JPH0298647A - 光反射率測定器 - Google Patents

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】 （ａ）発明の技術分野 この発明は、光部品や光ケーブルの接続部分の反射率を
測定する光反射率測定器についてのものである。

（ｂ）従来技術と問題点 第８図に従来技術による光フアイバ接続点の反射率測定
Ｉ＃成図を示す。

第９図では、光ファイバ２３・２４の接続部分２３ｂ−
２４ａでの反射率を６１１定する。

従来、光ファイバの接続反射率は端面を決められた形状
、例えば球面とか平面に極力正確に加工された五準光フ
ァイバに測定しようとする光ファイバの端面をコネクタ
を用いて接続し、その接続部分の反射率を測定し、ファ
イバ端面の加工品質を判定している。

第９図では、光源２１の光出力２１ａを方向性結合器２
２のポート２２ａに入れる。

方向性結合器２２は、ポート２２ａからの光ヲポート２
２ｂへ出し、ポート２２ｂからの光をポー）２２ｃへ出
す。

方向性結合器２２のポート２２ｂからの光は光ファイバ
２３に入れる。

尤ファイバ２３の中を伝播した光は接続部分２３ｂ・２
４ａでその一部が反射し、逆方向に伝播し、先方向性結
合２２により、ポート２２ｃから、光電力３１２Ｂへ導
かれ、反射光量として測定される。

なお、接続部分２３ｂ、２４ａを通過した光は光ファイ
バ２４を伝播し、端面２４ｂで黒体等に吸収される。

また、反射量を反射率で表現するために、接続点に入射
する光量を求め、それとの比率を計算する必要がある。

接続点への入射光量を求めるためには、第９図では、全
反射処理をほどこした光ファイバ２５を光ファイバ２４
の代わりに端面２５ｂに接続し、反射光量を光電力計２
６で測定する。

反射率は光ファイバ２４と２５での反射光量の比率で求
めることができる。

なお、正確な反射率を求める場合は、接続部分の接続ｍ
失、光ファイバ２５の端面２５ｂの反射率をあらかじめ
測定し、補正３ｔｎをする必要があるが、光コネクタの
反射率測定では、実用的には補正は不要である。

問題点 （７）測定できる反射率の最小値が次の要因によって制
限される。

（γ−目方向性結合ＩＡ卓の方向性性能方向性結合器２
２のボート２２ａからの光が、ポート２２ｃにもれるた
め、反射光量の測定に誤差を与える。

（ｒ−２３光フアイバ２３の入射端面２３ａでの反射光
が、方向性結合器２２に入らないよう工夫されているが
、限界がある。

また、この目的で端面には反射防止絞などの加工費用が
求められる。

ｆｒ−：＋）　ＩＩ定対象になっている光ファイバ２４
の端面２４．　ｂでの光の吸収を実現するためには、特
別な加工（黒体をつけるなど）が必要ある。また、測定
対象が一般の光部品では、端面２４ｂに相当する部分を
加工することが許されていない場合がある。

したがって、−面２４ｂでの反射率以下の測定ができな
い。

（（）光の伝播経路の反射の合計を測定するため、？ｙ
数の反射点があったとき、各々を分けてＭ１定できない
。

（つ）反射位置に関する測定ができない。

（Ｃ）発明の目的 この発明は、次の測定をすることを目的とする。

（Ｔ）伝播経路上の測定したい部分からの反射光を測定
系で発生する反射光の影響を受けずに測定する。

測定系で発生する反射とは、方向性結合器のもれ光、基
準光ファイバ２３の入射端面２３ａの反射光、測定対象
の出力側の端面２４Ｂからの反射光などである。

（イ）反射による微弱なパルス光の測定波形に擬似波形
を最小２乗法で近似する方法により、反射値ｉ！（時間
的値ｉりと反射量（振Ｖａ＞を正確に求める。

（ｄ）発明の実施例 次に、この発明による実施例の構成図を第１図に示す。

光源１はパルス光源で、半値幅で数１Ｏｐｓのパルス光
を光出力１ａから出す。

また、光源１は波形側定器５のトリガ信号をトリガ出力
端子ｌｂから出す。

パルス光は、方向性結合器２のボー）２ａがらボー）２
ｂへ通過し、光ファイバ３へ入れ１反射率を測定しよう
とする接続部分３ｂ、４ａを通って、光ファイバ４を伝
播し、出射端面４ｂがら空間へ放射される。

一方、光ファイバ３の入射端面３ａｎ接ｋＪｅ部分３ｂ
、４ａおよび光ファイバ４の出射端面４ｂから、それぞ
れ反射光が発生し、光源１がらの光２は逆方向に伝播し
、方向性結合′ａ２のボー）２ｂからボー）２ｃへ進み
、波形側定器５に入る。

