(57)【要約】【課題】周波数多重数の増大、中心周波数の異なる光パルスの周波数軸上の高密度配置に際して、クロストークを抑制して信号の再現性を維持する。【解決手段】試験光パルスと波長の異なるダミー光パルスを試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成し、その光パルス信号を被試験光ファイバに入射して、被試験光ファイバから反射光または後方散乱光を取得し、反射光または後方散乱光と局発光を光結合した光信号を光受信して電流信号を取得し、その電流信号を複数の周波数成分毎に分離して光パルス信号の被試験光ファイバからの反射光または後方散乱光の反射率分布を求める演算処理を実行する。演算処理では、入力信号に窓関数を適用してパワースペクトルを算出するものとし、試験光パルス及びダミー光パルスの時間に対する強度波形が、演算処理にて適用される窓関数と同形状で、かつ互いに正負が逆になるように、試験光及びダミー光を強度変調する。【選択図】      図１
2014157134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな第１の信号光を発生する第１の信号光発生手段と、
前記第１の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、
前記試験光の光周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる光周波数制御手段と、
前記光周波数制御手段で光周波数制御が施された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成する第１の光パルス化手段と、
前記第１の信号光とは異なる波長のコヒーレントな第２の信号光を発生する第２の信号光発生手段と、
前記第２の信号光を光パルス化してダミー光パルスを生成する第２の光パルス化手段と、
前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成する光重畳手段と、
前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した反射光または後方散乱光を取得する光取得手段と、
前記反射光または後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、
前記光結合手段で得られた光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、
前記光パルス信号の被試験光ファイバからの反射光または後方散乱光の反射率分布を求める演算処理手段を具備し、
前記演算処理手段は、入力信号に窓関数を適用してパワースペクトルを算出し、
前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度波形が、前記演算処理手段にて適用される前記窓関数と同形状で、かつ互いに正負が逆になるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調することを特徴とする光パルス試験装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の光パルス化手段は、それぞれ前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度の勾配が前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの比で２対１となるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調することを特徴とする請求項１記載の光パルス試験装置。
【請求項３】
前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスが前記演算処理手段にて適用される窓関数と同形状となるように前記試験光及び前記ダミー光を強度変調する処理は、前記第１及び第２の光パルス化手段で実施されることを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験装置。
【請求項４】
前記試験光パルスが前記演算処理手段にて適用される窓関数と同形状となるように前記試験光を強度変調する処理は、前記光周波数制御手段で実施されることを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の光パルス化手段は、それぞれ試験光及びダミー光をレイズド・コサインパルスの形状とすることを特徴とする請求項１に記載の光パルス試験装置。
【請求項６】
前記レイズド・コサインパルスの形状とする際に副次的に発生する周波数シフトを前記ダミー光の強度勾配設定により相殺することを特徴とする請求項５記載の光パルス試験装置。
【請求項７】
前記レイズド・コサインパルスの形状とする際に副次的に発生する周波数シフトを相殺させるために、前記試験光及び前記ダミー光を同一偏波に制御する偏波制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の光パルス試験装置。
