JPH04324334A - 音響光学光スイッチ及びそれを用いた測定装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音響光学素子を用いた
音響光学光スイッチ、及び、それを用いて光ファイバの
破断点、伝搬損失、接続損失などの測定を行う測定装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に、音響光学素子を用いた音響光学
光スイッチの基本的な構成を示す。音響光学光スイッチ
に使用される音響光学素子は、電気を超音波振動に変え
、これにより入射光を回折させるものである。

【０００３】この重要な用途に、ＯＴＤＲ（光パルス試
験器）と呼ばれる測定器に使用されるものがある。ＯＴ
ＤＲは、光ファイバの破断点、光ファイバ固有の伝送損
失、光ファイバの接続損失等を検出する、いわば光ファ
イバにより構成される通信ネットワークの総合評価装置
である。

【０００４】図６の音響光学光スイッチにおいて、光源
に相当する半導体レーザー等からのレーザーパルスを入
力用シングルモード光ファイバ２５により導光し、その
入力用シングルモード光ファイバ２５から入射したレー
ザーパルスは、未駆動の音響光学素子２１を透過し、被
検査用光ファイバである出力用シングルモード光ファイ
バ２２へ入射する。

【０００５】この被検査用のシングルモード光ファイバ
中で反射または散乱されたレーザーパルスの成分は、該
被検査用シングルモード光ファイバ中を逆戻りする。こ
の逆戻りした光は、駆動されている音響光学素子２１へ
入射し、超音波回折格子によってブラッグ回折し、プリ
ズム２８によって導光された後、回折光出力用光ファイ
バ２７へ入射し、光検出手段である光センサーへ導かれ
る。

【０００６】図中、集光用レンズ２３、２４、２６は光
ビームを平行にしたり、あるいは収束させるものである
。整合回路２９は駆動回路３０と音響光学素子２１との
インピーダンスのマッチングを行う。駆動回路３０は、
所定の周波数で音響光学素子２１の駆動を行う。電源端
子３２は駆動回路３０の直流電源の入力端子であり、制
御信号入力端子３１は、駆動回路３０の駆動を外部回路
で制御するための信号を印加する入力端子である。

【０００７】筐体３３は、音響光学素子２１、プリズム
２８、整合回路２９、駆動回路３０等を内蔵し、光ファ
イバや制御信号入力端子３１、電源端子３２を取り付け
穴を通じて取り付けるようになっている。

【０００８】被検査用光ファイバからの逆戻りしてくる
光には、破断点等からのフレネル反射と、該被検査用光
ファイバの分子あるいは原子と伝送光の光子が弾性的に
衝突し、伝送光が該被検査用光ファイバ中で連続的に散
乱を受けるレイリー散乱がある。このレイリー散乱光の
うち、入射方向に完全に逆戻りする成分を後方散乱とよ
び、後方散乱光の強弱により、光ファイバ固有の伝送損
失を評価できる。また、フレネル反射した反射光の強弱
と通過時間の測定により破断箇所の評価を行うことが出
来る。

【０００９】従来、この音響光学素子への駆動波形は、
図２に示すように制御信号（Ｃ）がオンの間、一定振幅
の高周波が（Ｄ）のように出るバースト波形である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の音響光学光スイ
ッチにおいて、図２（Ａ）に示すように、被検査用光フ
ァイバの入射近端での近端フレネル反射（図中左端のパ
ルス）や、コネクタ接続部で生じるフレネル反射（図中
中央のパルス）により回折光出力用光ファイバ２７へ強
い光パルスが入射する。図中右端のパルスは被検査用光
ファイバの後端からの後端反射を示すパルスである。近
端フレネル反射はどのような測定系でも存在するが、コ
ネクタ接続のフレネル反射と後端反射は個々の光ファイ
バの状態によって種々変化する。

【００１１】前述の光パルスが入射すると、光検出手段
の出力が一時的に飽和する。このため、１１で示す測定
不能領域が長くなり、被検査用光ファイバの近端部分や
コネクタ近傍の測定が精度良くできなくなるという問題
を生じる。横軸のＬは光ファイバの長さ及び長さに相当
する信号の遅延時間を示し、縦軸は光信号の強度を示す
。

