JP6674346B2 - 安定化光源機能付光パルス試験器 - Google Patents

Description

本発明は、光パルス試験器に関し、特に安定化光源機能を有する光パルス試験器に関する。

光ファイバは、光信号によってデータ通信等を行なう光通信システムにおける光信号伝送媒体として広く普及している。近年では、光通信システムのみならず、光ファイバをセンサとして利用する光ファイバセンシング技術が注目されている。

例えば、光ファイバの敷設、支障移転、保守等においては、光ファイバの長さ、接続箇所の損失、反射等を評価する必要があるが、そのための試験器としてＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）が用いられる。ＯＴＤＲは、被測定光ファイバに光パルスを入射し、後方散乱やフレネル反射等で入射端に戻ってくる光のパワーを時間領域で測定し、表示・解析等を行なう装置である。

また、光パルスを光ファイバに入射したときの戻り光に含まれるラマン散乱光に基づいて、温度分布を測定するＲＯＴＤＲ（Raman Optical Time Domain Reflectometer、ＤＴＳとも称される）、戻り光に含まれるブリルアン散乱光に基づいて歪みや温度分布を測定するＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）等も実用化されている。ここでは、光パルスを光ファイバに入射したときの戻り光に基づいて試験や測定を行なう装置を光パルス試験器と総称する。

一般に、光パルス試験器の光源としては、高出力のレーザダイオード（ＬＤ）が使用される。また、接続が容易でネットワーク機器が安価に揃えられるという特徴を有するマルチモード光ファイバが構内用光ケーブルとして普及していることから、マルチモード光ファイバを対象とした光パルス試験器が広く用いられている。

ところで、光ファイバの損失測定や芯線対照等を行なう際には、安定化光源が発する連続光あるいは変調光を光ファイバの一端に入射し、他端で受光する作業が行なわれる。光ファイバの敷設・保守作業において、損失測定や芯線対照等を行なう場合の利便性を高めるため、安定化光源機能を備えた光パルス試験器が実用化されている。

図６は、安定化光源機能を備えた光パルス試験器の従来の構成例を示すブロック図である。本図に示すように、安定化光源機能を備えた光パルス試験器４００は。光パルス試験機能部４１０と安定化光源機能部４２０とを備えている。

光パルス試験機能部４１０は、レーザダイオードと受光素子とを含んだ双方向モジュール４１１、ＬＤ駆動部４１２、受光素子が検出した信号をサンプリングするサンプリング部４１３、ＬＤ駆動部４１２とサンプリング部４１３を制御するとともに、サンプリング結果に対する演算処理を行なう信号処理部４１４、演算処理結果等を表示する表示部４３０を備えている。

双方向モジュール４１１が発するパルス光は第１コネクタ４１５を介して被測定光ファイバに入射し、被測定光ファイバからの戻り光も第１コネクタ４１５を介して双方向モジュール４１１に入射される。

安定化光源機能部４２０は、マルチモードファイバとの結合で伝送特性の優れた定常モード励振が作りやすいＬＥＤを光源としており、ＬＥＤモジュール４２１とＬＥＤ駆動部４２２とを備えている。表示部４３０は、光パルス試験機能部４１０と共用している。

ＬＥＤ駆動部４２２は、ＬＥＤモジュール４２１を駆動させる際に、光強度をモニタし、光出力が一定に保たれるように制御する。ＬＥＤモジュール４２１が発する安定化された連続光あるいは変調光は、第２コネクタ４２３を介して光ファイバに入射される。

特開２０１６−５７１１９号公報

図６に示した安定化光源機能を備えた光パルス試験器４００は、パルス光を出射する第１コネクタ４１５とは別にＬＥＤ光を出射する第２コネクタ４２３が設けられている。このため、同一の光ファイバに対して光パルス試験と損失測定等を行なう場合に、コネクタ付け替えを行なわなくてはならず、作業効率が低下する。また、レーザダイオードを含んだ双方向モジュール４１１に加えＬＥＤモジュール４２１を用いているため、コスト増を招いている。