【請求項８】
コヒーレントな第１の信号光を発生し、
前記第１の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成し、
前記試験光の光周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる制御を施し、
前記光周波数制御が施された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成し、
前記第１の信号光とは異なる波長のコヒーレントな第２の信号光を発生し、
前記第２の信号光を光パルス化してダミー光パルスを生成し、
前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成し、
前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した反射光または後方散乱光を取得し、
前記反射光または後方散乱光と前記局発光を光結合し、
前記光結合手段で得られた光信号を光受信して電流信号を取得し、
前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、
前記光パルス信号の被試験光ファイバからの反射光または後方散乱光の反射率分布を求める光パルス試験方法であって、
前記反射率分布の演算処理は、入力信号に窓関数を適用してパワースペクトルを算出し、
前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度波形が、前記反射率分布の演算処理にて適用される前記窓関数と同形状で、かつ互いに正負が逆になるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調することを特徴とする光パルス試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、光線路の光損失分布や断線位置等を測定するための光パルス試験装置及び光パルス試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被試験光ファイバ（Fiber under test、以後ＦＵＴと称する）に試験光パルスを送出し、ＦＵＴからの後方散乱光を受信、解析することで各地点における光の反射率分布を測定する技術として、光パルス試験方法（Optical Time Domain Reflectometry、以後ＯＴＤＲと称する）が知られている。このＯＴＤＲは、ＦＵＴに試験光パルスを送出し、ＦＵＴからの反射光やレイリー後方散乱光（以後、単に後方散乱光と称する）を受信、解析することでＦＵＴの各地点における光の反射率分布（以後、ＯＴＤＲ波形と称する）を測定する方法、装置である。この技術は光ファイバの片端からその損失分布評価を試験できるため、敷設された光ファイバの保守運用の観点から重要な技術である。
【０００３】
一般に、ＯＴＤＲで測定される後方散乱光は、ＦＵＴに入射した試験パルスに比べ数十dB弱い光であり、さらにＯＴＤＲとの接続点より遠く離れた長さからの後方散乱光は、その長さに対応したＦＵＴの光損失を受けるため、極めて微弱な光となる。そのため、ＯＴＤＲを用いてファイバ全長にわたるＯＴＤＲ波形を取得する場合には、所望の信号対雑音強度比（Signal to Noise Ratio、以後ＳＮＲと称する）で後方散乱光信号を測定する必要がある。ここで、ＯＴＤＲにおいては、測定器の近端におけるレイリー後方散乱光レベルと雑音レベルのＳＮＲのことをダイナミックレンジと呼び、測定器の測定可能距離を示す性能指標としてよく用いている。
【０００４】
上記ＯＴＤＲで信号のＳＮＲを向上させる方法は、試験光パルスの入射光パワーを高くする方法やコヒーレント検波方式を用いて最小受光感度を向上させる方法、測定を何度も繰り返し行い、得られた信号に対し加算平均処理を行うことで雑音を低下させる方法がある。これらは全て併用が可能であり、特にコヒーレント検波方式を用いたＯＴＤＲ（コヒーレントＯＴＤＲ、以後Ｃ−ＯＴＤＲと称する）は海底中継伝送システム（以後、ＦＳＡ（Fiber Submarine transmission using optical Amplifiers）システムと称する）といった長距離の海底光ファイバ線路の試験に用いられている。
【０００５】
通常、ＯＴＤＲでは加算平均処理を行うため、測定を繰り返し行う。ＦＵＴ全長のＯＴＤＲ波形を測定する場合、ＦＵＴ長をL [m]、光ファイバ中での光の群速度をVg [m/s]とすると、初めにＦＵＴに試験光パルスを入射してから、入射した試験パルスが入射端から距離Lの地点で反射され、ＯＴＤＲ装置に戻ってくるまでの時間、すなわち2L/vg [s]以上の時間が経過してから、次の測定のための試験光パルスを入射させねばならない。つまりＦＵＴの長さに応じて繰り返し入射する試験光パルスの送出周期を設定する必要がある。これは、一つの試験光パルスによるＦＵＴ遠端からの後方散乱光が測定器に戻る前のタイミングで、二つ目の試験光パルスがＦＵＴに入射された際には、一つ目の試験光パルスと二つ目の試験光パルスによる後方散乱光が重なり合ってしまい、正しい測定結果が得られなくなるからである。
