(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号を出力する信号源と、
前記第１変調信号に従って強度変調された監視光を前記光線路に出力する光源と、
前記第１変調信号に遅延を与えることにより第２変調信号を生成するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、
前記監視光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を前記第２変調信号に従って強度変調するとともに、該変調された反射光を、第１信号光と、該第１信号光の強度に対して相補的な強度を有する第２信号光とに振り分ける光変調器と、
前記第１信号光及び前記第２信号光を電気信号に変換し、該電気信号に変換された前記第１信号光と前記第２信号光との電力の差の時間積分値を表す積分値信号を出力する演算部と、
前記遅延部における遅延量を制御するとともに、前記積分値信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求める制御部と、
を備えることを特徴とする、光反射計測装置。
【請求項２】
前記演算部が、
前記第１信号光及び前記第２信号光を電気信号に変換する平衡検出器と、
前記積分値信号を生成する積分器と
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光反射計測装置。
【請求項３】
前記信号源が、Ｍ系列符号に基づいて前記第１変調信号を生成する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光反射計測装置。
【請求項４】
前記光源は、発振線幅が８００ＭＨｚ以上１．７ＧＨｚ以下である光を強度変調することにより前記監視光を生成する
ことを特徴とする、請求項１に記載の光反射計測装置。
【請求項５】
前記監視光が前記光線路の第１区間を伝搬する際に生じた反射光を検出して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する検出部と、
前記検出信号に基づいて、前記第１区間における反射率分布を計測する計測部と
を更に備え、
前記制御部は、前記積分値信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める
ことを特徴とする、請求項１に記載の光反射計測装置。
【請求項６】
光ファイバ線路を介して互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、
前記光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、
前記光結合器に光学的に接続された請求項１に記載の光反射計測装置と
を備え、
前記光源から出力される前記監視光が、前記光結合器を経て前記光ファイバ線路に伝搬し、
前記監視光が前記光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光が、前記光結合器を経て前記光反射計測装置に入力する
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項７】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号を生成し、
前記第１変調信号に従って強度変調された監視光を前記光線路に出力し、
遅延量が可変である遅延部により、前記信号源から出力された前記第１変調信号に遅延を与えることによって第２変調信号を生成し、
前記監視光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を前記第２変調信号に従って強度変調するとともに、該変調された反射光を、第１信号光と、該第１信号光の強度に対して相補的な強度を有する第２信号光とに振り分け、
前記第１信号光及び前記第２信号光を電気信号に変換し、該電気信号に変換された前記第１信号光と前記第２信号光との電力の差の時間積分値を表す積分値信号を演算し、
前記遅延部における遅延量を制御して、前記積分値信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求めることを特徴とする、光反射計測方法。
【請求項８】
Ｍ系列符号に基づいて前記第１変調信号を生成する
ことを特徴とする、請求項７に記載の光反射計測方法。
【請求項９】
前記監視光が前記光線路の第１区間を伝搬する際に生じた反射光を検出して当該反射光強度に応じた値の検出信号を生成し、
前記検出信号に基づいて、前記第１区間における反射率分布を計測し、
前記積分値信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める
ことを特徴とする、請求項７に記載の光反射計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光反射計測装置、光通信システム及び光反射計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。
【０００３】
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光反射計測装置が設けられる。光反射計測装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の光線路を監視光が伝搬する際に生じる反射光（フレネル反射光およびレイリー散乱光）に基づいて、その光線路における反射率分布を求め、その光線路における故障の箇所を検知する。そして、このような光反射計測装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求される。