【００１２】これを解決するため、図２（Ｃ）に示すよ
うな制御信号を印加することで、音響光学素子を駆動す
る信号（Ｄ）の制御を行うことが提案されている。即ち
、過大な光信号が光検出手段に導かれることのないよう
に、強い光パルスが入射する時には音響光学素子を駆動
しないことが提案されている。これにより、短時間で反
射してくる強い光パルスを、駆動されていない音響光学
素子により光路を遮断し、図２（Ｂ）の１２に示すよう
に飽和による測定不能領域を縮小することが図られてい
る。

【００１３】図２の（Ｃ）、（Ｄ）の信号は、印加され
てから実際に音響光学素子中で光が回折するまでに８０
０　〜１５００ｎｓｅｃ程度の遅延時間があるため、（
Ｂ）の信号よりはタイミング的に８００　〜１５００ｎ
ｓｅｃ相当以上前に入力されるものであり、（Ｂ）との
ずれはそれを示している。

【００１４】このように、音響光学素子を細かくオンオ
フすると、制御信号（Ｃ）に対する光スイッチとしての
応答（図６において、被検査用シングルモード光ファイ
バ中を逆戻りして、駆動されている音響光学素子２１へ
入射し、超音波回折格子によってブラッグ回折し、プリ
ズム２８によって導光された後、回折光出力用光ファイ
バ２７へ入射し、光検出手段へ導かれる光の応答）が、
図２（Ｂ）の様に立ち上がり時間を持つ。このため、測
定不能領域１２を生じる。この測定不能領域１２は、前
述の測定不能領域１１よりは小さいが、大幅には測定不
能領域が縮小できないと言う欠点を有していた。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、音響光学素子と、そ
の音響光学素子を整合回路を通じて駆動する駆動回路と
、光源と、被検査用光ファイバと、光検出手段とからな
り、光源と被検査用光ファイバとの間かつ被検査用光フ
ァイバと光検出手段との間に音響光学素子を配置してな
る音響光学光スイッチにおいて、音響光学素子を整合回
路を通じて駆動する駆動回路の出力波形を変形させるこ
とにより、音響光学素子によって回折された回折光のス
イッチング時の立ち上がり時間を短くすることを特徴と
する音響光学光スイッチ、及び、その音響光学光スイッ
チにおいて、駆動回路の出力波形が、その立ち上がり時
に高電圧が印加されるようにされたことを特徴とする音
響光学光スイッチ、及び、それらの音響光学光スイッチ
を用い、光検出手段により検出された光量から被検査用
光ファイバの特定位置における状態を判別することを特
徴とする測定装置を提供するものである。

【００１６】本発明の音響光学光スイッチは、被検査用
光ファイバからの反射光を検出するために光を回折する
ものである。その音響光学光スイッチを用いた測定装置
としては、その検出光量から、光ファイバの破断点、伝
搬損失、接続損失、温度分布等の状態の測定を行うもの
であればよい。

【００１７】本発明の音響光学素子は、トランスデュー
サーに高周波を印加して光学媒体内に超音波を発生させ
、透過光を回折する通常の音響光学素子が使用できる。 この音響光学素子は整合回路を介して駆動回路に接続さ
れている。

【００１８】本発明では、この駆動回路の出力波形を変
形させて、音響光学素子によって回折された回折光のス
イッチング時の立ち上がり時間を短くするものである。 具体的には、駆動の初期に、高電圧が音響光学素子に印
加されるようにする。

【００１９】特別な駆動方法をとらずに、光が光源から
出射した直後から音響光学素子を駆動したとする。この
場合、図２の（Ａ）のような光が戻ってきて、光検出手
段に到達した際に生じる光検出手段の飽和による測定不
能領域１１が生じる。この測定不能領域は時間としても
表され、この測定不能時間を、光源からの光パルス出射
直後からＴ１とする。Ｔ１は個々のシステムによって幅
があり、光検出手段の飽和を引き起こす原因となる過大
光入力の強度差により、Ｔ１＝１００　〜３０００ｎｓ
ｅｃ程度である。

【００２０】本発明では、実際には入射光の光源からの
光パルス出射直後直ちに音響光学素子の駆動を停止し、
近端フレネル反射を遮断する。音響光学素子自体は、駆
動信号を停止して実際に光路が遮断されるまで、あるい
はその逆に駆動信号を入力して駆動状態になり実際に光
路が切り換わるまでに、遅れ時間Ｔｄ＝５００　〜１５
００ｎｓｅｃ程度があるため、その遅延時間の分だけ早
く駆動信号を停止及び入力する必要がある。したがって
、駆動信号を停止する時間は光源から光パルスが出射さ
れる時間のＴｄ以前である。これにより近端フレネル反
射は遮断され、その直後直ちに駆動信号を入力して光路
を光検出手段側へ切り換える。