【０００６】
上述した通り、所望のＳＮＲでＯＴＤＲ波形を得ようとした場合には、ＦＵＴの長さに応じて繰り返し測定の周期が長くなる。特に、海底光ケーブルは長さが数千km 〜１万km以上に及ぶ場合があり、所望のＳＮＲを得るために、例えば220回（=1048576回≒100万回）の繰り返し測定を1万kmの海底光ケーブルに対して行う際には、10時間以上の極めて長い時間を測定に要することになる。
【０００７】
このような問題の解決のため、測定時間の短縮を図る技術として、周波数の異なる試験光パルスを測定に用いる手法が報告されている。例えば、非特許文献１では、所定時間間隔毎に所定周波数間隔だけ変化させた試験光を光パルス化してＦＵＴに入射し、ＦＵＴからの反射及び後方散乱光を、試験光を分岐させた局発光とバランス型光受信器によって受信した後に周波数毎に分離して試験パルス光の複数の周波数成分による反射率分布を求める技術が提案されている。または、特許文献１では、複数の周波数成分による多重効果によって、従来法のＣ−ＯＴＤＲ測定に比べ、一回の測定当たりに取得できる反射率分布が多重数分取得できるため、実効上の加算平均処理数を多く実行し、ダイナミックレンジを拡大する方法が開示されている。
【０００８】
上記の光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲにおいて、デジタル信号処理を用いて各周波数成分の信号を分離する場合には、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータの受信帯域内に分離処理する全ての信号を収めなければならないため、信号多重数を多く取ろうとした場合、各中心周波数の異なる信号を周波数軸上で密に配置する必要がある。周波数の異なる各信号を密に配置した場合、隣接する周波数成分が互いに影響する。すなわち、隣接する周波数間におけるクロストークが大きくなることで信号の再現性に影響する。具体的には、海底伝送路の中継器利得による急峻な反射率変動やコネクタ点やファイバ開放端における反射波形の再現性が低下し、本来パルス幅によってのみ決まる空間分解能、特に減衰デッドゾーンが劣化するという課題が存在する。このため、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲの周波数多重数は制限されていた。
【０００９】
ところで、信号のスペクトルサイドローブレベルや隣接する信号チャネル間のクロストークを低減する技術として、アポダイゼーションと呼ばれる技術が広く知られている。アポダイゼーションとは、ある物理量をフーリエ変換などして得られるスペクトル特性を所望の特性にするため、例えばパルス信号といった物理量の強度分布について、中央部が高く両端に向かって滑らかに減少する分布とする重み付け操作を意味している。しかしながら、アポタイゼーション手法は、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲに用いることができない。なぜなら、強度勾配を持った光パルスが光ファイバ中を長距離伝搬する際には、光ファイバ中で非線形光学効果の一種である自己位相変調（Self-phase Modulation、以後ＳＰＭと称する）が発生し、光パルスのスペクトルが広がり、結果としてＣ−ＯＴＤＲのダイナミックレンジが低下するためである（非特許文献２参照）。さらにもう１点の理由として、スペクトル広がりによって隣接する周波数間におけるクロストークが大きくなり、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲの周波数多重数も増やすことができないことが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０７５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】H. Iida, “High sensitivity coherent optical time domain reflectometry employing frequency division multiplexing,” J. Lightw.Technol.,vol. 14, no. 11, pp, 2483-2491 (1996).
【非特許文献２】H. Izumita et al, “The Performance Limit of Coherent OTDR Enhanced with Optical Fiber Amplifiers due to Optical Nonlinear Phenomena” JLT., vol. 12, no. 7, pp. 1230-1238 (1994)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上のように、Ｃ−ＯＴＤＲによるＦＳＡシステム等の光伝送システムの監視においては、ＯＴＤＲのダイナミックレンジ拡大（長距離測定）に際して「測定時間の短縮」が課題となっている。これを実現する技術として、周波数が異なるパルスを多重化して試験光を生成し、この試験光をパルス化してＦＵＴに入射し、これによって得られた後方散乱光を周波数成分毎に分解する手法などが提案されている。しかしながら、従来の技術では、周波数多重試験光において異なる周波数の光パルスを高密度に配置した場合に、クロストークが大きくなって信号の再現性に影響してしまうため、その多重数が制約されていた。
