(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標周波数でレーザ光を出力するように構成されたレーザ光源と、
上記レーザ光源の或る瞬間における実際の周波数と、上記レーザ光源の目標周波数との間の測定された差を導出する測定ユニットとを備え、
上記測定ユニットは、さらに、
上記レーザ光源によって出力されたレーザ光を分割する第１および第２のレーザ経路を備え、上記第１および第２のレーザ経路は異なる長さを有し、
干渉パターンを観測する検出器を備え、
上記第１のレーザ経路に沿って進むレーザ光が上記第２のレーザ経路に沿って進むレーザ光と再結合されるとき、上記干渉パターンは生成され、
上記測定ユニットは、上記観測された干渉パターンが表すレーザ位相の変化に基づいて、上記実際の周波数と上記目標周波数との間の上記測定された差を導出し、
上記実際の周波数と上記目標周波数との間の上記測定された差に基づいて、上記レーザ光源からのレーザ出力の一定の周波数を維持するように上記レーザ光源を制御すべく構成されたフィードバック制御ユニットを備え、それにより、上記レーザ光源から送信されるレーザ光の周波数が上記レーザ光源の上記目標周波数に調整される装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、周波数測定のために使用される上記測定ユニットの特性を補償するように構成された無限インパルス応答フィルタを含む装置。
【請求項３】
ＯＦＤＲ装置であって、
請求項１に記載の装置を備え、
このＯＦＤＲ装置は、上記レーザ光源から離間したテストされるべき光学部品の点へ上記レーザ光源からレーザ光を出力し、上記出力されたレーザ光と上記点から反射されたレーザ光の瞬時の周波数との間の周波数差を測定するように構成され、
上記フィードバック制御ユニットは、上記レーザ光源から出力されたレーザ光の周波数と上記点から反射された瞬時の周波数との間の一定の周波数差を維持し、それにより、上記周波数差が上記レーザから上記点までの距離に直接比例し、上記反射されたレーザ光の振幅が上記点での反射率に比例して、上記光学部品の反射率プロファイルを特徴付けるように構成されたＯＦＤＲ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光学部品は、光ファイバ、光カプラ、光コネクタ、光スイッチ、光集積光導波路、液体、大気、および自由空間の少なくとも一つであるＯＦＤＲ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、上記フィードバック制御ユニットによって制御されていない上記レーザ光源によって測定可能な反射率プロファイルを超えた長さで測定可能であるＯＦＤＲ装置。
【請求項６】
請求項４に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、１メートルよりも大きい距離で１回の測定で測定可能であるＯＦＤＲ装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、上記レーザ光源の実際の周波数の範囲を上記目標周波数に安定化させるように構成されている装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
上記レーザ光源の上記制御は、磁気冷凍材料によって上記レーザ光源の温度を調節することを含む装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
上記レーザ光源の上記制御は、電流チューニング機構によって上記レーザ光源の温度を調節することを含む装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、上記測定ユニットの少なくとも２つの直交出力信号のマッピングを上記測定ユニットの位相に追加し、それにより、上記フィードバック制御ユニットによる上記レーザ光源のフィードバック制御が、上記測定ユニット内の任意の光位相関係でロックされるように構成されている装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１２年３月１４日に申請された米国仮特許出願（Provisional Patent Application）Ｎｏ．６１／６１０５３３に基づく優先権を主張する。米国仮特許出願Ｎｏ．６１／６１０５３３の全内容は、全体として参照によって本明細書に組み込まれる。