そこで、図７に示すような安定化光源機能を備えた光パルス試験器５００の構成が考えられる。本図に示す安定化光源機能を備えた光パルス試験器５００は、レーザダイオードと受光素子とを含んだ双方向モジュール５０１、ＬＤ駆動部５０２、受光素子が検出した信号をサンプリングするサンプリング部５０３、ＬＤ駆動部５０２とサンプリング部５０３を制御するとともに、サンプリング結果に対する演算処理を行なう信号処理部５０４、演算処理結果等を表示する表示部５０５を備えている。

安定化光源機能を備えた光パルス試験器５００では、通常の光パルス試験器として使用する場合、双方向モジュール５０１のレーザダイオードにパルス発光させ、コネクタ５０６を介して被測定光ファイバに入射させる。被測定光ファイバからの戻り光もコネクタ５０６を介して双方向モジュール４１１に入射される。

一方、安定化光源として使用する場合には、ＬＤ駆動部５０２が、双方向モジュール５０１のレーザダイオードに連続光あるいは変調光を出力させ、コネクタ５０６介して被測定光ファイバに入射させる。この際に、レーザダイオードの光強度をモニタし、一定の光出力になるように制御する。

すなわち、安定化光源機能を備えた光パルス試験器５００では、パルス光と安定化光とを同一のレーザダイオードから出射させることで、コネクタ付け替えおよびＬＥＤモジュールを不要としている。

ところで、レーザダイオードが発するレーザ光をマルチモード光ファイバに結合する場合、光ファイバに入力する偏波状態、モードの状態により光出力が大幅に変化する。光パルス試験器は、パルス光を繰り返し入射し、平均化処理を行なうため、光出力変動が生じても大きな影響を受けないが、安定化光源として使用する場合は、光出力変動の影響が無視できない。

一般に、双方向モジュール５０１には、光パルス試験器としての性能向上のため、高出力のレーザダイオードが使用される。高出力のレーザダイオードは、高出力化を実現するために、発光面である前端面には、例えば、反射率３％程度のＡＲ（Anti-Reflective）コーティングが施され、後端面にはＨＲ（High-Reflective）コーティングが施されている。

このような構造においては、レーザ発光の際に、キャビティでの共振の他に、後端面と約５％のフレネル反射が生じるコネクタ５０６とを共振器とする複合共振器が形成される。フレネル反射光の偏波状態が一定であれば光出力変動は少ないが、安定化光源として現場で使用する際には、ファイバフォーミングが変化し、フレネル反射光の偏波状態が変化する。

この結果、０．５ｄＢ以上の大幅な光出力変動が生じ、安定化光源としての性能が十分に得られない。順方向の光を通過し、逆方向からの光を遮断する光アイソレータを挿入することでフレネル反射光の戻りを防止することも考えられるが、コストアップを招くことになる。

そこで、本発明は、共通光源で安定度の高い安定化光源機能付きの光パルス試験器を安価に実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光パルス試験器は、光ファイバを接続するコネクタと、前記コネクタに接続された光ファイバに入射する光を発するレーザダイオードと、前記光ファイバからの戻り光を受光する受光素子と、前記レーザダイオードにパルスレーザ光を発光させるパルス駆動部と、を備えた光パルス試験器であって、前記レーザダイオードの光出力を監視し、発振閾値以下の電流における発光状態で光出力が一定となるように、前記レーザダイオードに連続光あるいは変調光を発光させる安定化光源部を備えたことを特徴とする。
ここで、前記パルス駆動部と前記安定化光源部とは排他的に動作することが好ましい。
また、前記コネクタは、マルチモード光ファイバを接続することができる。

