方向の二つ
の方向についてそれぞれ設けられ、信号処理手段に、こ
の二つの光検出器の出力に含まれる同相成分を互いに打
ち消す処理手段を備えたことを特徴とする。
〔作 用〕
後方散乱光と参照光とを合波するときに合波光が複数の
方向に出射されることを利用し、その少なくとも二つの
方向の出射光を検出する。この検出出力の同相成分を打
ち消すと、強度雑音の影響が除去され、信号対雑音比が
改善される。
〔実施例〕
第1図は本発明第一実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図である。
この装置は、光源1を備え、この光源1の出射光を被測
定光導波路6に入射する入射手段、出射光から参照光を
分岐する光分岐手段および参照光を被測定光導波路6の
入射端に現れる後方散乱光に合波する光合波手段として
ファイバ形光結合器2を備え、後方散乱光と参照光との
光路長差を変化させる光路長差制御手段として対物レン
ズ3および移動台5に設けられた可動全反射鏡4を備え
、ファイバ形光結合器2の出力光を検出する光検出器7
.10を備え、この光検出器7.10の出力から被測定
光導波路6の長手方向における後方散乱光の強度分布を
求める信号処理手段として差動増幅器11および信号処
理部8を備える。
ファイバ形光結合器2は2人力2出力の構造であり、光
源1から第一のテールT+ に入射した光を第三のテー
ルT3および第四のテールT、から出射するとともに、
第三のテールT3に入射した光と第四のテールT4に入
射した光とを合波して第一のテールT、と第二のテール
T2とから出射する。
ここで本実施例の特徴とするところは、光検出器7.1
0が二つのテールT、 、T2のそれぞれについて設け
られ、二つの光検出器7.10の出力に含まれる同相成
分を互いに打ち消す処理手段として差動増幅器11を備
えたことにある。
光検出器7はファイバ形光結合器2の第一のテールT1
の出射端に配置され、光検出器10はファイバ形光結合
器9の合波光出射端に配置される。
第二のテールT2にはファイバ形光結合器9が設けられ
、光源1の出射光をファイバ形光結合器2に結合すると
ともに、ファイバ形光結合器2からの合波光を他のテー
ルに出射する。
光検出器7.10の出力は差動増幅器11を介して信号
処理部8に供給される。
光検出器7.10の検出出力は、それぞれ、)c、=(
、(1+r’(Z)cos(2yrνot))Icz=
 C2(1−T’(z) cos(2rr va’t>
)となる。このため、中心周波数ν。、帯域幅δνのフ
ィルタを通過する信号は、 δJc、= C+ (r’(z) cos(2πνat
)+K(t)δν) δIe2= C2(−r’cos(2π°ν。t )+
K(t)δν) となる。ここでK (t)は強度雑音による係数であり
、その二重平均平方根がηに等しい。
ここで、光検出器10に入射する合波光は、ファイバ形
光結合器9で三方されているため、C2= 1/2CI である。そこで、差動増幅器11により、光検出器7の
出力δI clから光検出器10の出力δIe2を二倍
したものを減算すると、 δL+  2δIc2= 2 c r r’(z) c
os(2rr vo t )となり、強度雑音の項K 
(t)δνが消去される。
このようにして、後方レーリ散乱光の相対電場振幅を示
すr’ (z)の値を高い信号対雑音比で測定できる。
実験では、従来例装置に比較して信号対雑音比が2桁改
善された。
第2図は本発明第二実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図を示す。
この実施例装置は、光源1を備え、この光源1の出射光
を被測定光導波路6に入射する入射手段、出射光から参
照光を分岐する光分岐手段および参照光を被測定光導波
路60入射端に現れる後方散乱光に合波する光合波手段
として3人力3出力のファイバ形光結合器12を備え、
後方散乱光と参照光との光路長差を変化させる光路長差
制御手段として対物レンズ3および移動台5に設けられ
た可動全反射鏡4を備え、ファイバ形光結合器12の出
力光を検出する光検出器7.10を備え、この光検出器
7.10の出力から被測定光導波路6の各点における後
方散乱光の強度を求める信号処理手段として差動増幅器
11および信号処理部8を備える。
ファイバ形光結合器12は、光源1の出射光がテールT
。から入射し、この光をテールT3 、T4およびT、
に出射する。さらに、テールT3に入射した参照光とテ
ールT5に入射した被測定光導波路6の後方散乱光とを
合波し、テールT、およびテールT2に出射する。
ここで本実施例の特徴とするところは、光検出器7.1
0がテールT+ 、T2の出射端にそれぞれ設けられ、
信号処理手段に二つの光検出器7.10の出力に含まれ
る同相成分を互いに打ち消す処理手段として差動増幅器
11を備えたことにある。
差動増幅器11は二つの光検出器7.10の出力の差を
求め、信号処理部8はその値を処理する。
本実施例により、第一実施例と同じく信号対雑音比が2
桁改善される。また、光学系が第一実施例に比較して単
純となる。
第3図は本発明第三実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図を示す。
この実施例装置は、光源1を備え、この光源1の出射光
を被測定光導波路6に入射する入射手段および出射光か
ら参照光を分岐する光分岐手段としてファイバ形光結合
器2および固定全反射鏡4′を備え、参照光を被測定光
導波路6の入射端に現れる後方散乱光に合波する光合波
手段としてビームスプリッタ13を備え、後方散乱光と
参照光との光路長差を変化させる光路長差制御手段とし
て固定プリズム15および移動台16上に設けられた可