【連邦政府支援の研究または開発に関する陳述】
【０００２】
本開示の少なくとも一部は、米国エネルギ省（U.S. Department of Energy）との契約の下で、考案または最初に実際に実用化された。
【技術分野】
【０００３】
本開示は、光ファイバ（ＦＯ）設備の光学的完全性を検査するための装置および方法に関する。より詳細には、本開示は、１キロメートル以上の範囲で高分解能（例えば１ｃｍ未満、例えば２ｍｍ未満のような）で、安価にかつ単掃引で効率的に、ＦＯ設備の光学的完全性をテストできる、集積化された光反射率計および関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
光ファイバおよびレーザを含む光通信技術は、インターネットと大容量コンピューティングの主力である。次の十年のコンピューティングおよび通信ニーズを満たすことは、光信号の生成、伝送、スイッチングおよびルーティングだけでなく、知的でシームレスなネットワークを含む、研究開発の幅広いフロント全体を横断する進歩を要求する。機関や企業は、そのような急速に成長し、高速なグローバル通信ネットワークへのアクセスを持っているけれども、インフラストラクチャは未だ、個人ユーザに、ＦＯ設備での光のパワーを完全に活用するアクセスを提供するようには整っていない。
【０００５】
既知のＦＯ診断機器は、２つの高価なカテゴリ、すなわち、
１）  電気通信および大規模なデータネットワークのための、比較的低分解能の長距離ユニット（そのようなユニットは、一般的に光時間領域反射（ＯＴＤＲ）を使用し、０．１〜１メートルの分解能で数十キロメートルのスパンを提供する）、および
２）  １ｍｍ未満の分解能を提供する光周波数領域反射（ＯＦＤＲ）を使用した超高分解能の実験室機器
から構成されている。
【０００６】
本明細書で使用される用語「コヒーレント」または「コヒーレンス」は、均一な波長（または周波数）を意味する。従って、用語「コヒーレンス長」とは、レーザ光の波長が空気中で均一であるような、空気の距離を意味する。
【０００７】
ＯＦＤＲは波長可変（tunable）で高コヒーレンスのレーザ光源を使用する。ＯＦＤＲレーザは、反射率計において非常に高い空間分解能に変換可能な広い光周波数掃引を提供できるが、レーザ光源のコストが非常に高く、供給業者が限られている。標準的な分布帰還型（ＤＦＢ）レーザは、はるかに安価であり、より狭い波長範囲にわたってチューニングされ得るが、ＤＦＢレーザの波長可変性は、１ｃｍ以下の領域における分解能のために十分である。しかしながら、ＤＦＢ源は、典型的には、約１ｍのファイバ長を超えた測定のために使用されるのに十分なコヒーレンスを提供しない。
【０００８】
家庭からデータセンタへの通信網のような継続的な大規模ＦＯ展開をサポートするために、はるかに低コストで、かつ、これらのよりコンパクトな環境内で障害を位置付けるように高分解能で、これらのＦＯ設備をテストするための識別されたニーズがある。
【発明の概要】
【０００９】
上記に鑑み、本開示は、コスト効果の高い態様で、高い信頼レベルで光通信をさらに開発できる新たな、集積化された光反射率計を提供する。
【００１０】
通信、センシング、高度な照明システム、およびその他のＦＯプラットフォームのための継続的な大規模ＦＯ展開をサポートするために、本開示の集積化された光反射率計は、ＦＯ設備の光学的完全性が高分解能で遙かに低コストでテストされることを可能にする。本開示の集積化された光反射率計は、１キロメートル以上の範囲で、１ｃｍ未満の分解能で、安価な光学的測定を提供する。その集積化された光反射率計は、完全なおよび／またはカスタマイズ可能なソリューションを提供する。
【００１１】
