(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一波長で発振する半導体レーザと、
前記半導体レーザと第１の監視用光線路を介して接続され、さらに被監視光線路と第２の監視用光線路に接続され、前記半導体レーザの出力光を前記被監視光線路と前記第２の監視用光線路に分岐する第１の光分波器と、
前記第１の監視用光線路内にある、偏波制御器であって、前記半導体レーザの出力光と、被監視光線路内の反射位置において前記半導体レーザの出力光が反射した反射戻り光との偏波状態を調整する機能を有する、偏波制御器と、
前記第１の光分波器と前記第２の監視用光線路を介して接続され、前記第２の監視用光線路の伝搬光の周波数スペクトルを観測する周波数スペクトラム測定器と
から構成され、前記偏波制御器によって、前記被監視光線路内に存在可能な複数の共振モードのうち単一の所定の共振モードのみを定在させることにより、前記被監視光線路内の複数の反射位置を特定する手段を有することを特徴とする光線路監視装置。
【請求項２】
単一波長で発振する半導体レーザと、
前記半導体レーザと第１の監視用光線路を介して接続され、さらに被監視光線路と第２の監視用光線路に接続され、前記半導体レーザの出力光を前記被監視光線路と前記第２の監視用光線路に分岐する第１の光分波器と、
前記第１の監視用光線路内にある、偏波制御器であって、前記半導体レーザの出力光と、被監視光線路内の反射位置において前記半導体レーザの出力光が反射した反射戻り光との偏波状態を調整する機能を有する、偏波制御器と、
前記第１の光分波器と前記第２の監視用光線路を介して接続され、前記第２の監視用光線路の伝搬光の周波数スペクトルを観測する周波数スペクトラム測定器と、
前記半導体レーザと前記偏波制御器とを接続する光線路内にあり、被監視光線路内に任意数の共振モードを定在させる機構と
から構成され、前記任意数の共振モードを定在させる機構により、前記被監視光線路内の複数の反射位置を特定する手段を有することを特徴とする光線路監視装置。
【請求項３】
前記第１の監視用光線路内にあり、第３の監視用光線路および第４の監視用光線路で互いに接続された、第１の方向性光結合器および第２の方向性光結合器であって、前記第１の方向性光結合器は前記半導体レーザと前記第２の方向性光結合器との間に位置する、第１の方向性光結合器および第２の方向性光結合器と、
前記第４の監視用光線路内に設けられた光増幅器と
をさらに有し、前記第１の方向性光結合器は、前記半導体レーザから前記第３の監視用光線路への伝搬光を透過し、前記半導体レーザから前記第４の監視用光線路への伝搬光を消光し、前記第２の方向性光結合器は、前記第１の光分波器から前記第４の監視用光線路への伝搬光を透過し、前記第１の光分波器から前記第３の監視用光線路への伝搬光を消光することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光線路監視装置。
【請求項４】
前記任意数の共振モードを定在させる機構は、前記半導体レーザの出力光を前記第１の監視用光線路と第５の監視用光線路に分波する第２の光分波器と、前記第５の監視用光線路の伝搬光を複数の局所光線路に分波する第３の光分波器と、前記複数の局所光線路のそれぞれに設けられた光スイッチ、偏波制御器及び位相調整器と、前記複数の局所光線路の各終端部に設けられた反射鏡から構成されることを特徴とする請求項２に記載の光線路監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバによって構成される光線路内に存在する複数の反射点を監視し、反射点の位置を提供するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、光線路内に発生する損失や破断点を検出するために、ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）が使用されてきた（特許文献１）。特許文献１に開示されている方式は、光パルスを光線路内に出力し、破断点や接続点で発生する反射戻り光強度と光パルスの伝搬時間を計測し反射位置を観測する方式である。従来の汎用的なパルス式ＯＴＤＲの概略を図１に示す。パルス式ＯＴＤＲ１から出力光パルス２を被監視光線路３内に出力する。出力された出力光パルス２は被監視光線路３内を伝搬し、反射端（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）４および５において反射された後、後方へ伝搬し、ＯＴＤＲ１に戻り光として入射する。ＯＴＤＲ１と反射端４およびＯＴＤＲ１と反射端５との間の距離Ｌ０１、Ｌ０２は、パルス型ＯＴＤＲ１から出力光パルス２が出力されＯＴＤＲ１に戻り光として入射するまでの時間と、被監視光線路３の実効屈折率とから計算される。