【００１３】
そこで本発明は、Ｃ−ＯＴＤＲを採用する光伝送システムの監視において、周波数多重数の増大、中心周波数の異なる光パルスの周波数軸上における高密度配置に際して、クロストークを抑制して信号の再現性を維持することのできる光パルス試験装置及び光パルス試験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】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明に係る光パルス試験装置は、以下の態様で構成される。  
（１）コヒーレントな第１の信号光を発生する第１の信号光発生手段と、前記第１の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成する分岐手段と、前記試験光の光周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる光周波数制御手段と、前記光周波数制御手段で光周波数制御が施された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成する第１の光パルス化手段と、前記第１の信号光とは異なる波長のコヒーレントな第２の信号光を発生する第２の信号光発生手段と、前記第２の信号光を光パルス化してダミー光パルスを生成する第２の光パルス化手段と、前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成する光重畳手段と、前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した反射光または後方散乱光を取得する光取得手段と、前記反射光または後方散乱光と前記局発光を光結合する光結合手段と、前記光結合手段で得られた光信号を光受信して電流信号を取得する光受信手段と、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離する周波数分離手段と、前記光パルス信号の被試験光ファイバからの反射光または後方散乱光の反射率分布を求める演算処理手段を具備し、前記演算処理手段は、入力信号に窓関数を適用してパワースペクトルを算出し、前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度波形が、前記演算処理手段にて適用される前記窓関数と同形状で、かつ互いに正負が逆になるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調する態様とする。
【００１５】
（２）（１）において、前記第１及び第２の光パルス化手段は、それぞれ前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度の勾配が前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの比で２対１となるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調する態様とする。
【００１６】
（３）（１）において、前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスが前記演算処理手段にて適用される窓関数と同形状となるように前記試験光及び前記ダミー光を強度変調する処理は、前記第１及び第２の光パルス化手段で実施される態様とする。  
（４）（１）において、前記試験光パルスが前記演算処理手段にて適用される窓関数と同形状となるように前記試験光を強度変調する処理は、前記光周波数制御手段で実施される態様とする。
【００１７】
（５）（１）において、前記第１及び第２の光パルス化手段は、それぞれ試験光及びダミー光をレイズド・コサインパルスの形状とする態様とする。  
（６）（５）において、前記レイズド・コサインパルスの形状とする際に副次的に発生する周波数シフトを前記ダミー光の強度勾配設定により相殺する態様とする。  
（７）（５）において、前記レイズド・コサインパルスの形状とする際に副次的に発生する周波数シフトを相殺させるために、前記試験光及び前記ダミー光を同一偏波に制御する偏波制御手段をさらに備える態様とする。
【００１８】
また、本発明に係る光パルス試験方法は、以下の態様で構成される。  