それゆえ、現在および将来のＦＯ設備がピーク効率で動作するのを支援するために、集積化された光反射率計は、ファイバ接続の問題が終了する場所を、ネットワークオペレータがより容易に識別できるようにする。同様に、本開示によって対処される改善の一つのキー領域は、高分解能の通信テストおよび測定装置のコストの低減である。本開示の集積化された光反射率計は、ＦＯネットワークのメンテナンスに使用されるべき高分解能と適度に短い範囲を有する反射率計で、大規模なＦＯネットワーク展開をサポートする。この技術は、近所に設置されている新たなＦＯネットワーク、オフィスビル、ファイバ・ツー・ザ・ホーム、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、および、航空機、船舶などの移動体を含む自己完結ＦＯプラットフォームをサポートする。これらのＦＯプラットフォームの一部は、せいぜい数百メートル（＜１キロメートル）延びる。そして、光呼掛けシステム（optical interrogation system）は、全体の光ネットワークの完全性を維持するための必要な修理を行うために、１センチメートル未満の範囲内で光障害を見つけることが望ましい。
【００１２】
本開示は、レーザ出力は干渉計（例えば、測定ユニット）を使用して観測され、光が反射率計で使用される前に、検出された信号にフィードバック補正が適用されることを提供する。上記干渉計は、上記レーザ光源の瞬時の波長／周波数を測定するために使用される。その瞬間に上記レーザ光源が出力するレーザ光の実際の周波数と、上記レーザ光源の目標周波数との間に、差があるかどうかを決定するためである。上記干渉計は、上記レーザ光源によって出力されたレーザ光を分割する第１および第２のレーザ経路を備え、上記第１および第２のレーザ経路は異なる長さを有する。上記第１のレーザ経路に沿って進むレーザ光が上記第２のレーザ経路に沿って進むレーザ光と再結合されるとき、干渉パターンが生成される。上記干渉パターンは検出器によって観測される。上記観測された干渉パターンが表すレーザ位相の変化に基づいて、上記実際の周波数と上記目標周波数との間の測定された差が導出される。上記干渉計の出力は、それが上記レーザ光源の上記実際の周波数と上記目標周波数との間の差を表すことから、「誤差信号」であると考えられ得る。上記干渉計内の上記実際の周波数と上記目標周波数との間の上記測定された差に基づいて、フィードバック補正が、上記レーザ光源に対して、レーザ周波数を上記目標周波数へ調整するためにリアルタイムで適用される。それによって、上記レーザ光源から、高コヒーレントなレーザ発振周波数出力が得られる。
【００１３】
従って、本開示は、干渉計を用いて観測されたレーザ発振周波数に基づく位相／周波数制御フィードバック機構を使用して、１回の測定で長いファイバ（例えば、１キロメートル以上）内の全点のために働く、補正された信号を生成する。高いフィードバック補正ゲインは、レーザの変動を補正するために最適化されたフィードバック位相応答を使用することによって可能とされる。また、同じフィードバック機構は、波長制御信号を注入すべき点を提供して、制御の直線性を確保するとともに、ＤＦＢレーザ光源の自然なコヒーレンス長を超える正確な測定結果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本開示のさらなる改良、利点および特徴は、図面に示された例示的な実施形態を参照して以下でより詳細に説明される。図面において、
【００１５】
【図１Ａ】図１Ａは、レーザ光源と測定ユニット（例えば、干渉計）の構成を示す図である。
【００１６】
【図１Ｂ】図１Ｂは、レーザ光源と測定ユニット（例えば、干渉計）の配置を示す図である。
【００１７】
【図２】図２は、本開示の例示的な実施形態による集積化された光反射率計のブロック図である。
【００１８】
【図３】図３は、レーザ光源呼掛けのためのテストファイバ干渉計を備えた、波長管理されたＤＦＢレーザのＭＡＴＬＡＢシミュリンク（Simulink）電気光学的モデルを示す図である。
【００１９】
【図４】図４は、３つの異なる温度での、波長に対するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）反射強度を示す図である。
【００２０】
【図５】図５は、３つのＦＢＧからの戻り信号と、広帯域リフレクタからの基準信号とを示す図である。
【００２１】
【図６】図６は、レーザ光周波数が時間に対して掃引されるグラフを示す図である。
