OTDR の動作原理 & 特性
OTDR とは?
光時間領域反射率計 (OTDR) は、光通信網の特性評価、トラブルシューティング、保守に使用する光ファイバー測定器です。OTDR 測定は、光ファイバーを伝播するパルス状レーザー光を送信して解析することにより実施します。レーザー光は光ファイバーケーブルリンクの一端から送り込まれるため、測定は単向性になります。
OTDR は、光源に向かって反射または散乱された結果として生じる光特性から得られる情報を利用することにより光レーダーシステムとして働き、接合部、接続部、不良個所など、場所の位置と状況に関する詳細情報をユーザーに提供します。
OTDR 動作原理
OTDR 測定の精度と実用性は、これに先立つ科学技術なしには考えられません。この測定器の背後にある物理学を理解すると、OTDR の動作原理について非常に貴重な知見が得られます。
電子を励起すると特有の波形を放出する可能性があることをアルバート・アインシュタインが理論立てた際、最終的に 1960 年の世界初のレーザー実用化につながる可能性の種が生まれました。当時、その用途として光ファイバーを使用する世界的通信網は想定されていなかったでしょうが、この技術は今や 21 世紀における通信接続の代名詞となりました。
OTDR テスターの発展において、長年にわたり数々の画期的な発見が活用されてきました。
OTDR には、レーザーダイオード光源、光ダイオード検出器、高精度タイミング (またはタイムベース) 回路が 1 つずつ含まれます。レーザーは、パルス状の光を特定の周波数で放射します。このパルス光は測定対象のファイバーに沿って伝播し、ファイバー区間を伝わる過程で送出光は反射/屈折または散乱され、ファイバーを逆戻りして OTDR の光検出器に向かいます。この戻り光が持つ強度と検出器に戻るまでの時間から、ファイバーのリンクに生じているイベントの損失値 (挿入および反射)、種類、位置がわかります。
レーザー光が光検出器に戻る過程で、次のような作用が働きます:
OTDR の機能
OTDR 測定が継承する有用性は、他では目にすることが不可能な光ファイバーケーブルの状態を診断できる点にあります。これは、リンク内に不具合を起こす可能性がある接合部や接続部を数多く含む場合に重要です。
ファイバー経路内において、特定の位置で想定以上の損失が生じている状態が見られる場合、光の反射減衰量 (ORL) および反射率の診断に利用できます。後方散乱の合計値がファイバー減衰量の合計値の目安となるため、この値を見積もることもできます。
これと同じ考え方が距離測定の計算に利用され、修理、トラブルシューティング、保守の必要性が生じた場合に非常に有用となります。ファイバーのリンク終端部またはファイバーの切断部では物質媒体が (ガラスから空気に) 変わることもあり、フレネル反射により検出可能です。分析結果に加えてファイバーの全長のほか、障害個所、接合部、接続部までの距離が画像表示により判定できます。
OTDR の種類
OTDR 測定の機能的有用性が増すにつれ、測定の速度、精度、レポート生成、保存機能の向上に対する要求増と相まって、提供される製品展開も多岐に渡っています。主要な製品カテゴリーは、卓上型と携帯型の 2 つです。卓上型 OTDR は基本的に AC 電源を備えた機能豊富な測定器である一方、携帯型または小型 OTDR は一般的に屋外利用を目的とし、軽量でバッテリーで動作する装置です。
こうした基本的な使い分けのほか、使用目的に応じて OTDR で利用する機能やオプションを慎重に検討する必要があります。重要な検討項目のひとつが、測定するファイバーの種類 (マルチモード、シングルモードまたは両方) です。このほかには、測定するファイバー長が挙げられます。長距離回線アプリケーション用に設計された製品は、一般的に高いダイナミックレンジ機能を持ちます。これは、FTTA など短い光ファイバーリンクの測定では必要とされません。
使い勝手を良くする機能も製品ごとに異なります。これもまた、製品選定において OTDR の使用用途が最も重要な要素となる理由のひとつです (OTDR 選定の重要要素)。例えば、軽量の製品は静的試験では必要ないかもしれませんが、エンジニアが移動通信用鉄塔に登ったり、その他の活動的状況で作業していたりする中で測定を実施する場合、重量のほか、バッテリー寿命や製品筐体の高耐久化などの特徴は一層重要になります。
OTDR のパラメーター
OTDR 測定の用途が多岐に渡るため、目下の作業に対してパラメーターを正しく設定することは、正確な測定結果を保証することにつながります。自動測定機能の利用はある種の測定では有用な場合もありますが、光ファイバー経路の長さ、種類、複雑性の変化を考慮してパラメーターを手動で設定することを引き続き推奨します。ファイバー経路を考慮に入れて正しいパラメーターを設定したら、次に同じ状況または類似の状況で測定を実施する場合に、こうした OTDR 測定の設定は測定器のメモリーから呼び出すことができます。
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