（８）コヒーレントな第１の信号光を発生し、前記第１の信号光を分岐して局発光と試験光とを生成し、前記試験光の光周波数を所定の時間間隔毎に所定の周波数間隔で変化させる制御を施し、前記光周波数制御が施された試験光を光パルス化して試験光パルスを生成し、前記第１の信号光とは異なる波長のコヒーレントな第２の信号光を発生し、前記第２の信号光を光パルス化してダミー光パルスを生成し、前記ダミー光パルスを前記試験光パルスに重畳して光パルス信号を生成し、前記光パルス信号を被試験光ファイバに入射し、前記被試験光ファイバの各地点で反射または散乱により発生した反射光または後方散乱光を取得し、前記反射光または後方散乱光と前記局発光を光結合し、前記光結合手段で得られた光信号を光受信して電流信号を取得し、前記電流信号を複数の周波数成分毎に分離し、前記光パルス信号の被試験光ファイバからの反射光または後方散乱光の反射率分布を求める光パルス試験方法であって、前記反射率分布の演算処理は、入力信号に窓関数を適用してパワースペクトルを算出し、前記試験光パルス及び前記ダミー光パルスの時間に対する強度波形が、前記反射率分布の演算処理にて適用される前記窓関数と同形状で、かつ互いに正負が逆になるように、前記試験光及び前記ダミー光を強度変調する態様とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、試験光パルスをアポダイズするだけでなく、試験光パルスのＳＰＭによる周波数シフト量を波長の異なるダミー光パルスのＸＰＭで相殺するようにしている。これにより、周波数多重数の増大、中心周波数の異なる光パルスの周波数軸上における高密度配置に際して、クロストークを抑制して信号の再現性を維持することのできる光パルス試験装置及び光パルス試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光パルス試験装置の構成を示すブロック図。
【図２】光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲにおいて、従来の矩形パルスと第１の実施形態のレイズド・コサインパルスをそれぞれ用いた場合における試験光パルス列の時間波形を示す波形図。
【図３】従来の矩形パルスと第１の実施形態のレイズド・コサインパルスそれぞれのパワースペクトルを示す波形図。
【図４】試験光パルスとして従来の矩形パルスと第１の実施形態のレイズド・コサインパルス、窓関数としてレイズド・コサインパルスと同形状のハニング窓を用いた場合の信号チャネル間のクロストークの計算値を示す波形図。
【図５】第１の実施形態において、強度勾配が設定されたレイズド・コサインパルスの試験光パルス列とダミー光パルス列の時間波形を示す波形図。
【図６】第１の実施形態において、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲでＦＳＡシステムを測定したＯＴＤＲ波形の、中継器利得による急峻な反射率変動箇所を拡大して示す波形図。
【図７】第１及び第２の実施形態において、光周波数制御器に入力される変調信号電圧の時間波形を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。  
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光パルス試験装置の構成を示すブロック図である。図１に示す光パルス試験装置は、試験光の各周波数成分による被試験光ファイバからの反射光および後方散乱光の反射率分布を求める装置である。
【００２２】
図１において、コヒーレンシの良い光波を発生する第１の光源１からの出力光は合分波器２で二系統に分岐され、分岐された光の一方は局発光として、他方は試験光として光周波数制御器３に入射される。光周波数制御器３は、所定の時間間隔で試験光の周波数を所定間隔だけ変化させる。本実施形態では、時間間隔20 μs毎に周波数間隔200 kHzで200段だけ変化させる。ここで、合分波器２は具体的には光カプラ等で構成される。また、光周波数制御器３は、具体的には駆動用の正弦波発生器４から出力される正弦波の周波数に応じて光波の変調側波帯周波数が変化する機能をもつ外部変調器である必要がある。そこで、本実施形態では搬送波や高次側波帯を抑圧し、+1次もしくは-1次の変調側波帯のみ出力できる搬送波抑圧光単側波帯変調器（ＳＳＢ−ＳＣ変調器）を用いる。
【００２３】
上記光周波数制御器３で周波数制御を受けた試験光は、光パルス化処理器５に入力され、パルス発生装置６で制御されたタイミングおよびパルス幅で光パルス化される。この光パルス化処理器５は、具体的には音響光学変調器をパルス駆動した音響光学スイッチであるが、LiNbO3を用いた電気光学素子をパルス駆動した導波路スイッチでもよい。なお、光周波数制御器３と光パルス化処理器５は、信号タイミング制御器７によって同期された正弦波発生器４とパルス発生器６によってそれぞれ駆動され、光周波数制御器３で周波数制御を受けた時間の試験光のみが光パルス化して出力されるようにタイミング調整される。
【００２４】