【００２２】
【図７】図７は、図３中のＦＯテストネットワークデバイスのシミュレーションプロットを示す図であり、（上から下へ）キャビティ電子数、キャビティ強度、キャビティ光位相、制御干渉計出力フィールド、および測定干渉計出力フィールドを含む、幾つかの重要なパラメータを示している。
【００２３】
【図８】図８は、装置性能を数値的に定量化し、比較するための、テスト装置からの後処理データの一例を示す図である。
【００２４】
【図９】図９は、非対称マッハ・ツェンダー（Mach-Zehnder）干渉計を用いた自己ヘテロダイン構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本開示の例示的な実施形態を図面を参照しながら説明する。以下の説明は、そのような説明は、限定ではなく説明の目的のために、特定の実施形態、手順、技術のような具体的な詳細を規定している。以下に記載される実施形態は例示であり、他の実施形態はこれらの特定の詳細から離れて使用されてもよいことが理解されるべきである。本開示の説明を不明瞭にしないように、幾つかの事例では、周知の方法、インタフェース、回路およびデバイスの詳細な説明は省略されている。また、幾つかの図面には、個別のブロックが示されている。当業者は、それらのブロックの機能は、個別のハードウェア回路を用いて、適切にプログラムされたデジタルマイクロプロセッサまたは汎用コンピュータと連動してソフトウェアプログラムおよび非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されたデータを使用して、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を使用して、および／または、１つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を使用して、実現され得ることを理解するであろう。
【００２６】
本開示の例示的な実施形態の説明においては、レーザ光源のタイプの例は、ＤＦＢレーザダイオードを含むレーザとして提供される。これらはレーザ光源の例として挙げられているということが理解されるべきであり、本開示はこれに限定されない。
【００２７】
本開示の詳細な説明の最初に、本開示の独自のソリューションをより良く説明するために、ＯＦＤＲの原理の考察が、様々な例を参照して提供される。
【００２８】
反射率計は、一方の端部に注入される信号の反射を解析することにより、導波路の特性を導波路の長さに沿って調べるために使用される。ＯＦＤＲでは、信号は着実に変化する光波長（または光周波数）を有するコヒーレント光である。
【００２９】
ＯＦＤＲの一例では、光は２００ＴＨｚ（波長１５００ｎｍ）の公称周波数からマイクロ秒当たり１０ＭＨｚの速度で光周波数が着実に増加し、この周波数掃引は１０００マイクロ秒の期間維持され得る。１ｋｍの距離でファイバ内の不連続部（例えば、欠陥、コネクタ、端面等）から反射される光は、約１０μｓの往復遅延を発生する（ファイバ内の光の速度のための典型的な値を使用して）。したがって、光周波数掃引の間、反射光は、生成された光周波数が１００ＭＨｚ遅かった時のレーザ光源からのものであろう。反射光と現在のレーザ出力周波数との間のこの特定の周波数差は、掃引が維持される限り、この距離からの全ての光の特性であろう。他の全ての距離からの反射光は、異なる特性の周波数差を有することになる。
【００３０】
光周波数／波長は、高分解能で直接測定することは困難であるかも知れない。しかし、非常に小さな周波数差は、２つの光源間で干渉によって容易に検出され得る。この場合、反射された光エネルギは、直接レーザから取り出される光の一部と干渉され得る。この構成は、時には自己ヘテロダインと呼ばれる。これら２つの干渉する光信号の間の光周波数の差は、干渉ビート、または２つの光入力信号の光周波数の差に等しい強度変調周波数を生成する。干渉後の光の強度変調は、光検出器を用いて電気信号に変換され得る。我々は電気ドメインにおいて更なる処理のための優れたツールを持っているので、上記信号を電気ドメインに移動することは有用である。この構成では、１ｋｍ遠い点からの反射が、今、特徴的性質１００ＭＨｚの電気信号を生成する。その周波数は反射が由来した場所を識別し、ビート周波数の振幅はその点での反射の強度を示す。光検出器からの信号の周波数スペクトルは、ファイバのその長さに沿った反射プロファイルの類似物を含むことが明らかである。ここで、ゼロ周波数は発射端を表し、ファイバ長はスケール１００ＭＨｚ＝１ｋｍであるスケール上で表される（すなわち、１００ｋＨｚ／ｍ）。この周波数スペクトルは、多くの場合、上記検出器からのビート信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって生成される。