【０００３】
この様な光パルス方式においては、空間分解能はパルス幅や後方散乱光の影響度に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１７４６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示すような、従来のパルス式ＯＴＤＲでは、出力光パルスのパルス幅は１０−９ｓｅｃ程度であり、空間分解能は数十ｃｍ程度に留まり、これ以下のレンジを正確に測定することは不可能である。また、後方散乱の影響範囲内に反射点が存在する等、一般的な系では、観測される反射戻り光強度の時間波形は、大小様々な曲率を含んでおり、極大点の識別が困難な場合も多く存在する。従って、光線路内に複数の反射点が存在し、これらの反射点とパルス源とのそれぞれの距離の差が小さい場合は、高精度に反射位置を特定することが困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、単一波長で発振する半導体レーザと、半導体レーザと第１の監視用光線路を介して接続され、さらに被監視光線路と第２の監視用光線路に接続され、半導体レーザの出力光を被監視光線路と第２の監視用光線路に分岐する第１の光分波器と、第１の監視用光線路内にある、偏波制御器であって、半導体レーザの出力光と、被監視光線路内の反射位置において半導体レーザの出力光が反射した反射戻り光との偏波状態を調整する機能を有する、偏波制御器と、第１の光分波器と第２の監視用光線路を介して接続され、第２の監視用光線路の伝搬光の周波数スペクトルを観測する周波数スペクトラム測定器とから構成される光線路監視装置であって、偏波制御器によって、被監視光線路内に存在可能な複数の共振モードのうち単一の所定の共振モードのみを定在させることにより、被監視光線路内の複数の反射位置を特定する手段を有する。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように、本発明の光線路監視装置は、光線路内に存在する複数の反射点の位置を、パルス式ＯＴＤＲよりも高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来の光線路監視装置であるパルス型ＯＴＤＲの概略図である。
【図２】本発明の実施例１にかかる光路線監視装置の構成図である。
【図３】本発明の実施例２にかかる光路線監視装置の構成図である。
【図４】本発明の実施例２にかかる、複合共振スペクトルを示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２にかかる、第１の反射点に対応する共振スペクトルを示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２にかかる、第２の反射点に対応する共振スペクトルを示すグラフである。
【図７】本発明の実施例３にかかる光路線監視装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施例１］
図２に、本発明の実施例１にかかる光線路監視装置を示す。本実施例では、被監視光線路１７内に、反射点１８、１９が同一線路上に２点存在する。本発明の光線路監視装置は、半導体レーザ６、位相調整器７、光分波器８、受光器９、周波数スペクトラム測定器１０から構成される。本実施例では、半導体レーザ６として分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）を、位相調整器７として偏波コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、ＰＣ）を、光分波器８として光カップラを、受光器９としてＰＩＮ−フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）を、周波数スペクトラム測定器１０として電気スペクトラムアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ  Ａｎａｌｙｚｅｒ、ＥＳＡ）を用いた。これらのうち光部品間は、シングルモードファイバ１１、１２、１３、１４で接続し、ＰＩＮ−フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）９と電気スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ）１０との間は、同軸ケーブル１５で接続する。光カップラ８は１：１の入出力分岐比を有し、ポート１はＤＦＢ−ＬＤ６側、ポート２は無反射終端（Ｔｅｒｍｉｎａｔｏｒ、ＴＭ）１６、ポート３はＰＩＮ−ＰＤ９側、ポート４は被監視光線路１７に各々接続されている。光カップラ８のポート３とＰＩＮ−ＰＤ９の間の光線路内には、ＤＦＢ−ＬＤ６側へのＰＩＮ−ＰＤ９およびＥＳＡ１０からの戻り光を遮断するため、光アイソレータを挿入することが望ましい。偏波コントローラ７は、回転式の１／２波長板と１／４波長板から構成され、透過光の偏波状態を調整することができる。光カップラ８においては、ＤＦＢ−ＬＤ６及び被監視光線路１７方向の光アイソレーションに配慮する必要がある。光カップラ８のポート２は、パワーモニタ等、任意の光測定器に置換しても良い。