【０００４】
光リフレクトメトリ技術としては、パルス状の監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定する光時間領域反射計測（ＯＴＤＲ；Optical Time DomainReflectometry）が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、光波コヒーレンス関数の合成を利用したリフレクトメトリである光コヒーレンス領域反射計測（ＯＣＤＲ；Optical Coherence Domain Reflectometry）も知られている。さらに、試験光として周波数を時間に対して線形に変調した連続光を用いるリフレクトメトリである光周波数領域反射計測法（ＯＦＤＲ；optical frequency domain reflectometry）も知られている。
【０００５】
特許文献１には、光部品や光伝送路などの光反射特性を測定するための光反射測定回路に関する技術が開示されている。この光反射測定回路では、ＯＣＤＲが用いられている。この回路は、光パルスを出力する光源としてのレーザを備える。レーザからの出力光は光カプラによって参照光および測定光に分岐される。測定光は光伝送路等に導かれ、この光伝送路等において反射したのち、当該反射光が光カプラを介して取り出される。そして、この反射光と光カプラから出力される参照光とのビート信号が光受信器によって受信される。なお、ＯＣＤＲ技術に関しては、非特許文献１にも記載されている。また、ＯＦＤＲ技術に関しては特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４８５９６号公報
【特許文献２】特開平８−１４５８４６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kazuo Hotate et al., Journal of Lightwave Technology, vol.24,pp.2541-2557 （2006）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的な光反射計測装置では、ＯＴＤＲが多く用いられている。このＯＴＤＲの空間分可能は光源から出力される光パルスのパルス幅によって決定されるので、空間分解能を高くするためには光パルスのパルス幅を短くする必要がある。そして、パルス幅を短くすると信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比；Signal to Noise ratio）が低下するので、光パルスのピーク強度を大きくする必要がある。しかしながら、ピーク強度を大きくすると、光線路の内部において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学効果が誘起されてしまい、Ｓ／Ｎ比を十分に高めることが困難となる。
【０００９】
加入者系の光通信システムに使用される光反射計測装置には数ｃｍ程度の空間分解能が要求されるが、このような理由により、ＯＴＤＲによって数ｃｍ程度の空間分解能を実現することは難しい。これに対し、ＯＣＤＲやＯＦＤＲによれば、例えば数ｋｍ遠方の反射点を数ｃｍの空間分解能で測定できることが可能である。しかしながら、従来のＯＣＤＲやＯＦＤＲでは回路構成が複雑になる等の種々の問題がある。
【００１０】
本発明は、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる光反射計測装置、光通信システム及び光反射計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明による光反射計測装置は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、（１）自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号を出力する信号源と、（２）第１変調信号に従って強度変調された監視光を光線路に出力する光源と、（３）第１変調信号に遅延を与えることにより第２変調信号を生成するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、（４）監視光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を第２変調信号に従って強度変調するとともに、該変調された反射光を、第１信号光と、該第１信号光の強度に対して相補的な強度を有する第２信号光とに振り分ける光変調器と、（５）第１信号光及び第２信号光を電気信号に変換し、該電気信号に変換された第１信号光と第２信号光との電力の差の時間積分値を表す積分値信号を出力する演算部と、（６）遅延部における遅延量を制御するとともに、積分値信号に基づいて光線路における反射率分布を求める制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、上記光反射計測装置では、演算部が、第１信号光及び第２信号光を電気信号に変換する平衡検出器と、積分値信号を生成する積分器とを含むことが好適である。
【００１３】
また、上記光反射計測装置では、信号源が、Ｍ系列符号に基づいて第１変調信号を生成することが好適である。
【００１４】
また、上記光反射計測装置では、光源が、発振線幅が８００ＭＨｚ以上１．７ＧＨｚ以下である光を強度変調することにより監視光を生成することが好適である。