【００３１】
上では、レーザ光はコヒーレントであると仮定された。したがって、上記レーザは光周波数発振器である。ここで、その位相は、将来へ任意の長さの時間で、予測され得る。しかしながら、これは、実際にはそうではない。全ての発振器は幾つかの妨害を受け、特に、半導体レーザの発振位相は、その半導体レーザのキャビティ中への自然放出によって破壊されるからである。誘導された光子の排出は、建設的な位相でレーザ発振波エネルギを強める。一方、各自然放出光子は、ランダムな位相を有しており、したがって、レーザ発振位相にランダムな符号と振幅の小さな乱れを加える。時間の経過中、これらのランダムな外乱の影響は、レーザ位相を、理想的な目標位相（すなわち、それは完全にコヒーレントであった）から「ランダムウォーク」風に離れてさまよわせることである。そのランダム寄与が非常に小さい場合には、将来に向けて、レーザ位相を幾つかの有用な方法で予測することが可能かも知れない。この有効な予測時間は、レーザコヒーレンス時間である。また、コヒーレンス時間を光の速度に分けてレーザ発振コヒーレンス長として表すことができる。したがって、例えば、３μｓのコヒーレンス時間を有するレーザは、空気中で１ｋｍのコヒーレンス長を有する。上記の例をとって、コヒーレンス時間３μｓのレーザを仮定すると、ファイバ中のコヒーレンス長は約６００ｍ（光の速度はファイバ中でより遅い）であるから、我々は、ファイバ中の３００ｍの距離へ反射率測定を行うことができる（すなわち、６００ｍの往復）。したがって、より長いコヒーレンス長を有するレーザは、遠い反射率測定ために使用され得る。
【００３２】
また、コヒーレンスの上記の議論は、レーザ位相は或る時間へ良く定義され、その時間を超えてそれは未知であること、または、コヒーレンス関数は、コヒーレンス長へ高い値を有し、その距離を超えて無に落ちることを意味し得ることが留意されるべきである。しかしながら、典型的なコヒーレンス関数はローレンツ形状（Lorenzian）であり、これはゆっくり低下し、長い尾を持つ統計的分布である。コヒーレンス「カットオフ」点は、レーザ光が５０％コヒーレントである点、または結果として生じる干渉縞が５０％のコントラストを有する点として定義され得るが、コヒーレンスの程度は広範囲にわたってゆっくりとのみ変化する。コヒーレンス長についての単一の図は幾分誤解を招くかもしれないが、そのような図は、コヒーレンス長／時間を定量化するために提供されていることが理解されるべきである。したがって、ＯＦＤＲ動作を説明するにおいて、使用される数値は、程度（degree）に近似され得る。しかし、ここに述べたように、そのような近似は、そのようなコヒーレンス長または時間の使用や理解には影響しない。
【００３３】
上述したように、ファイバ長に沿った任意の物理的な点は、自己ヘテロダイン検波後の特定の周波数で識別される。この特性周波数は距離に比例するが、それはまた、レーザ発振光周波数の変化速度に比例する。高分解能を維持するために、本開示の例示的な実施形態は、その点から検出された周波数が一定になることを提供する。上記の例では、約１ｋｍ離れた地点での反射を１ｃｍ（１０万分の１）まで分解するのが望まれ、１０万分の１の光周波数掃引速度の直線性が要求される。しかし、波長可変レーザは、この程度のチューニング直線性で、容易にはチューニングされ得ない。
【００３４】