ここで、光パルス化処理器５として音響光学スイッチを用いた場合には、パルス発生器６から所望の強度形状をもったパルスを出力し、音響光学スイッチを駆動するドライバ回路に入力することで、音響光学変調器から出力させる光パルスの強度形状を制御することが可能である。例えば、パルス発生器６から矩形パルスを出力した際には光パルスも矩形パルスで出力され、パルス発生器６からレイズド・コサインパルスを出力した際には、同様に光パルスもレイズド・コサインパルスで出力される。本実施形態では、光パルスとして以下の式に表すレイズド・コサインパルスを出力させる。  
【００２５】
【数１】
2014157134.tif 000003
ここで、P0は光パルスのピークパワー、Wは単一周波数試験光パルスのパルス幅である。本実施形態では、レイズド・コサインパルスの半値全幅は10 μsとする。これは3 dB分解能（イベントデッドゾーンとも呼ばれる）の理論値が1 kmの値である。この場合のパルス幅Wは20 μsである。図２に光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲにおいて、従来の矩形パルスと本実施形態のレイズド・コサインパルスをそれぞれ用いた場合における試験光パルス列の時間波形を示す。また、図３に従来の矩形パルスと本実施形態のレイズド・コサインパルスのパワースペクトルを示す。このようにレイズド・コサインパルスを用いることで、サイドローブのレベルを従来の矩形パルスに比べて数十dB下げることができる。
【００２６】
ここで、信号チャネル間クロストークC(f)は、以下の式で表される。  
【００２７】
【数２】
2014157134.tif 000004
ここで、P(f)は試験パルスのパワースペクトル、H(f)は周波数分離に用いる窓関数を2乗したものである。図４に試験光パルスとして従来の矩形パルスと本実施形態のレイズド・コサインパルス、窓関数としてレイズド・コサインパルスと同形状のハニング窓を用いた場合の信号チャネル間のクロストークの計算値を示す。矩形パルスの場合は周波数が600 kHz離れた点におけるクロストークが-25 dBとなり、レイズド・コサインパルスの場合は周波数が150 kHz離れた点におけるクロストークが-30 dBとなる。以上より、レイズド・コサインパルスを用いることで、従来の矩形パルスを用いた場合に比べて4倍程度高密度に周波数多重可能となる。
【００２８】
図１において、第２の光源８は、第１の光源１とは波長の異なる信号光をダミー光として発生する光源であり、非測定対象のファイバがＦＳＡシステムの場合に、光パルス化処理器９によってダミー光から光パルスを生成し、合分波器１０にて試験光パルスに重畳させて試験光全体の強度変動を抑え、これによってその強度を通信用の信号光強度とほぼ同程度に調整し、光サージの影響を抑制するためのものである。
【００２９】
ところで、一般に異なる波長λ1、λ2の2つの光を同じ偏波状態で光ファイバ中を伝搬させた際に、波長λ1の光は非線形光学現象である光Kerr効果によって以下の式で表される周波数シフトを受ける。  
【００３０】
【数３】
2014157134.tif 000005
ここで、n2は光ファイバの非線形屈折率、Leffは実効長、Aは有効作用断面積、P1(t)は波長λ1の光のパワー、P2(t)は波長λ2の光のパワーである。式(2)の第一項がＳＰＭによる周波数シフト量であり、第二項が相互位相変調（Cross-phase Modulation、以後ＸＰＭと称する）による周波数シフト量となる。式(2)からわかるように、ＸＰＭの効果はＳＰＭの2倍である。
【００３１】
波長λ1の試験光パルスが従来の矩形パルスの際には、パルスの強度勾配はゼロに等しく、∂P1(t)/∂t=0であるため、ＳＰＭによる周波数シフトは発生しない。しかしながら、試験光パルスがレイズド・コサインパルスに代表される強度勾配を持つパルスの場合には、ＳＰＭによる周波数シフトが発生し、結果として測定のダイナミックレンジが低下する。
【００３２】
そこで本実施形態では、試験光パルスが光ファイバ伝搬中に受けるＳＰＭによる周波数広がりを抑制させるため、光パルス化処理器９を用いて波長λ1のダミー光パルスの強度勾配を、以下の式を満たすように設定する。  
【００３３】
【数４】
2014157134.tif 000006
ここで、式(3)の関係、すなわちダミー光パルスの強度勾配が試験光パルスに対して正負が逆でかつ半分の大きさとなる場合には、式(2)がゼロに等しくなる。つまり、試験光パルスのＳＰＭによる周波数シフトがダミー光パルスによるＸＰＭで相殺されることになる。結果として、周波数広がりによるダイナミックレンジの低下は抑制され、さらに隣接する周波数間におけるクロストークが大きくなることも抑制される。
【００３４】
上記の条件は、二つの異なる波長の光が同一偏波をもつことが前提であるため、図１に示すように、偏波制御器１１を用いて、試験光パルスとダミーパルスを同一の偏波状態とした後、式(3)を満たすように強度勾配を設定する。図５は式(3)を満たすように強度勾配が設定されたレイズド・コサインパルスの試験光パルス列とダミー光パルス列の時間波形を示す波形図である。偏波制御器１１から出力される試験光パルスとダミーパルスは、光増幅器１２により増幅された後、サーキュレータ１３を通過し、ＦＵＴ（図示せず）に入射される。
【００３５】