【００１０】
図２には反射点が同一線路上に２点存在するが、被監視光線路内の反射点が１点の場合に、反射点間距離を測定する原理を説明する。ＤＦＢ−ＬＤ６の出力端をＰ０、被監視光線路内に存在する反射端をＰ１とする。ＤＦＢ−ＬＤ６から出力する単一波長の発振光は、偏波コントローラ７、光カップラ８、被監視光線路１７内を伝搬し、Ｐ１において反射した後、後方へ伝搬し、ＤＦＢ−ＬＤ６に戻り光として入射する。Ｐ０−Ｐ１間には、互いに進行方向が異なる2つの光波が存在し、これらはＰ０およびＰ１における反射を繰り返し、いくつかの特定の位相を持つ光波が安定に存在する（共振する）ことが許される。この共振状態をモードと呼ぶ。この状態のとき、ＤＦＢ−ＬＤ６の出力光は、モード間隔Δｆの周波数で振動している。共振周波数の間隔Δｆ （スペクトルのモード間隔）は、ＤＦＢ−ＬＤ６の出力端Ｐ０と反射端Ｐ１との間の距離をＬとすると、Ｌと一定の関係がある。ここで、ΔλとＬの関係式は一般的に式１で表わされる。ただし、Δλはモード間隔、λは発振波長、Ｌは反射端間距離、ｎｅｆｆは実効屈折率（被測定光線路の実効屈折率）であり、
Δλ＝λ2／（２・ｎｅｆｆ・Ｌ）  （式１）
である。λ、およびｎｅｆｆは既知とする。スペクトルのモード間隔Δfは、式1のΔλに対応し、スペクトルのモード間隔Δｆから、反射端間距離Ｌを算出することができる。ＤＦＢ−ＬＤ６の発振光は、主にＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）波に偏光している。被監視光線路方向への進行波と反射戻り光のＴＥ波成分の結合率が最大となるときに、共振スペクトルの強度が最大になる。偏波コントローラによって、ＴＥ波間の結合率を制御し、共振スペクトルを調整できる。
【００１１】
次に、図２に示すように、被監視光線路内の反射点が２点の場合に、反射点間距離を測定する原理を説明する。被監視光線路内の反射点が２点の場合も、反射点が１点の場合と同様の原理で、共振モード間隔を測定することが可能である。ＤＦＢ−ＬＤ６の出力端をＰ０、被監視光線路内に存在する第１の反射端１８をＰ１、第２の反射点１９をＰ２とする。Ｐ２はＰ１と同一線路上にあると仮定する。反射点が１点の場合との違いは、観測される共振スペクトルは、各反射点に対応する共振モードが複合していることと、各反射点において、偏波状態が異なることである。各反射点において偏波状態が異なるとは、Ｐ０−Ｐ１間及びＰ０−Ｐ２間の距離差が十分長いと仮定すると、ファイバを伝搬する間に、熱的、機械的変動により偏波状態が変化し、Ｐ１、Ｐ２においてそれぞれのＴＥ波成分が異なることを意味する。後者の性質を利用すると、偏波制御により、複合共振スペクトルから、各反射点に対応する共振スペクトルを単独で取得することができる。この取得する手段を、第１の複数の反射位置を特定する手段２０として図２に示す。
【００１２】
尚、被監視光線路内の反射点は、同一線路上になくても上記の測定原理を適用可能である。また、直接、複合共振スペクトルに現れる共振ピークと共振周波数の集合を解析することによっても、被監視光線路内の複数の反射点を特定することができる。この特定する手段を、第２の複数の反射位置を特定する手段２１として図２に示す。
【００１３】
［実施例２］
図３に、本発明の実施例２にかかる光線路監視装置を示す。本実施例では、被監視光線路内に反射点が同一線路上に２点存在する。ＤＦＢ−ＬＤ６の反射点をＰ０、被監視光線路内の第１の反射点１８をＰ１、第２の反射点１９をＰ２とする。
【００１４】