述べたように、測定距離は、レーザコヒーレンスによって制限され得る。この制限を克服する３つの主要技術がある。すなわち、１）上記のように高いコヒーレンス波長可変レーザ光源を用いることによる技術、２）例えば、フロガット（Froggatt）等に対する米国特許Ｎｏ．７，５１５，２７６（以下「フロガット」と呼ぶ。）で開示されているように、結果を解釈する前のレーザ非コヒーレンスの生の測定データを補償することによる技術、または、３）以下でより詳細に説明される本開示の解決策にしたがって、レーザ光源でのレーザ非コヒーレンスを補正することによる技術である。
【００３５】
技術１）は実行可能なソリューションである。多キロメートルの測定範囲で、同様の高品質の測定結果を生成できる幾つかの高品質な波長可変レーザ光源がある。しかし、これらのレーザは、多くの場合、ＭＥＭＳ部品およびミラーと組み合わされたレーザ装置を含むマイクロメカニカル構造であり、一般に製造するのが高価である。対照的に、中程度の品質の一般的なＤＦＢ半導体レーザは、電気通信システム用の光源として非常に低いコストで製造される。ＤＦＢレーザは、より典型的には約１ｍの非常に限られたスパンでのＯＦＤＲ測定を許容するコヒーレンス長を有する。これは、多くの場合、有用な範囲ではない。
【００３６】
フロガットの技術２）は、安価なＤＦＢレーザを、長い長さの測定を行う際に使用できるようにするための手段として使用されてきた。原則として、フロガットの技術は、時間とともにレーザ位相変動を測定し、電子的に測定値を記録することを含み、それにより、最近の過去の或る時点に検出器での測定値を補償するために用いることができる実際のレーザの位相（または近似）の履歴記録がある。したがって、フロガットは、干渉計でＤＦＢレーザの位相を観測し、それから、その情報（デジタル的に遅延されている）を位相／周波数の漸進的変化の履歴記録を生成するために使用した後、その過去の履歴記録に基づいて、レーザのコヒーレンス長を超えたファイバ領域からのＯＦＤＲ測定値を経験的に補償することを提案している。レーザ観測データに使用される遅延は、レーザのコヒーレンス長を超えた距離での実際の反射率計測定値における補正項として、補償された領域への遅延に等しい。しかし、その補償は、補償された遅延の周りの小さなウィンドウサイズに適用されるのみである。ファイバ長全体を観るためには、人は多くの部分的な読み取りを行う必要がある。
【００３７】
本開示は、レーザ位相の漸進的変化を観測し、レーザの位相変動を補正するためにこの情報をフィードバックループで直ちに使用し、それによって、レーザコヒーレンス長／時間を増加させる新たな技術を提供する。レーザ光源でレーザ動作を補正することにより、上記１）の技術による高度にコヒーレントな波長可変レーザ光源を用いたシステムのように、収集された測定データは、全測定長さにわたって適用可能になる。本開示は、レーザ出力は、干渉計を用いて観測され、フィードバック補正は、そのレーザ光源に対して、そのレーザ光源の光周波数を補正するために適用されることを提供する。従って、本開示は、干渉計を用いて観測されるレーザ発振周波数に基づく位相／周波数制御フィードバック機構を使用して、１回の測定で長いファイバ内の全点について働く、補正された信号を生成する。高いフィードバック補正ゲインは、レーザの変動を補正するために最適化されたフィードバック位相応答を使用することによって可能となる。また、同じフィードバック機構は、ＤＦＢレーザをＯＦＤＲ光源として使用するために必要な光周波数掃引を提供するために使用される波長制御信号が注入される点を提供する。
【００３８】
図１Ａは、レーザ光源１１０と測定ユニット１２０（例えば、干渉計）の構成を示すブロック図である。レーザ光源１１０は、目標周波数を有するが、上述のように、レーザ光源は、常にこの目標周波数でレーザ光を出力するわけではない。測定ユニット１２０は、レーザ光源１１０によって現在の瞬間に出力される実際の周波数と、レーザ光源１１０の目標周波数との間の差を測定するように構成されている。
【００３９】
レーザ光源１１０の光位相／周波数を観測（例えば、検出）するためのレーザ出力の干渉測定の例は、今、この観測がレーザ光源１１０のためのリアルタイムフィードバック制御を提供する仕方を示すために、図１Ａを参照して説明される。
【００４０】