【００１５】
また、上記光反射計測装置は、監視光が光線路の第１区間を伝搬する際に生じた反射光を検出して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する検出部と、検出信号に基づいて、第１区間における反射率分布を計測する計測部とを更に備え、制御部は、積分値信号に基づいて、光線路の第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求めることが好適である。
【００１６】
また、本発明による光通信システムは、光ファイバ線路を介して互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、光結合器に光学的に接続された請求項１に記載の光反射計測装置とを備え、光源から出力される監視光が、光結合器を経て光ファイバ線路に伝搬し、監視光が光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光が、光結合器を経て光反射計測装置に入力することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による光反射計測方法は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号を生成し、第１変調信号に従って強度変調された監視光を光線路に出力し、遅延量が可変である遅延部により、信号源から出力された第１変調信号に遅延を与えることによって第２変調信号を生成し、監視光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を第２変調信号に従って強度変調するとともに、該変調された反射光を、第１信号光と、該第１信号光の強度に対して相補的な強度を有する第２信号光とに振り分け、第１信号光及び第２信号光を電気信号に変換し、該電気信号に変換された第１信号光と第２信号光との電力の差の時間積分値を表す積分値信号を演算し、遅延部における遅延量を制御して、積分値信号に基づいて光線路における反射率分布を求めることを特徴とする。
【００１８】
また、上記光反射計測方法では、Ｍ系列符号に基づいて第１変調信号を生成することが好適である。
【００１９】
また、光反射計測方法では、監視光が光線路の第１区間を伝搬する際に生じた反射光を検出して当該反射光強度に応じた値の検出信号を生成し、検出信号に基づいて、第１区間における反射率分布を計測し、積分値信号に基づいて、光線路の第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求めることが好適である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による光反射計測装置、光通信システム及び光反射計測方法によれば、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光反射計測装置の構成を示す図である。
【図２】光位相雑音及び光位相差の時間変化の一例を模式的に示す図である。
【図３】発振線幅と伝送速度との関係の一例を示すグラフである。
【図４】空間分解能の判断基準としての反射点間の最小完全識別距離を説明するための図である。
【図５】空間分解能の判断基準としての反射点間の最小完全識別距離を説明するための図である。
【図６】空間分解能の判断基準としての反射点間の最小完全識別距離を説明するための図である。
【図７】方向性結合器の構成例を示す図である。
【図８】マッハツェンダー干渉計の構成例を示す図である。
【図９】ＭＥＭＳミラーを利用した光変調器の構成を示す図である。
【図１０】光チョッパーを利用した光変調器の構成を示す図である。
【図１１】一実施例としての測定手順を示すために、光線路を示す図である。
【図１２】光線路の全範囲を大きな空間分解能（１００ｍ）にて測定した場合における、反射率分布の一例を示す図である。
【図１３】図１２の反射率分布において反射マーカーが密集している区間を選択し、空間分解能を上げてその区間の計測を行った場合の反射率分布の一例を示す図である。
【図１４】図１３の反射率分布において反射マーカーが密集している区間を選択し、空間分解能を上げてその区間の計測を行った場合の反射率分布の一例を示す図である。
【図１５】図１４の反射率分布において反射マーカーが密集している区間を選択し、空間分解能を上げてその区間の計測を行った場合の反射率分布の一例を示す図である。
【図１６】第１実施形態に係る光反射計測装置の変形例として、光反射計測装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第２実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による光反射計測装置、光通信システム及び光反射計測方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光反射計測装置１Ａの構成を示す図である。この図に示される光反射計測装置１Ａは、光線路（例えば光ファイバ線路）１０における反射率分布を計測する装置であって、信号源２、光源３、光サーキュレータ４、遅延部５、光検出器６および制御部７を備える。
【００２４】
信号源２は、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号ｍＮ（ｔ）を、光源３及び遅延部５へ出力する。第１変調信号ｍＮ（ｔ）は、Ｍ系列符号に基づいて生成された信号であり、より好ましくは、Ｎ段（符号長２Ｎ−１）のＭ系列疑似乱数符号から生成された疑似乱数列信号である。信号源２は、Ｍ系列疑似乱数符号の０と１とを、第１変調信号（疑似乱数列信号）ｍＮ（ｔ）の−１と１とにそれぞれ対応付ける。なお、Ｎは整数であり、ｔは時間を表す。