【００２１】また、図２（Ｃ）、（Ｄ）から理解される
ように、本発明においては駆動信号と駆動信号の間には
駆動信号非入力時間が存在し、近端フレネル反射、接続
点からの反射、破断点や光ファイバー最後端からのフレ
ネル反射等を遮断するためには、駆動信号非入力時間幅
は数１００ｎｓｅｃ　程度あれば充分である。

【００２２】また、印加される高電圧は徐々に低下する
ようにされ、そのカーブは音響光学素子の特性により、
駆動後最短時間で測定値が正しくなるように実験的に定
めれば良い。この高電圧の最大値は、通常は通常の駆動
電圧より大きく１．２　倍以下程度とされればよい。も
っとも、印加時間は短く、悪影響がでにくいので、悪影
響がでない範囲で、　２倍の電圧を印加しても良い。ま
た、この高電圧印加時間幅Ｔ２は１００　〜２００ｎｓ
ｅｃ　程度とされればよい。

【００２３】この印加電圧を徐々に低下させるための信
号としては、微分回路を用いることが一番簡単である。 このカーブは前記したように最適化されれば良い。もち
ろん、微分回路以外の手段で、このカーブが得られるよ
うにしてもよく、コンピュータによる制御としてもよい
ことは明らかである。

【００２４】本発明では、このほか、半導体レーザー等
の光源と、被検査用光ファイバと、フォトトランジスタ
、フォトダイオード、ＣＣＤ、ＣｄＳ等の光検出手段と
を有している。さらに、このほか、光検出手段の検出結
果をＡＤ変換するＡＤ変換器、その結果を演算する計算
回路やコンピュータを付属させる。

【００２５】本発明の音響光学光スイッチは、具体的に
は前述したような図６のような構成で使用される。この
例は、単に一例にすぎなく、本発明はこの図６の例に限
定されるものではない。即ち、駆動回路が筐体３３の外
部に配置されたり、音響光学素子が２個以上配置された
り、光学部材としてレンズ、鏡、プリズム等がさらに配
置されたりしてもよい。

【００２６】

【作用】本発明においては、この駆動回路の出力波形を
変形させて、音響光学素子によって回折された回折光の
スイッチング時の立ち上がり時間を短くすることにより
、制御信号に対する光スイッチとしての応答が改善され
るため、測定不能領域が縮小でき、被検査用光ファイバ
の近端部分やコネクタ近傍の測定が精度良く行えるよう
になる。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の一実施例を示すものであり、
音響光学素子を整合回路を通じて駆動する駆動回路のブ
ロック図である。

【００２８】１は発信回路で、音響光学素子を駆動する
のに適した周波数で発信する。２は変調回路で、具体的
にはＤＢＭ（ダブルバランスドミキサー）で、制御信号
がオンの時間だけ信号を通すことができ、且つある範囲
において制御信号の振幅に比例した信号を出力すること
ができる。３は増幅器で、ＤＢＭを通った信号を音響光
学素子を駆動するのに必要な振幅まで増幅するものであ
る。４は微分回路で、ここで制御信号５を変形させて音
響光学素子の立ち上がり時間を短縮出来るように波形変
形を行っている。

【００２９】以上のように構成された本実施例の動作に
ついて説明する。まず、比較例として、図１の制御信号
５が４の回路を通らずそのまま２へ印加された例を示す
。この場合は、図３のようになり、（Ａ）は制御信号、
（Ｂ）は駆動回路の出力、（Ｃ）は光スイッチとしての
応答である。この場合には、音響光学素子の立ち上がり
が、ある時定数で遅れている。

【００３０】そこで、本発明の実施例である図１の制御
信号５が４の回路を通って２へ印加された例を示す。こ
の場合は、図４のようになり、（Ａ）は制御信号、（Ｂ
）は微分回路の出力、（Ｃ）はこのときの駆動回路の出
力、（Ｄ）はこのときの光スイッチとしての応答である
。この場合には、制御信号が（Ｂ）のように変形される
ため駆動回路の出力（Ｃ）は、（Ｂ）に対応した包絡線
を持つバースト波形となって音響光学素子に印加される
。このために、光スイッチとしての応答は（Ｄ）のよう
になり、図２の（Ｃ）と比較して立ち上がり時間が大き
く改善される。