試験光パルスによってＦＵＴ中で生じた後方散乱光は、サーキュレータ１２および合分波器１４を通過した後、偏波によるコヒーレント検波効率の変動を抑えるため、偏波制御器１３によって測定ごとに偏波状態を変えられた局発光と合分波器１４で合波し、バランス型光受信器１６で受信される。バランス型光受信器１６から出力される受信信号は帯域ろ過フィルタ１７によって不要な高周波成分がカットされた後、数値化処理器１８でサンプリングされる。サンプリングされた後の各周波数成分の後方散乱光信号は演算処理器１９によって周波数分離され、全て加算平均処理のために足し合わされる。最後に、一連の測定および演算処理を繰り返し行い、得られた結果について加算平均処理させ、処理された数値列を対数表示し、最終的に高いダイナミックレンジを有したＯＴＤＲ波形を得ることができる。
【００３６】
図６は、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲでＦＳＡシステムを測定したＯＴＤＲ波形で、特に中継器利得による急峻な反射率変動箇所を拡大したものである。本実施形態の測定を行うことで、従来の矩形パルスによる測定結果やダミー光に強度勾配を持たせない測定結果に比べ、デッドゾーン広がりの抑制されたＯＴＤＲ波形を得ることができる。  
上記のように、本実施形態では、具体的には、（１）光パルスの強度形状に着目して、従来の矩形パルスに変えて、レイズド・コサインパルスを採用し、光パワースペクトルにおけるサイドローブのレベルを低減させることで、高密度の多重化に伴うクロストーク抑制を可能とし、（２）ダミー光と強度勾配を有する光パルス（レイズド・コサインパルス）に起因して発生する周波数シフトについて、自己位相変調（ＳＰＭ：）によるものと相互位相変調（ＸＰＭ：）によるものの関係式に着目し、これらが相殺されるようにダミー光の強度勾配を設定することで、周波数シフト量をゼロとし、ダイナミックレンジの低下を防止する。このように、Ｃ−ＯＴＤＲによる長距離高精度測定を短時間（２００波多重程度まで：測定時間を１／２００程度に短縮可能）に実施することができ、Ｃ−ＯＴＤＲによるＦＳＡシステムの監視品質が飛躍的に向上する。
【００３７】
したがって、本実施形態の構成によれば、試験光パルスをアポダイズするだけでなく、試験光パルスのＳＰＭによる周波数シフト量を波長の異なるダミー光パルスのＸＰＭで相殺するようにしているので、長距離においてもクロストークの影響を低減することができ、周波数配置を密にした試験光パルスでの測定が可能となる。この結果、光周波数多重型コヒーレントＯＴＤＲのダイナミックレンジを飛躍的に拡大することができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
本実施形態は、図１に示す構成において、第１の実施形態で実行した光パルス化処理器５における音響光学スイッチによるアポダイゼーションを、所望の電圧勾配をもたせた変調信号で駆動する周波数制御器３を代わりに用いて実行することを要旨とする。本実施形態の特徴は、音響光学素子を用いる場合に限らず、光パルスのアポダイゼーションが実施可能であることを示すものであり、装置の構成上もほぼ同等になる。
【００３９】
以下、第２の実施形態の動作について説明する。
試験光が光周波数制御器３に入力されるまでは、第１の実施形態と同様の処理を施す。第１の実施形態においては、所定の周波数シフトを試験光に与えるため、正弦波発生器４から、パルス幅に対応した所定の時間ごとに周波数が掃引される正弦波信号を一定の電圧値で出力させていた。これに対して、本実施形態では、この所定の時間ごとに出力される周波数が変わる正弦波信号の電圧値を、第１の実施形態で説明したレイズド・コサイン波形となるように出力させる。
【００４０】
図７は第１の実施形態及び第２の実施形態において、光周波数制御器３に入力される変調信号電圧の時間波形を示している。光周波数制御器３がＳＳＢ−ＳＣ変調器や位相変調器などであれば、電圧値を変化させることで、周波数シフトして出力される光の強度も変化する。そのため、正弦波信号の電圧値変化を用いて、所定の周波数を持った試験光パルスにアポダイゼーションをかけることが可能となる。光周波数制御器３より後段の装置においては、試験光パルスに強度勾配を持たせる操作は不要となり、信号を受信する装置構成および処理方法は第１の実施形態と同様となる。
【００４１】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…第１の光源、２…合分波器、３…光周波数制御装置、４…正弦波発生器、５…光パルス化処理器、６…パルス発生器、７…信号タイミング制御器、８…第２の光源、９…光パルス化処理器、１０…合分波器、１１…偏波制御器、１２…光増幅器、１３…サーキュレータ、１４…合分波器、１５…号分波器、１６…バランス型光受信器、１７…帯域ろ過フィルタ、１８…数値化処理器、１９…数値演算処理器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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