【００２５】
光源３は、信号源２から出力された第１変調信号ｍＮ（ｔ）に従って強度変調された監視光Ｌ１を、光サーキュレータ４を介して光線路１０へ出力する。好適には、光源３はレーザダイオードを含む。光サーキュレータ４は、光源３から出力されて到達した監視光Ｌ１を光線路１０へ出力するとともに、その監視光Ｌ１が光線路１０を伝搬する際に生じた反射光（後方伝搬光）Ｌ２を入力して該反射光Ｌ２を光検出器６へ出力する。
【００２６】
遅延部５は、信号源２と電気的に接続されており、信号源２から提供された第１変調信号ｍＮ（ｔ）に対して時間τだけ遅延を与えることによって第２変調信号ｍＮ（ｔ−τ）を生成する。この遅延量τは可変であり、制御部７によって制御される。
【００２７】
光検出器６は、光変調器１１と、平衡検出器１２と、積分器１３とを有する。光変調器１１は、光サーキュレータ４と光学的に結合されており、また、遅延部５と電気的に接続されている。光変調器１１は、光サーキュレータ４から反射光Ｌ２を受け、また、遅延部５から第２変調信号ｍＮ（ｔ−τ）を受ける。光変調器１１は、反射光Ｌ２を第２変調信号ｍＮ（ｔ−τ）に従って強度変調する。そして、光変調器１１は、この強度変調された反射光を、第１信号光Ｌ３と、該第１信号光Ｌ３の強度に対して相補的な強度を有する第２信号光Ｌ４とに振り分ける。
【００２８】
平衡検出器１２及び積分器１３は、本実施形態における演算部１４を構成する。演算部１４は、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を電気信号に変換し、電気信号に変換された第１信号光Ｌ３と第２信号光Ｌ４との電力の差の時間積分値を演算する。演算部１４は、この時間積分値を表す積分値信号Ｖを、制御部７へ出力する。制御部７は、遅延部５における遅延量τを制御するとともに、演算部１４から出力された積分値信号Ｖに基づいて光線路１０における反射率分布を求め、また、その求めた反射率分布を表示する。
【００２９】
演算部１４の平衡検出器１２は、光変調器１１と光学的に結合されており、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を光変調器１１から受ける。以下、平衡検出器１２及び積分器１３の機能について説明する。なお、以下の説明において、虚数単位をｊ＝−ｉとする。また、以下に説明する方法を、符号相関領域反射計測法（ＣＣＤＲ；Code Correlation Domain Reflectometry）と称することがある。
【００３０】
まず、光源３から出力される監視光Ｌ１の光電界強度Ｅｆ（ｔ）は、次の数式（１）によって表される。なお、数式（１）において、Ｚ０は特性インピーダンス、Ｐは平均光電力、ｐｎ（ｔ）は光電力雑音、ｆ０は光周波数、θｎ（ｔ）は光位相雑音である。
【数１】
0005541067.tif 000002
【００３１】
また、光線路１０上にＮｒ個の反射点（光反射計測装置からの距離ｚ１〜ｚＮｒ）が存在する場合、反射光Ｌ２の光電界強度Ｅｂ（ｔ）は、次の数式（２）によって表される。なお、数式（２）において、ｒｎは光反射計測装置１Ａの入出力端から見たｎ番目の反射点（距離ｚｎ）の複素振幅反射率、ｖｇは光線路１０の群速度である。
【数２】
0005541067.tif 000003
【００３２】
ここで、平衡検出器１２に入力される第１信号光Ｌ３の光電界振幅Ｅ＋（ｔ）及び第２信号光Ｌ４の光電界振幅Ｅ−（ｔ）は、次の数式（３）によって表される。なお、数式（３）において、φは光電界の位相回転である。
【数３】
0005541067.tif 000004
したがって、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を電気信号に変換すると、該電気信号の電力Ｐ＋（ｔ）及びＰ−（ｔ）は、次の数式（４）によって表される。
【数４】
0005541067.tif 000005
【００３３】
平衡検出器１２及び積分器１３の特性が理想的なものであると仮定すると、積分器１３から出力される積分値信号Ｖは、次の数式（５）によって表される。なお、数式（５）において、Ｓは平衡検出器の光電変換係数である。
【数５】
0005541067.tif 000006
【００３４】
なお、数式（５）右辺のＰ＋（ｔ）−Ｐ−（ｔ）は、次の数式（６）によって求められる。
【数６】
0005541067.tif 000007
【００３５】
また、数式（６）右辺の｜Ｅｂ（ｔ）｜２は、次の数式（７）によって求められる。
【数７】
0005541067.tif 000008
【００３６】
また、数式（７）右辺のｐｍｎ（ｔ）は、次の数式（８）によって求められる。
【数８】
0005541067.tif 000009
【００３７】
また、数式（８）右辺のＭｍｎ（ｔ）は、次の数式（９）によって求められる。
【数９】
0005541067.tif 000010
【００３８】
また、数式（７）右辺のΘｍｎ（ｔ）は、次の数式（１０）によって求められる。
【数１０】
0005541067.tif 000011
【００３９】
第１変調信号ｍＮ（ｔ）は区分的に連続なので、平均値の定理から、上述した数式（５）の近似として、次の数式（１１）を得ることができる。
【数１１】
0005541067.tif 000012
【００４０】