動プリズム14を備え、ファイバ形光結合器12の出力
光を検出する光検出器7.10を備え、この光検出器7
.10の出力から被測定光導波路6の各点における後方
散乱光の強度を求める信号処理手段として差動増幅器1
1および信号処理部8を備える。
ファイバ形光結合器2は、光源lの出射光を分岐して固
定全反射鏡4′と被測定光導波路6とに入射する。固定
全反射鏡4′により反射された参照光と、被測定光導波
路6内の発生した後方散乱光とは、ファイバ形光結合器
2により合波される。
ビームスプリッタ13、可動プリズム14および固定プ
リズム15はバルク形マイケルソン干渉計を構成する。
ファイバ形光結合器2の出射光は、対物レンズにより平
行ビームとなり、ビームスプリッタ13に入射する。こ
の入射光は、ビームスプリッタ13により二つに分岐し
、可動プリズム14と固定プリズム15とでそれぞれ折
り返されたて再び合波する。合波光は二つの方向に出射
される。
ここで本実施例の特徴とするところは、光検出器7.1
0がビームスプリッタ13の二つの出射方向についてそ
れぞれ設けられ、信号処理手段に、この二つの光検出器
7.10の出力に含まれる同相成分を互いに打ち消す処
理手段を備えたことにある。
被測定光導波路6の後方散乱光と参照光とは、ファイバ
形光結合器2により一度合波される。この合波光をビー
ムスプリッタ13で分岐すると、双方に後方散乱光の成
分が含まれる。しかし、その強度が参照光に比較して十
分に小さいため、可動プリズム14側に分岐された光を
参照光として使用できる。このとき光検出器7.10の
出力は、(3)式においてC,=02とした場合と同等
である。このため、差動増幅器11により両出力の差を
とることにより、強度雑音を低減できる。
この実施例ではさらに、ファイバ形光結合器2の出射端
にファイバ形位相変調器17を設け、これにより参照光
を位相変調する。ファイバ形位相変調器17は光ファイ
バをPZT円筒形電歪振動子に巻きつけた構造をもつ。
このファイバ形位相変調器17に交流電圧を加えること
により、ファイバ内を伝撤する参照光を位相変調する。
このとき、可動プリズム14の移動とともに生じる干渉
強度信号のうち、ファイバ形位相変調器17の駆動周波
数成分のみを検波する。これにより、第一実施例および
第二実施例と同様に、参照光と被測定光導波路6内の各
点で生じた後方散乱光との干渉成分のみを抽出すること
ができる。
実験では、第一実施例および第二実施例と同じく信号対
雑音比が2桁改善された。また、第一実施例および第二
実施例では、ファイノく形光結合器を用いるための光強
度の損失や、二つの出力の直流成分が必ずしも同一の値
とならないことがあった。これに対して本実施例の場合
には、マイケルソン干渉計から自然に得られる二つの出
力を使用するため、余分な損失がなく、しかも測定系が
単純となる利点がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の後方散乱光測定装置は、
光導波路内で生じた後方散乱光の光強度を測定する場合
の主要雑音源である光源出射光の光強度雑音を従来に比
較して2桁以上低減できる。
したがって、方向散乱光の強度分布を高い信号対雑音比
で測定できる効果がある。
本発明の後方散乱光測定装置は、光集積回路その他の先
導波路の障害点や散乱点その他・の不連続点の探索に用
いて、その位置を非常に精密に探索できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明第一実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図。 第2図は本発明第二実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図。 第3図は本発明第三実施例後方散乱光測定装置のブロッ
ク構成図。 第4図は従来例後方散乱光測定装置のブロック構成図。 1・・・光源、2.9.12・・・ファイバ形光結合器
、3・・・対物レンズ、4・・・可動全反射鏡、4′・
・・固定全反射鏡、5.16・・・移動台、6・・・被
測定光導波路、7.10・・・光検出器、8・・・信号
処理部、11・・・差動増幅器、13・・・ビームスプ
リフタ、14・・・可動プリズム、15・・・固定プリ
ズム、17・・・ファイバ形位相変調器。 忽二芙砧例 ′If:J2  図 ノ5−−−3宍5]コ万十pり 肩 1 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、光源と、 この光源の出射光を被測定光導波路に入射する入射手段
    と、 前記出射光から参照光を分岐する光分岐手段と、この参
    照光を前記被測定光導波路の入射端に現れる後方散乱光
    に合波する光合波手段と、 前記後方散乱光と前記参照光との光路長差を変化させる
    光路長差制御手段と、 前記光合波手段の出力光を検出する光検出器と、この光
    検出器の出力から前記被測定光導波路の長手方向におけ
    る後方散乱光の強度分布を求める信号処理手段と を備えた後方散乱光測定装置において、 前記光合波手段は複数の方向に合波光を出射する構造で
    あり、 前記光検出器は前記複数の方向の二つの方向についてそ
    れぞれ設けられ、 前記信号処理手段はこの二つの光検出器の出力に含まれ
    る同相成分を互いに打ち消す処理手段を含む ことを特徴とする後方散乱光測定装置。
JP29413288A 1988-11-21 1988-11-21 後方散乱光測定装置 Pending JPH02140636A (ja)

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