波形側定器５は、入射した光信号をホトダイオード等を
用いて、電気信号に変換してサンプリング方式のオンロ
スコープで測定する方式のものの他、光オシロスコープ
などがある。

端子５ｂはトリが入力端子である。

第２図は第１図の波形図であり、第２図アは光源１から
出る波形を示し、第２イは方向性器２を１って、波形側
定器５に入る反射光の波形を示す。

Ｍ形イのパルス５１は、光ファイバ３の入射端而３ａか
らの反射光で、波形アからの時間ＴＯは光源１からの光
が％　１ａ→２ａ→２ｂ−ｅ３　ａ→２ｂ→２Ｃ→５ａ
まで伝播に要した時間に相当する。

そして、接続部３ｂｓ４ａからの反射光は、波形５１か
ら光ファイバ３を光が往復するに要する時間Ｔ１経過し
た後に波形５２として測定される。

さらに光ファイバ４を光が往復する時間Ｔ２を経過する
と出射端面４ｂで光ファイバ４と空間の屈折率の違いに
よって、発生する反射光が波形５３として測定される。

また、反射率を計算するための入射光量の測定は従来技
術で説明したように、一端７ｂに全反射処理をほどこし
た光ファイバ７を光フアイバ４０代わりに接続すること
により、入射光量に相当した振幅をもった光波形を波形
５３として測定できる。

なお、光ファイバ４と光ファイバ７の長さが異なる場合
は波形の位置は変化する。

実際の測定では、光ファイバ４の出射端面４ｂには、吸
収体付きの光ファイバを接続し、過大な反射光が波形測
定器５に入ることによる飽和現象をさけるが、吸収体か
ら反射が測定値に影響を与えることはない。

このように、測定したい部分からの反射光と他の部分か
らの反射光とを区別して測定することができる。

反射部分の分離能力は、光１１１から出るパルス光の時
間幅と波形測定器の立ち上がり、立ち下がり時間で決ま
る。

例えば、反射部分の間隔で約１　ｃｍを分離しようとす
れば、波形測定器５で測定される波形間隔は１　ｃｍを
光が往復するに要する時間に相当する約１００ｐｓとな
り、少なくとも、光源１からのパルス光の時間幅は５０
ｐｓ以下が求められる。

第３図は、光源ｌの実施例回路図を示す。

光パルスの周期を決める発振器１１の出力を増幅器１２
を通して、ステップリカバリダイオードにより、短パル
スを発生するＣＯＭＢジェネレータ１３を駆動し、レー
ザダイオード１４を発光させることにより、３０〜８０
ＰＳのパルス光を発生できる。

しかし、多くの場合、測定しようとする反射率は１／１
０００以下を対象にする場合が多く、反射光の強度は極
めてａｉ＄ｉである。

このため、波形測定器５でＭ１定される反射光の波形は
波形測定器５の入力部が発生する雑音の影響を受け、そ
の時間的位置や、振幅を正確に測定するためには、波形
測定器５の平均化機能を使ってランダムｔ１Ｍを軽減し
ている。