ここで、光位相雑音θｎがコヒーレンス時間τｃに一回不連続に変化する区間［−π，π］の一様乱数であると仮定する。この仮定は、特に光源３が半導体レーザを含む場合に妥当である。二つの反射点ｚｍ及びｚｎからの反射光Ｌ２の遅延時間差τｍｎがコヒーレンス時間τｃに対して十分に短ければ、光位相差Θｍｎはほぼ０となる。一方、遅延時間差τｍｎがコヒーレンス時間τｃに対し十分に長ければ、光位相差Θｍｎは区間［−π，π］の一様乱数になる。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、光位相雑音θｎ及び光位相差Θｍｎの時間変化の一例を模式的に示す図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、縦軸は光位相雑音θｎ及び光位相差Θｍｎを示し、横軸は規格化された時間ｔ／τｃを示している。また、図２（ｂ）において、実線で示されるグラフＧ１１は反射点間の距離が短い場合を示し、破線で示されるグラフＧ１２は反射点間の距離が長い場合を示している。
【００４１】
以上の議論から、積分値信号Ｖの信号値Ｖ（ｔ）は、数式（１２）及び（１３）によって近似される。なお、数式（１２）及び（１３）において、ｚｍｎ及びζｍｎは、反射点ｚｍからの反射光Ｌ２とｚｎからの反射光Ｌ２との干渉、及びＭ系列符号の性質による見かけの反射点であり、ｓｍｎ及びσｍｎはパルスの重なりである。
【数１２】
0005541067.tif 000013
【数１３】
0005541067.tif 000014
【００４２】
なお、上述した数式（１２）は、光位相雑音θｎを一様乱数と仮定して導出されている。しかし、監視光Ｌ１がレーザ光から生成される場合には、次の数式（１４）を数式（１２）に代えて適用してもよい。
【数１４】
0005541067.tif 000015
【００４３】
数式（１２）および数式（１４）から、反射点間の距離が監視光Ｌ１のコヒーレンス長より十分に長ければ、見かけの反射が消失することがわかる。したがって、高い空間分解能を実現するためには、コヒーレンス長が短いレーザ光を高速変調すればよい。ここで、伝送速度Ｂと伝送可能距離Ｌの評価として、次の数式（１５）に示される関係が成り立つ。なお、数式（１５）において、Ｄは分散、Δλは監視光Ｌ１のスペクトル線幅である。
【数１５】
0005541067.tif 000016
【００４４】
なお、監視光Ｌ１は光線路１０を往復するので、最大測定可能距離ｚｍａｘは伝送可能距離Ｌの半分弱となる（数式（１６））。
【数１６】
0005541067.tif 000017
監視光Ｌ１のスペクトル線幅Δλは、監視光Ｌ１の発振線幅Δｆと伝送速度Ｂとの和によって評価される（数式（１７））。なお、数式（１７）において、λは監視光Ｌ１の中心波長であり、ｃは真空の光速度である。
【数１７】
0005541067.tif 000018
【００４５】
上述した数式（１５）、（１６）及び（１７）から、発振線幅Δｆと伝送速度Ｂとの関係として、次の数式（１８）が得られる。
【数１８】
0005541067.tif 000019
また、反射点間の距離が監視光Ｌ１のコヒーレンス長より十分に長いという条件を、発振線幅Δｆと伝送速度Ｂとの関係として表すと、数式（１９）が得られる。
【数１９】
0005541067.tif 000020
【００４６】
以上に述べた理論を纏めると、数式（１８）と数式（１９）とが両立する条件下において、次の数式（２０）が成り立つ。
【数２０】
0005541067.tif 000021
また、以上の理論においては変調度μを１としているが、数式（１８）と数式（１９）とが両立する条件下において０＜μ＜１としたとき、次の数式（２１）が成り立つ。
【数２１】
0005541067.tif 000022
本実施形態の演算部１４（平衡検出器１２及び積分器１３）は、上記の演算を行うことによって積分値信号Ｖを生成し、この積分値信号Ｖを制御部７へ出力する。
【００４７】
ここで、図３は、発振線幅Δｆと伝送速度Ｂとの関係の一例を示すグラフである。図３において、グラフＧ２１〜Ｇ２４は、それぞれ最大測定距離が１０ｋｍ、２０ｋｍ、３０ｋｍ及び４０ｋｍである場合の関係を示している。縦軸は発振線幅（単位ＧＨｚ）を示し、横軸は伝送速度（単位Ｇｂｐｓ）を示している。これらのグラフＧ２１〜Ｇ２４は、光線路１０としてシングルモード光ファイバ（ゼロ分散波長１３１０ｎｍ、ゼロ分散スロープ０．０９２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）を用い、監視光Ｌ１の波長を１６５０ｎｍとした場合を示している。なお、グラフＧ２５は、最小発振線幅を示している。発振線幅がこの最小発振線幅より高い領域では、見かけの反射ピークは発生しない。
【００４８】
また、図４〜図６は、空間分解能の判断基準としての反射点間の最小完全識別距離を説明するための図である。図４〜図６において、縦軸は積分値信号Ｖの大きさを示し、横軸は光線路１０における光反射計測装置１Ａからの距離ｚを示している。また、図中に示されるピーク波形Ａ１及びＡ２は、それぞれ別個の反射点における反射光Ｌ２の波形を示しており、太い実線Ａ３は実際に生成される積分値信号Ｖの波形を示している。なお、ピーク波形Ａ１及びＡ２の幅Ｄ１は２ｖｇ／Ｂである。図４に示されるようにピーク波形Ａ１とピーク波形Ａ２とが全く重ならない最短のピーク間距離Ｄ２＝（２ｖｇ／Ｂ）を、最小完全識別距離と称する。また、図５に示されるようにピーク波形Ａ１とピーク波形Ａ２とが一部重なるピーク間距離Ｄ２＝（３ｖｇ／４Ｂ）を、識別可能距離と称する。また、図６に示されるようにピーク波形Ａ１及びＡ２の幅Ｄ１の半分のピーク間距離Ｄ２＝（ｖｇ／Ｂ）を、識別可能距離と称する。本実施形態では、図４に示された距離Ｄ２＝（２ｖｇ／Ｂ）を以て、空間分解能とする。
