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光デバイス講座
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OFDR/波長掃引光源のメリット


OFDRとは

OFDR(Optical Frequency Domain Reflectometry)は、レーザ光の可干渉性を利用した光計測手法のひとつです。レーザ光の出射位置から測定対象点までの距離を非接触かつ高精度に計測できますので、近年ではさまざまな分野で応用されています。


OFDRに使用する波長掃引光源

アンリツでは、OFDRに最適な波長掃引光源を開発しています。ここでは、波長掃引光源を使用したOFDRについて紹介します。OFDRについてさらに詳しく知りたい方は、テクニカルノート『基本動作原理とOFDR計測について』をご覧ください。

テクニカルノート『基本動作原理とOFDR計測について』 >


OFDRで用いる波長掃引光源は、測定対象によって適切なものを選択する必要があります。OFDRを実施する際に、 「測定対象をどのように計測したいか」、「その計測では何を重視すべきか」を考え、適した波長掃引光源の性能について検討を行います。

OFDRへの要求項目 波長掃引光源に要求される性能
距離の分解能を高めたい 波長掃引範囲を広くする
計測時間を早めたい 掃引の繰り返し周期を早める
測定範囲を広げたい コヒーレンス長を長くする
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OFDRの原理

OFDRの光計測手法による測定ブロック図は、下図のようになります。

OFDRの光計測手法による測定ブロック図

波長掃引光源から出力した光を、光カプラにて参照光路LRと測定光路LMに分岐します。測定光路LMを伝搬する光は、光サーキュレータ、レンズを介して被測定物にあたり、ここから反射された後、再びレンズ、光サーキュレータを介して、参照光路LRと合波されます。波長が掃引されているため、参照光路LRを伝搬した光の波長と、測定光路LMを伝搬した光の波長は異なります。したがって、合波された光は参照光路LRと測定光路LMの光路長差に応じた干渉光となり、これを受光器で電気信号に変換すると、上図で赤い波形で示された測定信号(f BEAT)となります。

光路長差が小さい場合(=被測定物までの距離が短い場合)では、それぞれの光路を伝搬した光の波長差が小さくなるため、測定信号を模式的に示すと下図の(a)となります。逆に光路長差が大きい場合(=被測定物までの距離が長い場合)では、波長差が大きくなるため、測定信号は下図の(b)として観測されます。

光路長差の大小と測定信号

つまり、被測定物までの距離は測定信号の周波数に置き換えることができるため、測定信号の波の数をカウントすることで被測定物までの距離が得られます。下図は、測定信号をFFT解析した結果です。被測定物までの距離が近いと周波数は低くなります。逆に被測定物までの距離が遠くなるに従い、周波数も高くなります。

被測定物までの距離と周波数
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OFDRと各種の空間測定方式の比較

下図は、各種の空間測定方式を比較した表です。測長範囲(=測定レンジ)と距離の分解能との関係で表しており、アンリツの波長掃引光源を使用したOFDRは、広い測定レンジで良好な分解能を得ることができます。 また、表中のOCT(Optical Coherence Tomography)は、SLD光源および波長掃引光源のページで詳細を紹介していますので、こちらもご覧ください。

OFDRと各種の空間測定方式の比較


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