しかし、平均化の回数は測定時間との関係で実用上の限
界がある。

測定時間２０秒で反射率的３／１０００、変動１０％が
一例である。

この場合、反射光の波形のほぼ中央の１点のデータから
振幅を測定しているため、そのｉｌｌ後の波形データは
活用されていない。

この発明では、波形全体のデータを使うて、最小２乗法
により、擬似波形の定数を求め、その値から反射率や反
射位置を求める方式をとっている。

擬似波形としては、光源１が出すパルス光の波形に近い
もので、最小２乗法の計算処理時間に問題のないものが
望ましい。

実施例では擬似波形として、ガウス関数を適用している
。

なお、パルス光の波形と擬似波形とに多少の差はあって
も、入射光と反射光の波形が、同一の擬似波形によって
評価されるため、波形差による誤差は打ｔ１１される。

これらの計算処理によって、得られる測定値の変動ｍは
、波形上の１点のデータを使う方式と、波形全体量か約
１／Ｈになることが知られている。

第１図の実施例では、この最小２乗法による演算処理を
ＣＰＵシステム６．８Ａ−８０で行う。

６はＣＰＬＪでＩ　１０ｖ４御部θＡを制御し、波形測
定器５からの波形データを取り込み、メモリ計６Ｂに記
憶する。

また、演算処理のプログラムはメモリ６Ｃに格納されて
おり、この内容をＣＰＵθが読み取り演算を実行し、結
果を入出力表示部θＤに表示する。

演算処理プログラムのフローチャートを第４図に示す。

なお、距離の計算は、各々反射光波形に対する擬似波形
の中心時間値の差を伝播距離に換算し、その１／２が距
離となる。

また、基準は任意の反射光の間で求めることができる。

次に最小２乗法による擬似波形の中心時間値と振幅の計
算方法を説明する。

第５図は擬似波形として使用するガウス関数波形を示す
。

Ｐｏは版幅、Ｃｏは中心時間値、ａは標準偏差である。

この波形は■式で表される。

Ｐ（ｔ）　＝　Ｐｏ　ａｘｐ　［−二り手ヱー］・・・
・・・・・・■２ぜ ■式は、指数関数であるため、最小２乗線形テーラ敵分
補正方法が適当である。

■式を変形し、 Ｐ　（ｔ　）　＝　Ｐ　ｏ　ａｘｐ（−壬）　＊　ｅｘ
ｐ（−９Ｊ−）＠　ｅｘｐ（妻を］ ＣＯ＝　ｐ６　ｅｘｐ（−嘉） ””−？ｅ Ｃ２＝÷ とおくと、 Ｐ　（ｔ　）　＝　Ｃｏｅｂｔ”＋ｔ、（・・・町・・
・・・・・・・・・・・・　・・・・・・・・・■と表
すことができる。

次に第６図は、反射光波形の測定波形を示す。

Ｅは、振幅、【は時間を示し、全体でＮ個のデータで構
成されている。

Ｎ個のデータを０式に適用して、正規化方程式を作ると
０式になる。

■ ここに、δＣｋ（δＣＯ１δＣ１，δＣ２）は、パラメ
ータＣ１ｌ　（Ｃｏ、ＣＩ　、Ｃ２）を得るために必要
な初期値に対する変化量であり、 ６Ｃｋ　＝Ｃｋ　−Ｃビ・・・・・・・・・・・・　・
・・　・・・・・・・・・　■である。

Ｒ１は、ｔＩにおける関数値と測定値の誤差である。

初期値Ｃ１は、第６図から容易に求めることができ、０
式の方程式より、求めたδＣｋを加算することにより、
新たに更新されたＣｋを求めることができる。

０式より、 Ｃ１ｋ＝Ｃ：　　＋δＣｋ ｃ１１＝ｃｉ　　＋δＣｋ Ｃｋ＝Ｃ，＋δＣｋ 補正増加分δＣｋが極めて小さくなった時点で、０式の
方程式の反復計算を中止し、 ＣＯ（ＣｂｌＣｒ、Ｃ２）を求める。

とのＣｂ、ＣＩ、Ｃ２より、■式のパラメータが　　ａ
　＝ｆｆｉ　、　ｔｏ＝ｃ２ａ”Ｐ　ｏ　＝　Ｃｏ　／
　ａｒｐ（−７％’ｒ　）と求まる。

第７図は測定波形と最小２乗線形テーラ微分補正法によ
って、近似したがウス１５４数波形の関係を）ＩＣＬ　
／二ものである。

次に、第１図により測定した伝送路長データと反射率測
定データを第８図に示す。

ｔｅ１発明の効果 この発明によれば、次のような効果がある。

（７）測定系の系で発生する反射光によって、測定限界
が決まらないことかる、安価な光学部品が使える。

（イ）光スイフチなどのように、入射側、出射側とも光
コネクタをもった光部品について、出射側に簡易な吸収
体をもった光ファイバを接続することにより、彼測定物
を加］ニすることなしに測定できる。

（つ）最小２乗法により、擬似波形に近似するため、波
形測定器で発生する雑音の影響かや４減されるため、波
形測定器での平均化回数が少な（てすみ、測定時間が短
縮できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による実施例の構成図、第２図は第１
図の光源１の出力波形と波形測定器５に入る反射光の波
形を示す図、第３図は光源ｌの実施例回路図、第４図は
演算処理プログラムのフローチャート、第５図は疑似波
形として使用するガウス関数波形図、第６図は反射光波
形の測定波形図、第７図は反射光波形と補正増加分の関
係説明図、７８図は第１図により測定した伝送路長デー
タと反射率ｄ定データを示す図、Ｍ９図は従来技術によ
る光フアイバ接続点の反射率量定構成図である。 １・・・・・・光源、２・・・・・・方向性結合器、３
・・・・・・光ファイバ、４・・・・・・光ファイバ、
５・・・・・・波形測定ム、８・・・・・・ＣＰＵシス
テム、６ａ・・・・・・Ｉ１０制御部、６ｂ・・・・・
・メモリ、８ｃ・・・・・・メモリ、８ｄ・・・・・・
入出力表示部、７・・・・・・光ファイバ。 代理人　　弁理士　　小　俣　欽　司 第 図 第 図 第 ｔ。 第 第 図 図 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定用のパルス光（１）と、 光源（１）の光を入れ、基準の光ファイバ（３）と被測
   定物（４）からの反射光を取り出す方向性結合器（２）
   と、 方向性結合器（２）の出力を入力とする波形測定器（５
   ）とを備え、 擬似波形の関数として、最小２乗法により、擬似波形の
   中心時間値と擬似波形の中心振幅を求めることを特徴と
   する光反射率測定器。