【００４９】
図３に示されるように、発振線幅Δｆが８００ＭＨｚ以上１．７ＧＨｚ以下であり、且つ伝送速度Ｂが８．０Ｇｂｐｓ以上８．５Ｇｂｐｓ以下の範囲内であれば、最大測定距離を２０ｋｍとし、反射点間の空間分解能を５ｃｍ以下とすることが可能である。したがって、発振線幅Δｆは８００ＭＨｚ以上１．７ＧＨｚ以下であることが好ましく、伝送速度Ｂは８．０Ｇｂｐｓ以上８．５Ｇｂｐｓ以下であることが好ましい。なお、空間分解能を６．７ｃｍまで低下させることにより、発振線幅Δｆが１ＧＨｚ、伝送速度Ｂが６．０Ｇｂｐｓである場合に最大測定距離を４０ｋｍまで延長することができる。
【００５０】
本実施形態に係る光反射計測方法は、上述した光反射計測装置１Ａを用いて反射率分布を計測する方法である。すなわち、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する第１変調信号ｍＮ（ｔ）をＭ系列符号に基づいて生成し、第１変調信号ｍＮ（ｔ）に従って強度変調された監視光Ｌ１を光線路１０に出力する。そして、遅延量τが可変である遅延部５により、信号源２から出力された第１変調信号ｍＮ（ｔ）に遅延τを与えることによって第２変調信号ｍＮ（ｔ−τ）を生成する。
【００５１】
続いて、監視光Ｌ１が光線路１０を伝搬する際に生じた反射光Ｌ２を第２変調信号ｍＮ（ｔ−τ）に従って強度変調するとともに、該変調された反射光Ｌ２を、互いに相補的な第１信号光Ｌ３と第２信号光Ｌ４とに振り分ける。そして、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を電気信号に変換し、これらの電力の差の時間積分値を表す積分値信号Ｖを演算する。最後に、遅延部５における遅延量τを制御して、積分値信号Ｖに基づいて光線路１０における反射率分布を求める。
【００５２】
続いて、光反射計測装置１Ａが備える光源３、光変調器１１、及び積分器１３の好適な構成について更に詳細に説明する。
【００５３】
光源３は、上述した数式（１８）及び（１９）を満たす発振線幅Δｆを有するレーザ光を発生し、そのレーザ光を疑似乱数列信号ｍＮに基づいて強度変調できることが好ましい。このようなレーザ光の発生手段としては、半導体レーザダイオードが適している。また、強度変調の手段としては、例えば、レーザダイオードを直接変調するための駆動回路、若しくはレーザダイオードから出力されたレーザ光を強度変調する光変調器が好適である。
【００５４】
本実施形態の光変調器１１は、相補的な第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を出力する。このような光変調器１１としては、方向性結合器、マッハツェンダー干渉計、微小電気機械系（ＭＥＭＳ、Micro Electric Machine System）ミラー、光チョッパーなどを採用することができる。なお、表１は、本実施形態の光反射計測装置１Ａにおいて採用可能な光変調器の一覧を示している。
【表１】
0005541067.tif 000023
【００５５】
図７は、方向性結合器の構成例を示す図である。図７に示される方向性結合器２０は、２本の光導波路２１及び２２と、一対の電極２３及び２４とを有する。光導波路２１及び２２は、互いに近接して平行に延びる光結合部２５を構成しており、一対の電極２３及び２４は、この光結合部２５を間に挟む位置に配置されている。そして、電極２３と電極２４との間に駆動電圧ＶＤＣが印加されると、光結合部２５に生じる電界によって光導波路２１及び２２の屈折率が変化し、光結合部２５の結合長が変化する。光導波路２１の一端側に入射した反射光Ｌ２は、このような作用によって振り分けられ、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４として光導波路２１及び２２の他端側から出力される。
【００５６】
図８は、マッハツェンダー干渉計の構成例を示す図である。図８に示されるマッハツェンダー干渉計３０は、２本の光導波路３１及び３２と、一対の電極３３及び３４とを有する。光導波路３１及び３２は、互いに近接して平行に延びる二箇所の光結合部３５及び３６を構成しており、一対の電極３３及び３４は、光結合部３５と光結合部３６との間において、一方の光導波路３１を挟むように配置されている。そして、電極３３と電極３４との間に駆動電圧ＶＭＺが印加されると、その電界によって、光結合部３５と光結合部３６との間における光導波路３１の屈折率が変化し、光導波路３１の光路長が変化する。光導波路３１の一端側に入射した反射光Ｌ２は、このような作用によって振り分けられ、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４として光導波路３１及び３２の他端側から出力される。
【００５７】
なお、方向性結合器２０又はマッハツェンダー干渉計３０から成る光変調器としては、電気光学効果型、電界吸収型および半導体光増幅器型のものがある。電気光学効果型の光変調器は、電気光学効果による屈折率変化を利用するものである。また、電界吸収型の光変調器は、フランツ・ケルディッシュ効果や量子閉じ込めシュタルク効果による吸収端偏移に起因する屈折率変化を利用するものである。また、半導体光増幅器型の光変調器は、キャリア密度変化に起因する屈折率変化を利用するものである。電界吸収型の光変調器では、動作波長を吸収端から遠くすることにより光吸収に伴う過剰損失を低減できる。また、動作波長を吸収端から近くすることにより、屈折率変化を大きくして動作電圧を低くすることができる。半導体光増幅器型の光変調器では、多数キャリアの密度を変えるので、電気光学効果型や電界吸収型と比較して変調速度が遅い場合に適している。