本発明によれば、共通光源で安定度の高い安定化光源機能付きの光パルス試験器を安価に実現することができる。

本実施形態に係る共通光源型の安定化光源機能付き光パルス試験器の構成を示すブロック図である。 双方向モジュールの構成を示すブロック図である。 一般的なレーザダイオードの電流−光出力特性を示す図である。 双方向モジュールの変形例を示す図である。 双方向モジュールの変形例を示す図である。 安定化光源機能を備えた従来の光パルス試験器の構成例を示すブロック図である。 共通光源型の安定化光源機能を備えた光パルス試験器の構成例を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る共通光源型の安定化光源機能付き光パルス試験器１００の構成を示すブロック図である。

本図に示すように、安定化光源機能を備えた光パルス試験器１００は、レーザダイオードとフォトダイオード等の受光素子とを含んだ双方向モジュール１１０、ＬＤ駆動部１２０、受光素子が検出した信号をサンプリングするサンプリング部１３０、ＬＤ駆動部１２０とサンプリング部１３０を制御するとともに、サンプリング結果に対する演算処理を行なう信号処理部１４０、演算処理結果等を表示する表示部１５０、コネクタ１６０を備えている。

ＬＤ駆動部１２０は、パルス駆動部１２１と安定化光源部１２２とスイッチ１２３とを備えている。パルス駆動部１２１は、双方向モジュール１１０のレーザダイオードをパルス発光させる駆動信号を出力する。安定化光源部１２２は、双方向モジュール１１０のレーザダイオードを連続光発光あるいは変調光発光させる駆動信号を出力する。

安定化光源部１２２は、ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路を備えており、レーザダイオードの光強度モニタ信号に基づいて、レーザダイオードの光出力が所定値となるようにフィードバック制御を行なう。

スイッチ１２３は、パルス試験器として用いる場合には、パルス駆動部１２１からの駆動信号を双方向モジュール１１０に伝え、安定化光源として用いる場合には、安定化光源部１２２からの駆動信号を双方向モジュール１１０に伝える。すなわち、パルス駆動部１２１と安定化光源部１２２とは排他的に動作することになる。

双方向モジュール１１０は、図２に示すように、レーザダイオードを含むレーザダイオードユニット１１１、レンズ１１３、ビームスプリッタ１１４、レンズ１１５、レンズ１１６、フォトダイオード１１７、コネクタ１６０と接続する結合用光ファイバ１１８を備えている。レーザダイオードユニット１１１には、レーザダイオードの光強度をモニタするためのバックモニタフォトダイオード１１２が備えられている。

ここで、結合用光ファイバ１１８は、マルチモード光ファイバを用いている。これは、結合用光ファイバ１１８と被測定光ファイバとは同一種を使用することが損失防止の観点から好ましく、本実施形態では被測定光ファイバとして構内用光ケーブルとして普及しているマルチモード光ファイバを想定しているためである。

また、シングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバとでは伝播するＮＡが異なるところ、マルチモード光ファイバの光源は伝播モードが多モード伝播するよう励振状態を作る必要があるが、シングルモード光ファイバの結合用光ファイバ１１８にマルチモード光ファイバの被測定光ファイバを接続しても多モード伝播にならず正常な損失値が得られないためである。

通常の光パルス試験器として使用する場合、双方向モジュール１１０のレーザダイオードが発光したパルス発光は、レンズ１１３により平行光となり、ビームスプリッタ１１４を通過してレンズ１１５により結合用光ファイバ１１８に結合される。コネクタ１６０に接続された被測定光ファイバからの戻り光は、結合用光ファイバ１１８から出射し、レンズ１１５により平行光となり、ビームスプリッタ１１４で分岐される。分岐された光はレンズ１１６により集光され、アバランシェフォトダイオード１１７に結合される。

図３は、一般的なレーザダイオードの電流−光出力特性を示す図である。レーザダイオードに電流を流すと、発振閾値電流までは自然放出光で発光（ＬＥＤ発光）し、発振閾値を超えると誘導放出によりレーザ発振が起き、レーザ発光する。