本実施例の光線路監視装置は、実施例１の光線路監視装置とは、光カップラ２２、１個の入力ポートとＮ個の出力ポートを備えたアレイ導波路２３、Ｎ個の長さの異なる光ファイバ３０、３１、Ｎ個の半導体光増幅器（ＳＯＡ）２４、２５、Ｎ個の偏波コントローラ２６、２７、Ｎ個の光位相シフタ２８、２９、反射ミラー３３、３４、第１の複数の反射位置を特定する手段３５、３６をさらに備えている点が異なっている。第１の複数の反射位置を特定する手段３５、３６は、実施例１の第１の複数の反射位置を特定する手段２０に対応して備えられている。本実施例の光線路監視装置は、ＤＦＢ−ＬＤ６の出力光を光カップラ２２で分波し、一方は、偏波コントローラ７、他方は、アレイ導波路（ＡＷＧ）２３のポートに接続されている。光カップラ２２とアレイ導波路（ＡＷＧ）２３との間は、シングルモードファイバ３２で接続されている。ＡＷＧ２３は、1個の入力ポートと、Ｎ個の出力ポートとを備えている。Ｎ個の出力ポートのそれぞれに長さの異なる光ファイバ３０、３１（線長：Ｎ種）、半導体光増幅器（ＳＯＡ）２４、２５、偏波コントローラ２６、２７及び光位相シフタ２８、２９を接続し、反射ミラー３３、３４で終端する。各光ファイバの長さをＬｒｅｆ（ｋ）とする。Ｌｒｅｆ（ｋ）は、式２で定義され、所定の刻み幅ｄＬでＮ種設備される。
Ｌｒｅｆ（ｋ＋１）＝Ｌｒｅｆ（ｋ）＋ｄＬ     (式２)
ただし、ｋは１からＮの整数である。本実施例において、Ｐ０−Ｐ１間及びＰ０−Ｐ２間の距離をそれぞれ、Ｌ１＝２５０ｍ、Ｌ２＝５００ｍとする。また、ＤＦＢ−ＬＤの出力光の波長を１５５０ｎｍ、Ｎ＝１０００、Ｌｒｅｆ（１）＝２００ｍ、Ｌｒｅｆ（１０００）＝５５０ｍとする。図４は、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により取得した複合共振スペクトルを示す。図４の共振スペクトルは、Ｐ０−Ｐ１間の共振に対応する共振スペクトルと、Ｐ０−Ｐ２間の共振に対応する共振スペクトルとの重ね合わせになっている。
【００１５】
本実施例における複合共振スペクトルから、Ｐ０−Ｐ１間の共振に対応する共振スペクトルと、Ｐ０−Ｐ２間の共振に対応する共振スペクトルとをそれぞれ単独で取得する方法を説明する。まず、Ｎ種のＳＯＡ２４、２５を所定の組合せでＯＮ−ＯＦＦする。このＯＮ−ＯＦＦの各組み合わせに対して、偏波コントローラ２６、２７及び光位相シフタ２８、２９を調整すると、干渉条件に応じた複合共振スペクトルが得られる。ここで、ＳＯＡ２４、２５のＯＮ−ＯＦＦの組み合わせ、偏波コントローラ２６、２７及び光位相シフタ２８、２９の調整によってＰ０−Ｐ２間の共振に対応する共振スペクトルを打ち消すことができ、このとき、図５に示す共振スペクトルが得られる。図５に示す共振スペクトルは、Ｐ０−Ｐ１間の共振に対応するスペクトルである。同様に、Ｐ０−Ｐ１間の共振に対応する共振スペクトルを打ち消すと、図６に示す共振スペクトルが得られる。図６に示す共振スペクトルは、Ｐ０−Ｐ２間の共振に対応するスペクトルである。図５、６より、モード間隔は、それぞれ、０．４１４ＭＨｚ、０．２０７ＭＨｚであった。ｎｅｆｆ＝１．４５として、反射点間距離（共振器長）に換算すると、２５０ｍ、５００ｍであり、Ｌ１、Ｌ２に相当する。尚、ｄＬを小さくし、線長種数Ｎを増やし、かつＤＦＴの分解精度を高くすれば、複数反射点の位置を更に高精度に測定することが可能である。
【００１６】
［実施例３］
図７に、本発明を代表する実施例３を示す。反射減衰量が大きい場合、上記共振スペクトル強度が小さくなり、計測感度が低下する。その場合、偏波コントローラの後段にファイバ増幅器３５を設置し、反射戻り光強度を増幅する様にする。進行波と反射戻り光はサーキュレータ３６、３７で分離する。
【符号の説明】
【００１７】
１  パルス型ＯＴＤＲ
２  出力光パルス
３  被監視光線路
４、５  反射端（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）
６  分布帰還型半導体レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）
７  偏波コントローラ
８  光カップラ
９  ＰＩＮ−フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）
１０  電気スペクトラムアナライザ（ＥＳＡ）
１１、１２、１３、１４、３２  シングルモードファイバ
１５  同軸ケーブル
１６  無反射終端（ＴＭ）
１７  被監視光線路
１８  第１の反射端
１９  第２の反射端
２０、３５、３６  第１の複数の反射位置を特定する手段
２１  第２の複数の反射位置を特定する手段
２２  光カップラ
２３  アレイ導波路
２４、２５  半導体光増幅器
２６、２７  偏波コントローラ
２８、２９  光位相シフタ
３０、３１  光ファイバ
３３、３４  反射ミラー
３５  ファイバ増幅器
３６、３７  サーキュレータ
【図１】
0005886681.tif 000002
【図２】
0005886681.tif 000003
【図３】
0005886681.tif 000004
【図４】
0005886681.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005886681.tif 000007
【図７】
0005886681.tif 000008