【００５８】
図９は、ＭＥＭＳミラーを利用した光変調器４０の構成を示す図である。図９に示されるように、光変調器４０では、導電性のミラー４１が揺動可能に支持され、且つその支持点は接地されている。そして、ミラー４１の両端部のそれぞれと対向するように一対の固定電極４２ａ及び４２ｂが配置され、これらの電極４２ａ及び４２ｂには、それぞれ抵抗４３ａ及び４３ｂを介して電源電圧Ｖｃｃが提供される。ミラー４１の偏角は、電極４２ａ及び４２ｂに印加される電圧による静電引力や電磁力によって変化する。電極４２ａ及び４２ｂそれぞれと接地電位線との間には、スイッチとしてのトランジスタ４４ａ，４４ｂそれぞれが接続されている。これらのトランジスタ４４ａ，４４ｂの導通／非導通は、増幅器４５ａ，４５ｂを介して提供される制御電圧ＶＭＭによって制御される。この光変調器４０では、ミラー４１に入射した反射光Ｌ２が、ミラー４１の偏角に応じて振り分けられ、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４として出力される。
【００５９】
図１０は、光チョッパーを利用した光変調器５０の構成を示す図である。なお、図１０（ａ）は光変調器５０の側面図であり、図１０（ｂ）は光変調器５０の平面図である。図１０に示されるように、光変調器５０はエンコーダディスク５１を有する。このエンコーダディスク５１には、Ｍ系列符号に対応する反射パターン５１ａが形成されている。そして、回転軸５１ｂを中心としてエンコーダディスク５１を回転させながら反射パターン５１ａに反射光Ｌ２を入射させることにより、反射及び透過を繰り返しながら反射光Ｌ２を振り分け、第１信号光Ｌ３及び第２信号光Ｌ４を生成することができる。なお、図９に示された光変調器４０および図１０に示された光変調器５０はいずれも機械式であるため、変調速度が比較的遅い場合に好適である。
【００６０】
本実施形態の積分器１３は、例えば時定数が比較的大きい低域通過フィルタによって好適に構成される。一実施例として、最大測定距離が２０ｋｍである場合、疑似乱数列信号ｍＮの周期は０．２ｍｓ以上であることが好ましい。すなわち、フィルタの時定数を０．２ｍｓに対して十分に大きくする（換言すれば、遮断周波数を８０Ｈｚより十分に低くする）ことによって、低域通過フィルタを積分器として機能させることができる。なお、平衡検出器１２が有するフォトダイオードの受光面が広いことによりフォトダイオードの寄生容量が大きい場合には、このフォトダイオードが低域通過フィルタとして機能することができる。このように、フォトダイオードの遮断周波数が低い場合には、積分器１３を省略することが可能である。
【００６１】
なお、上述した方式は積分器１３をアナログ回路によって実現するものであるが、積分器１３は、上述したものより更に遮断周波数が高い低域通過フィルタを有し、この低域通過フィルタを通過した信号をデジタル信号に変換した後に、このデジタル信号を数値積分する方式を有してもよい。積分器１３がこのような方式を有することによって、低域通過フィルタの遮断周波数を、１／ｆ雑音による影響が生じる周波数帯より高くすることが可能となる。従って、Ｓ／Ｎ比を更に改善できる。
【００６２】
図１１は、一実施例としての測定手順を示すために、光線路Ｆを示す図である。この光線路Ｆは、光反射計測装置１Ａに一端が結合された光ファイバ線路Ｆ０と、この光ファイバ線路Ｆ０の他端から分岐された複数（本実施形態では８本）の光ファイバ線路Ｆ１〜Ｆ８とによって構成される。光ファイバ線路Ｆ０の長さは例えば７ｋｍであり、光ファイバ線路Ｆ０の一端から各光ファイバ線路Ｆ１〜Ｆ８の各端部までの距離は、それぞれ次の通りである（単位：ｍ）。
Ｆ１：８１００．００
Ｆ２：８２００．００
Ｆ３：８３００．００
Ｆ４：８５００．００
Ｆ５：８８００．００
Ｆ６：８８００．１０
Ｆ７：８８０１．００
Ｆ８：８８１０．００
【００６３】
まず、光線路Ｆの全範囲を大きな空間分解能（例えば１００ｍ）にて測定する。このとき、疑似乱数列信号ｍＮのＭ系列符号の段数Ｎを１７とすると、疑似乱数列信号ｍＮの周期は６６ｍｓとなり、監視光Ｌ１の往復時間は長くとも０．１ｍｓなので、１分強といった短い時間で反射率分布を取得できる。なお、このときの反射率分布の一例を図１２に示す。
【００６４】
次に、上記反射率分布において反射マーカーが密集している区間を選択し、空間分解能を上げてその区間の計測を行う。例えば、図１２に示された反射率分布における８０００ｍないし９０００ｍの区間を選択し、Ｎ＝１７のＭ系列符号による疑似乱数列信号ｍＮを使用して小さな空間分解能（例えば１０ｍ）にて測定する。これにより、７秒程度といった短い時間で反射率分布を取得できる。なお、このときの反射率分布の一例を図１３に示す。以後、反射マーカーが密集している区間を選択し、空間分解能に応じて、Ｍ系列符号の段数Ｎを疑似乱数列信号ｍＮの周期が監視光Ｌ１の往復時間を超えるように選択しつつ、同様の操作を繰り返す。これにより、例えば図１４及び図１５に示されるような、空間分解能がより小さい反射率分布を短い時間で取得することができる。
【００６５】
なお、Ｎ段のＭ系列符号を使用する場合、測定可能な反射率のダイナミックレンジが３×Ｎ（ｄＢ）程度となるので、測定時間を許容できる範囲で最も長いＭ系列符号を使用することが望ましい。
【００６６】
