JPH04506405A - 光学的時間ドメイン反射計 - 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】 この発明は、広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置（ＯＴＤＲ）に係り 、特に０ＴＤＲ［光学式伝送路特性測定装置］のダイナミックレンジを高める装 置に関する。 ０ＴＤＲでは、光パルスは、光学ファイバ（通常は、ウェーブガイド；この明細 書における表現“ファイバはウェーブガイドの多くは光学ファイバを含むことか ら用いている）に送出され、送出端に帰ってくる戻り散乱信号としてモニタされ る。この現象はファイバにおける欠損や接続によって不規則に生じ、戻り散乱の 増加量と変化は、モニタされた戻り信号から検出される。戻り散乱及び反射は、 カブラのような素子からも生じ、またモニタされた信号は通常基準記録と比較さ れ、モニタされた信号レベルの新らたなピーク及び変化、或いは、ファイバ通路 における変化を示すプロットは、通常、障害を示す。パルスの送出と戻り散乱パ ルスが着信される間の時間は、ファイバにおける戻り散乱の発生源の距離に比例 され［ることから］　、０ＴＤＲは、障害位置のために有益である。しかしなが ら、［測定できる］距離はファイバに伴って見いだされる制約を受ける。制約の １つは、０ＴＤＲ受信器のダイナミックレンジがファイバの遠距離部分から帰さ れる低いレベルの戻り散乱光を検出するに対して不十分なことである。一方、ダ メージなしに受信できる、送出端に近いファイバからの反射及び戻り散乱は非常 に強い強度になる。 本願の０ＴＤＲ受信器では、光学的１方向計測レンジとして概ね３０ｄＢ、即ち 、６０ｄＢの光学的ダイナミックレンジを有し、このことは、光学式から電気式 へ変換される場合に２倍のダイナミックレンジである１２０ｄＢを必要とする。 ３０ｄＢに等しい長さを越える長いファイバの欠損を計測することが望ましく、 現在［計測可能なファイバの長さは、］４０ｄＢに等しい長さ或いはそれ以上に なりつつある。現在のところ、全長に亘るテストをするためには、両端部から４ ０ｄＢに０ＴＤＲ計測装置が必要であって、この配置はあまり有益ではなく、さ らに、多くの時間及び移動或いは他の装置が要求されることもある。 加えて、分岐されたネットワークでは、ファイバの長さは通常短くなるが信号の 分割或いは分配される結果パワーロスが生じ、高分解能のためには、短周期パル スが必要となる。 要求される短周期パルスは、低出力であって、これは、むしろ、受信器の電気的 ダイナミックレンジよりも周囲の０ＴＤＲの有効レンジを制限する。［この場合 、〕パルス幅の増大及び分解能のロスなしで非常に強力なパルスパワーを利用す れば、達成される。 ０ＴＤＲ装置（広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置）には、ポータプ ル即ちコンパクト

【であること】が必要とされ、光源としては、常に変化するこ とのない半導体レーザダイオードが選ばれる。０ＴＤＲにおける光源は、短周期 が可能であって、くっきりした［ｖｅｌｌ−ｄｅｆ１ｎｅ］光学的パルスであれ ば、０ＴＤＲは、十分な分解能を提供できる。 一方、十分な分解能は、狭縮幅光源よりも広がりを有するパルスが利用される場 合に光学ファイバに共通して生じる分散のために、狭縮幅光源を必要とする。し かしながら、狭縮幅［のレーザビームを発生できる］半導体ダイオードは、一般 に、極めて小さな出力である。 このことは、単に光源レーザを高出力半導体レーザに置き換えることで０ＴＤＲ におけるレンジを増大することを不可能とする。しかしながら、研究者のために 大型で高価な非半導体レーザが光源として利用されている０ＴＤＲも実験されて いる。置き換えられたレーザ光源の大きさは、装置自身への装着を不可能とする 。 ０ＴＤＲのレンジは、一般には、信号処理、ソフトウェア、電気回路、及び、レ ーザダイオードの継続的段階的改良によって増大される。 ０ＴＤＲからのパルス出力を光学的に増幅することは、まだ、提案されていない 。想像するところ、レーザ増幅器、特に半導体レーザ増幅器の復帰時間が０ＴＤ Ｒ装置の通常利用レンジにおけるパルス長に対して短すぎる。現在の他の問題点 或いは不利益は複雑であって、偏光感度、膨大且つ激しいノイズ及び相対的に低 いゲインである。 ［上記問題に関して］これまで誰も、光源から送出されるパルスを増幅する光学 的増幅を利用したファイバテストを利用した０ＴＤＲまたは０ＴＤＲシステムに 関する報告を確認したことがない。 この発明よれば第一に、光パルス源、光パルスをウェーブガイドに送出する手段 及びウェーブガイドに送出される前にパルス波長のゲインを向上させるために光 学的に励起されたウェーブガイドによって増幅された光パルスをテストのために 送出する手段からなる広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置が提供され る。 さらにこの発明によれば、ウェーブガイドに光パルスを送出しウェーブガイドに 送出される前に光学的に励起されたウェーブガイドによってゲインが引出された パルスをテストのために送出する方法による広帯域伝送装置の特性を光学的に計 測する装置における計測レンジを増大する方法が提供される。 図面を参照して以下にこの発明の詳細な説明する。 図１は、この発明の実施例の略ダイアグラム；及び図２８及び図２ｂは、この発 明を利用する及び利用しない、それぞれにおける０ＴＤＲ記録を示す；及び図３ は、エルビウムをドープしたファイバ増幅器の発光スペクトルのプロット　［で ある］。 第一に、図１を参照すれば、試料としてのシングルモードファイバ４に接続され ている波長分割マルチプレクサカブラ３の一端の入力アーム２に接続されたヒユ ーレットパラカード［社製］　ＨＰ８１４５Ａ　［型］　０ＴＤＲＩが示されて いる。 このヒユーレットバラカード［製］　０ＴＤＲは、一般的な非ＤＦＥレーザに換 えて、λｓ−１，５３６−の狭線幅ＤＦＢレーザが装着されている。０ＴＤＲと カブラとの間には、中心波長１５３６ｎ■、帯域幅０．８ｎ−のバンドパス干渉 フィルタが挿入されている。 上記帯域幅は、０ＴＤＲ受信器に到達する増幅ノイズの大きさを十分に低減でき るよう狭く選ばれているが上記ノイズは数百ＭＨｚ以上であるから、［ローパス フィルタによって］低域を通過させることで、レーザからの［ノイズの］発生を 容易に完全に消滅できる。波長分割マルチプレクサカブラの第二の入力アーム５ は、１．４８５ｎのレーザを発生する半導体レーザ装置、例えば、グレインズ氏 によるＭＱＷ　（ＧＲＩＮＳＣＨＭＱＷ）レーザなどの、１４８５ｎｓの励起レ ーザ６に接続されている。携帯性のためには、半導体レーザが好ましい。装着可 能な励起レーザは、ＶＩＰＳ構造で波長分割マルチプレクサカブラ装置と一体型 ［が好ましく］、沖［電気］、東京、日本国から入手可能である。この沖［電気 製］一体型カブラは、カブラ３に直列に接続される。この励起出力の初期［の出 力］は、６５ｍＷである。 一般的シングルモードファイバの両端部に溶融接続されているエルビウムファイ バ増幅器は、試料としてのファイバ４とカブラ３の出力アームとの間に接続され ている。ファイバ増幅器は、コアの直径が５．５１、屈折率偏差Δｎ〜０．０１ ３、コアにおけるエルビウムドープレベル１１００ｐｐ■、長さ１０ｍの小径コ アエルビウムファイバ、より詳細には、アトキンズ他による、電子情報誌、１９ ８９年、第２５巻、第９１０頁乃至９１１頁（Ａｔｋｉｎｓ　ｅｔ　ａｔ、　ｉ ｎ　ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、　１９８９．　Ｖｏｌ、　２５． 　ｐｐ　９ＬＧ　−９１１）に開示されている、である。図３は、１．４８５ｕ ｍでの励起出力が６５ｍＶによって励起された、増幅後の発光スペクトル［励起 出力の残留分を含む］を示している。０ＴＤＲ波長１．５３６．、増幅器ゲイン ２０ｄＢのもとで、信号波長１．５３、最大ゲイン２４ｄＢが得られた。 より好ましくは、この発明の全ての実施例では、０ＴＤＲから出たパルスと帰っ てきた戻り散乱信号は、ファイバレーザ増幅器によって増幅される。しかしなが ら、この増幅は、試料としてファイバに送出される光パルスのみで、戻り散乱信 号にはない。パルス状励起出力が利用できる場合、ＨＰ８１４５Ａに換えてシン グルパルス０ＴＤＲ装置も利用できる。 ＨＰ８１４５Ａ　［型］　０ＴＤＲ装置が選択された理由は、計測された量から 受信された光レベルを自動的に引き算し、及び、０ＴＤＲに到達したＣ残留］励 起とノイズ信号と処理できるためである。