パルス試験器としてパルス発光する場合には、パルス駆動部１２１が、レーザダイオードの動作点を、発振閾値を超えたレーザ発光領域に設定して、レーザ発光によるパルス出力を行なう。

一方、安定化光源として使用する場合は、安定化光源部１２２が、レーザダイオードに流す電流の動作点を、発振閾値電流に到達する前のＬＥＤ発光領域に設定し、ＬＥＤ発光による連続光あるいは変調光の出力を行なう。すなわち、安定化光源部１２２が備えるＡＰＣ回路が、レーザダイオードがＬＥＤ発光領域で動作する光出力で安定するように設定されている。光出力は、例えば、一般的な面発光ＬＥＤ光源と同等の光出力−２０ｄＢｍとすることができる。

本実施形態の安定化光源機能を備えた光パルス試験器１００は、レーザダイオードを自然放出光の状態で使用することにより、偏波特性がないＬＥＤ光を出力するため、光ファイバのフォーミング変化に影響を受けない安定化光源を安価に実現することができる。

このとき、双方向モジュール１１０のレーザダイオードが発光した連続光あるいは変調光は、レンズ１１３により平行光となり、ビームスプリッタ１１４を通過してレンズ１１５により光ファイバ１１８に結合され、コネクタ１６０に導かれる。このため、同一の光ファイバに対して光パルス試験と損失測定等を行なう場合に、コネクタ付け替えを行なう必要はなく、作業性が向上する。

なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形が可能である。例えば、図４に示すように、双方向モジュール１１０において、レーザダイオードユニット１１１に加え、異なる波長を発光するレーザダイオード１７１を設け、必要に応じて切り替え可能としてもよい。この場合、レンズ１７２と合分波フィルタ１７３を用いて、レーザダイオード１７１の出射光を光ファイバ１１８に導いている。追加するレーザダイオードの数は任意である。

また、図５に示すように、バックモニタフォトダイオード１１２を備えたレーザダイオードユニット１１１に代えて、バックモニタフォトダイオードを備えないレーザダイオード１７４を用い、光強度モニタ用のフォトダイオード１７５を別途設けるようにしてもよい。この場合、ビームスプリッタ１１４、レンズ１７６を用いて、レーザダイオード１７４の出射光をフォトダイオード１７５に導いている。

１００…光パルス試験器、１１０…双方向モジュール、１１１…レーザダイオードユニット、１１２…バックモニタフォトダイオード、１１３…レンズ、１１４…ビームスプリッタ、１１５…レンズ、１１６…レンズ、１１７…アバランシェフォトダイオード、１１８…結合用光ファイバ、１２０…ＬＤ駆動部、１２１…パルス駆動部、１２２…安定化光源部、１２３…スイッチ、１３０…サンプリング部、１４０…信号処理部、１５０…表示部、１６０…コネクタ、１７１…レーザダイオード、１７２…レンズ、１７３…合分波フィルタ、１７４…レーザダイオード、１７５…フォトダイオード、１７６…レンズ

Claims (3)

1. 光ファイバを接続するコネクタと、
   前記コネクタに接続された光ファイバに入射する光を発するレーザダイオードと、
   前記光ファイバからの戻り光を受光する受光素子と、
   前記レーザダイオードにパルスレーザ光を発光させるパルス駆動部と、を備えた光パルス試験器であって、
   前記レーザダイオードの光出力を監視し、発振閾値以下の電流における発光状態で光出力が一定となるように、前記レーザダイオードに変調光を発光させる安定化光源部を備えたことを特徴とする光パルス試験器。
2. 前記パルス駆動部と前記安定化光源部とは排他的に動作することを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験器。
3. 前記コネクタは、マルチモード光ファイバを接続することを特徴とする請求項１または２に記載の光パルス試験器。