以上に説明したように、本発明による光反射計測装置１Ａ及び光反射計測方法によれば、光線路１０における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる。また、光反射計測装置１Ａ及び光反射計測方法によれば、相関関数の合成のための乗算回路及び積分回路を、光変調器１１、低速低雑音の平衡検出器１２及び積分器１３の組み合わせによって実現しているので、簡易な構成で反射率分布を計測することができる。また、本実施形態に係る光反射計測装置１Ａ及び光反射計測方法は、本質的にレーザ光の位相雑音や偏波雑音に対して高い耐性を有する。したがって、レーザダイオードや光変調器といった光デバイスの選択の自由度が高いので、部材コストを低減し、且つ信頼性を高めることが容易にできる。また、光反射計測装置１Ａ及び光反射計測方法によれば、相関関数の形状やダイナミックレンジの観点から、レイリー散乱の検出は十分に可能である。
【００６７】
（変形例）
図１６は、本実施形態に係る光反射計測装置１Ａの変形例として、光反射計測装置１Ｂの構成を示す図である。本変形例に係る光反射計測装置１Ｂは、上述した光反射計測装置１Ａの構成に加えて、検出部１５及び計測部１６を更に備える。検出部１５は、光サーキュレータ４を介して光線路１０と光結合しており、監視光Ｌ１が光線路１０における一区間（第１区間）を伝搬する際に生じた反射光Ｌ２を検出し、この反射光Ｌ２の強度に応じた値の検出信号Ｓ１を出力する。
【００６８】
計測部１６は、検出部１５から提供された検出信号Ｓ１に基づいて、ＯＴＤＲ、ＯＣＤＲ、ＯＤＦＲ等により反射率分布を測定する光反射計測装置であり、第１区間における反射率分布を計測する。計測部１６は、反射率分布の計測結果を制御部６０へ出力する。制御部６０は、計測部１６から提供された計測結果に基づいて第１区間における反射率分布を把握する。そして、制御部６０は、第１区間に含まれる区間であって反射点が存在する区間（第２区間）について、光検出器６からの積分値信号Ｖに基づいて反射率分布を求め、当該反射点までの距離を特定する。
【００６９】
本変形例に係る光反射計測装置１Ｂ及び光反射計測方法によれば、空間分解能が比較的低いＯＴＤＲによって第１区間における反射点の位置を速やかに特定し、この反射点の位置を、検出部１５からの積分値信号Ｖに基づいて、上述した方法により高い空間分解能でもって特定することができる。したがって、短い計測時間で高い空間分解能を実現することができる。なお、本変形例では検出部１５が光サーキュレータ４に結合されているが、検出部１５は、光変調器１１の光入力側または光出力側に結合されてもよく、或いは平衡検出器１２の光入力側に結合されてもよい。また、ＯＣＤＲやＯＦＤＲといった分解能の高い光反射計測方法によって、第１区間における反射点の位置を特定してもよい。
【００７０】
（第２の実施の形態）
図１７は、本発明の第２実施形態に係る光通信システム１００の構成を示す図である。本実施形態の光通信システム１００は、光ファイバ線路１０１を介して互いに光学的に接続された局側端末１１０と加入者端末１２０との間で光通信を行うためのシステムである。光通信システム１００は、光ファイバ線路１０１の途中に設けられた光結合器１３０と、光結合器１３０に光学的に接続された光反射計測装置１Ａ（または１Ｂ）とを備える。
【００７１】
この光通信システム１００では、光反射計測装置１Ａの光源３（図１を参照）から出力される監視光Ｌ１が、光結合器１３０を経て光ファイバ線路１０１に伝搬する。そして、監視光Ｌ１が光ファイバ線路１０１を伝搬する際に生じる反射光Ｌ２が、光結合器１３０を経て光反射計測装置１Ａ（または１Ｂ）に入力する。このような構成によって、光ファイバ線路１０１における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる。
【符号の説明】
【００７２】
１Ａ，１Ｂ…光反射計測装置、２…信号源、３…光源、４…光サーキュレータ、５…遅延部、６…光検出器、７…制御部、１０…光線路、１１，４０，５０…光変調器、１２…平衡検出器、１３…積分器、１４…演算部、１５…検出部、１６…計測部、２０…方向性結合器、２１，２２，３１，３２…光導波路、２３，２４，３３，３４…電極、２５，３５，３６…光結合部、３０…マッハツェンダー干渉計、４１…ミラー、４２ａ，４２ｂ…固定電極、５０…光変調器、５１…エンコーダディスク、６０…制御部、１００…光通信システム、１０１…光ファイバ線路、１１０…局側端末、１２０…加入者端末、１３０…光結合器、Ｆ…光線路、Ｆ０〜Ｆ８…光ファイバ線路、Ｌ１…監視光、Ｌ２…反射光、Ｌ３…第１信号光、Ｌ４…第２信号光、ｍＮ（ｔ）…第１変調信号、ｍＮ（ｔ−τ）…第２変調信号、Ｖ…積分値信号。
【図１】
0005541067.tif 000024
【図２】
0005541067.tif 000025
【図３】
0005541067.tif 000026
【図４】
0005541067.tif 000027
【図５】
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【図６】
0005541067.tif 000029
【図７】
0005541067.tif 000030
【図８】
0005541067.tif 000031
【図９】
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【図１０】
0005541067.tif 000033
【図１１】
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【図１２】
0005541067.tif 000035
【図１３】
0005541067.tif 000036
【図１４】
0005541067.tif 000037
【図１５】
0005541067.tif 000038
【図１６】
0005541067.tif 000039
【図１７】
0005541067.tif 000040