異なる形式の０ＴＤＲであっても、フ ィルタを介して出力信号を整えることで利用可能である。 図２８は、高減衰試料ファイバ（’Ｆ１．３ｄＢ／Ｋｍ）　１２゜４に−の０Ｔ ＤＲ記録であって、概ね７に■以降で、一定レベルの０ＴＤＲ受信器のノイズ床 ［ｎｏｉｓｅ　ｆｌｏｏｒ−システムノイズ］に［試料ファイバに送出された光 パルスの］出力が埋もれている。図２ｂに示されている励起が開始された場合［ の状態］を示す記録では、７Ｋｍ以降でノイズ床に埋もれていた［試料ファイバ に送出された光パルスの１出力に代わって、ファイバ全長に亘って出力が確認で きる。光増幅器を適切に利用することで、試料としてのファイバは、与えられた ファイバ長において、０ＴＤＲ受信器を飽和させないために低減された光増幅ゲ インの利用ができる場合及びできない［上記励起が開始されたコ場合の２つの状 態で計測される。このことは、送出される信号及び戻される信号の２つの信号が 増幅されるというよりも、送出される信号のみが増幅され、［０ＴＤＲにコ到達 した信号は、より遠方のファイバ［から戻された信号］のように検出される。 図２ａ及び図２ｂの第二の計測［結果コは、互いに、垂直なオフセットが与えら れている。計測されるノイズ床は、双方とも概ね等しく、１８ｄＢ　（２０ｄＢ から２つの溶融接続点のそれぞれで、１ｄＢずつ引き算した）と推論できる、一 方向につき１８ｄＢのレンジが増大された０ＴＤＲのエルビウムファイバゲイン が認められた。 この発明の利益［特徴］は、合計の長さは少ないが信号が分配される分岐された ネットワークにおける欠損の検出に有益である。戻された信号に、分岐！［から の］同一信号が重畳されている場合。前述、短い長さの分岐されたネットワーク は、高い０ＴＤＲ分解能を必要とすることから、０ＴＤＲパルスは、狭線幅且つ 上限２０ｄＢのレンジの低出力が利用される。［このパルスを］３０ｄＢに増大 するために［本願の〕ダイナミックレンジ［を広げる］能力を含むファイバ増幅 が有益である。この装置は、単なる出力増幅器ではなく、ファイバ増幅器を通過 して戻ってくる信号も増幅できる。ファイバ増幅器を利用する利点は、いかなる 線幅のパルスも増幅可能であフて、例えば、半導体レーザ増幅器では十分に出力 増幅できない１００ピコ秒以上のミリ秒乃至ピコ秒の長さのパルスも増幅可能で ある。 コレまで、６５ｍＷの励起出力が利用したが、ヴオハネル他［Ｒ，Ｓ、Ｖｏｄｈ ａｎｅｌ　ｅｔ　ａｌ、　１ｎ　ＥＩｅｃｔｒｏｎｌｃ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　１ ９８９．　Ｖｏｌ。 特表平４−５０６４０５　（４） ）　２５．　ｐａｇｅ　１３８６］によれば、概ね１０１ｗの低励起出力が利用 ド　されても、同様のレベルの増幅が可能である。 ０ＴＤＲ計測装置を１５００ｎｓ帯［：ｗｉｎｄｏｗ］に引出すためＬ　に、フ ァイバ増幅器にエルビウムが添加される。例えば、前？　述、グレインズＭＱＷ レーザなどの高出力半導体レーザは、）　１４６０ｎｍ−１４８０ｎ＊のレンジ の波長を励起する。アトキンズ他によって既に示されているように、エルビウム ファイバを用いることで１５８０ｎｓの波長を導き出せる。 ファイバ増幅器を適切に励起するとともに、ネオジミウム（を添加することで、 １３００ｎｓ帯［ｗ１ｎｄｏＶ］で利用できる。 「　ネオジミウムファイバ増幅器から現在取出せる出力は、エルｉ　ビウムファ イバ増幅器からの［出力］よりもかなり小さいが、送出されたパルス出力を増大 するために利用できないわけではない。また、ネオジミウムが添加されたファイ バ増幅器は、みやじま他によって、１９９０年１月にサンフランシスコで開催さ れた光フアイバ学会（ＯＰｏ　９Ｇ）で紙上公開されている。 図３ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成３年１２月Ｕ日Ｗ凱

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. １．光パルス源、光パルスをウェーブガイドに送出する手段及びウェーブガイド に送出される前にパルス波長のゲインを向上させるために光学的に励起されたウ ェーブガイドによって増幅された光パルスをテストのために送出する手段からな る広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