【００３１】図５に微分回路の例を示す。図５の（Ａ）
は、制御信号を論理回路（ＴＴＬ）で受けてＤＢＭを駆
動するものである。このＴＴＬの出力に、抵抗Ｒとキャ
パシタＣとを並列に接続して信号を微分している。図５
の（Ｂ）は、制御信号をトランジスタで受けてＤＢＭを
駆動するものである。この制御信号を直接、抵抗Ｒとキ
ャパシタＣの並列回路で微分して、トランジスタのベー
スに印加しエミッタ・フォロワでＤＢＭを駆動するもの
である。もっとも、この微分回路はこれにとらわれなく
、公知の微分回路が使用できる。

【００３２】具体的には、近端フレネル反射をカットす
るために、光源からの光パルス出射時を０ｎｓｅｃ　と
しそれ以前を負それ以後を正の時間とした場合、駆動信
号停止時間を−１０００　ｎｓｅｃ、駆動信号非入力時
間幅を２００　ｎｓｅｃ、高電圧の最大値として通常駆
動時の電圧の１．０３倍の電圧を印加し、高電圧印加時
間幅Ｔ２を１００ｎｓｅｃ　とした。微分回路としては
、図５（Ａ）の回路を使用した。

【００３３】この結果、駆動信号入力開始時間を　０ｎ
ｓｅｃとし、高電圧を印加しない比較例の立ち上がり時
間幅が　１８０ｎｓｅｃであったものが、本発明の実施
例では　１００ｎｓｅｃ以下に縮小された。これはＯＴ
ＤＲの測定不能領域に換算して８ｍ以上の改善、すなわ
ち被検査用光ファイバの測定不能領域が８ｍ以上短縮さ
れたことになる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、制御信号を変形させて音響光
学素子を駆動し、光スイッチとしての応答速度、特に立
ち上がり時間を改善することができる。これにより、被
検査用光ファイバの測定不能領域が縮小され、ファイバ
の近端部分のみならずコネクタ近傍及びファイバの後端
部分の測定も精度良く行えると言う利点を有する。

【００３５】本発明は、このほか本発明の効果を損しな
い範囲内で種々の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図

【図２】従
来の音響光学光スイッチを使用して測定したＯＴＤＲの
出力波形及びその制御信号の波形図で、（Ａ）は反射光
の波形図、（Ｂ）は出力波形の波形図、（Ｃ）は制御信
号の波形図、（Ｄ）は駆動信号の波形図

【図３】従来方
式による波形図で、（Ａ）は制御信号の波形図、（Ｂ）
は駆動信号の波形図、（Ｃ）は出力波形の波形図

【図４】本発明方式による波形図で、（Ａ）は制御信号
の波形図、（Ｂ）は微分回路の出力の波形図、（Ｃ）は
駆動信号の波形図、（Ｄ）は出力波形の波形図

【図５】
（Ａ）、（Ｂ）は本発明に使用される微分回路のそれぞ
れ異なる例の回路図

【図６】音響光学光スイッチの基本構成の配置を示す平
面図

【符号の説明】 １　　発信回路 ２　　変調回路 ３　　増幅回路 ４　　微分回路 ５　　制御信号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】音響光学素子と、その音響光学素子を整合
   回路を通じて駆動する駆動回路と、光源と、被検査用光
   ファイバと、光検出手段とからなり、光源と被検査用光
   ファイバとの間かつ被検査用光ファイバと光検出手段と
   の間に音響光学素子を配置してなる音響光学光スイッチ
   において、音響光学素子を整合回路を通じて駆動する駆
   動回路の出力波形を変形させることにより、音響光学素
   子によって回折された回折光のスイッチング時の立ち上
   がり時間を短くすることを特徴とする音響光学光スイッ
   チ。
2. 【請求項２】駆動回路の出力波形が、その立ち上がり時
   に高電圧が印加されるようにされたことを特徴とする請
   求項１の音響光学光スイッチ。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２の音響光学光スイ
   ッチを用い、光検出手段により検出された光量から被検
   査用光ファイバの特定位置における状態を判別すること
   を特徴とする測定装置。