2. ２．光パルスゲインは、ウェーブガイドに沿って外側方向及び戻り方向に移動さ れる時に生じる請求項１記載の広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
3. ３．上記ゲインが生じるウェーブガイドは、伝送装置の特性を光学的に計測する 装置内部に位置されている請求項１または２記載の広帯域伝送装置の特性を光学 的に計測する装置。
4. ４．上記ウェーブガイドは、５乃至７μｍの範囲内のコア直径を有するファイバ からなる上記いずれかの請求項に記載の広帯域伝送装置の特性を光学的に計測す る装置。
5. ５．上記ウェーブガイドは、全長に亘って希金属が添加されている上記いずれか の請求項に記載の広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
6. ６．上記ファイバは、エルビウムが参加されている請求項５記載の広帯域伝送装 置の特性を光学的に計測する装置。
7. ７．上記励起出力は、少なくとも１０ｍＷである上記いずれかの請求項に記載の 広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
8. ８．上記励起出力は、少なくとも６５ｍＷである上記いずれかの請求項に記載の 広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
9. ９．上記励起出力は、少なくとも１００ｍＷである上記いずれかの請求項に記載 の広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
10. １０．光学的に励起するための手段は、半導体レーザからなる上記いずれかの請 求項に記載の広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
11. １１．上記パルス源は、半導体レーザからなる上記いずれかの請求項に記載の広 帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
12. １２．上記パルス源と上記ゲインが生じるウェーブガイドとの間の光路に、中心 波長がパルス源の発振波長と同一で０．５ｎｍ乃至１．０ｎｍの帯域を有するフ ィルタを含む、上記いずれかの１つの請求項に記載の広帯域伝送装置の特性を光 学的に計測する装置。
13. １３．光パルス源は、分布帰還レーザ［ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｆｅｅｄｂａ ｃｋｌａｓｅｒ］からなる上記請求項１１に従属する上記請求項１２に記載の広 帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置。
14. １４．ウェーブガイドに光パルスを送出しウェーブガイドに送出される前に光学 的に励起されたウェーブガイドによってゲインが引出されたパルスをテストのた めに送出する方法による広帯域伝送装置の特性を光学的に計測する装置の計測レ ンジを増大する方法。
15. １５．光パルスゲインは、ウェーブガイドに沿って外側方向及び戻り方向に移動 される請求項１４に記載の方法。
16. １６．上記ゲインが生じるウェーブガイドは、広帯域伝送装置の特性を光学的に 計測する装置内部に位置されている請求項１４に記載の方法。
17. １７．上記ウェーブガイドは、５乃至７μｍの範囲内のコア直径を有するファイ バからなる請求項１４，１５または１６に記載の方法。
18. １８．上記ウェーブガイドは、全長に亘って希金属が添加されている請求項１４ ，１５，１６または１７に記載の方法。
19. １９．上記希金属はエルビウムである請求項１８記載の方法。
20. ２０．上記励起出力は、少なくとも１０ｍＷである請求項１４乃至１９のいずれ かに記載の方法。
21. ２１．上記励起出力は、少なくとも６５ｍＷである請求項１４乃至１９のいずれ かに記載の方法。
22. ２２．上記励起出力は、少なくとも１００ｍＷである請求項１４乃至１９のいず れかに記載の方法。
23. ２３．パルス源は、半導体レーザからなる請求項１４乃至２２のいずれかに記載 の方法。
24. ２４．光学的に励起するための手段は、半導体レーザからなる請求項１４乃至２ ３のいずれかに記載の方法。