瞬時のレーザ位相および／または光周波数は、レーザ光源１１０からの或る光出力上で干渉計を用いて観測され得る。例えば、測定ユニット１２０のマッハ・ツェンダー干渉計では、レーザ光は２つの経路（短い経路と長い経路）に分けられ、その後、再結合される。光が再結合されるとき、干渉が起こり、これは、建設的または相殺的であり得る。例示的な実施形態によれば、干渉計は、ファイバと、２×２ファイバカプラとから構築され得る。第１の２×２カプラは、レーザ光を２つのファイバ経路に分割する。第２の２×２カプラの一方の入力は、第１のカプラの一方の出力に直接融合されている。それとともに、他方の入力と出力の対は、ファイバの追加の長さを介して、接続されている。第２の２×２カプラの出力の一方または両方は、干渉結果を観測するための光検出器に接続され得る。この干渉計の一方の入力から出力までの経路長差が波長の正確な数であれば、その出力において干渉が建設的になり、光出力が最大値（トータルの入力光レベルにほぼ等しい）となる。一方、上記干渉計の一方の入力から出力までの経路長差が波長の１半波長差であれば（これらが均等分割比の２×２カプラであれば、このようになる。光遅延差は明らかではないかも知れないが、それはそれらのカプラで発生する。）、第２の出力レベルはゼロに近くなる。上記波長が変化して第１の経路の長さが上記よりも半波長長くなるように変化すれば、第１の出力はゼロ（相殺的干渉）になり、第２の出力は最大値（建設的干渉）となる。上記２つの条件の間の点では、いずれかの出力における強度は、発振波長の関数となり、また、ファイバ長差が光の多波長であれば、出力強度は、光周波数の非常に敏感な関数となり得る。また、より短い（経路差を通る伝搬遅延時間と比較して短い）時間スケールでは、出力強度は、レーザ位相の瞬時変化の直接的な関数である、ということが考慮される。より長い経路からの光はまだその位相変化を経験していないからである。
【００４１】
図１Ｂは、代替の実施形態のブロック図を示している。そこでは、測定ユニット１３０は、図１Ａに示したマッハ・ツェンダー干渉計の代わりに、再循環干渉計を含んでいる。それにもかかわらず、図１Ａおよび図１Ｂにおける測定ユニット１２０，１３０は、各々、レーザ光源１１０によって現在の瞬間に出力される周波数と、レーザ光源１１０の目標周波数との間の差を測定するように構成されている。
【００４２】
図２は、レーザを含む装置２００の例示的な実施形態を示している。レーザの光周波数は安定化され、従って、そのレーザのコヒーレンス長は本開示に従って増加する。装置２００は、レーザ光源１１０の発振周波数を観測するために、図１Ａの干渉計１２０を使用する。干渉測定は、レーザ光源１１０によって出力されるレーザ光の周波数／波長をリアルタイムで制御するための位相／周波数制御フィードバック機構に供給される。図２中の参照数字２１０は、フィードバック制御ユニットを示している。このフィードバック制御ユニットは、レーザ光源１００の実際の周波数と目標周波数との間の、干渉計１２０によって測定された差に基づいて、レーザ光源１１０から出力されるレーザの一定の周波数を維持するように、リアルタイムでレーザ光源１１０を制御するように構成されている。それにより、レーザ光源１１０から放射されるレーザ光の周波数が目標周波数に調整される。干渉計１２０の出力は「誤差信号」であると考えられ得る。その出力は、レーザ光源１１０の実際の周波数と目標周波数との差を表しているからである。干渉計において測定された実際の周波数と目標周波数との間の差に基づいて、フィードバック制御ユニット２１０は、レーザ光源１１０に対してリアルタイムでフィードバック補正を適用して、レーザ周波数を目標周波数へ調整および補正し、それによって、レーザ光源１１０の高度にコヒーレントなレーザ発振周波数出力を得る。
【００４３】
上記のように、干渉計によって測定されたレーザ位相／周波数の時間変化は、異なる瞬間に発生されたレーザ光で自己ヘテロダインされた、反射された（遅延された）信号に基づいている。本開示の例示的な実施形態によれば、レーザ周波数のリアルタイム測定は、フィードバックループ内で直ちに使用されて、レーザ光源１１０によって出力された実際の周波数と目標周波数との間の周波数誤差を瞬時に補正する（例えば、図２に示された無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタによって）。
【００４４】
これは、２つの設計特徴を与えることによって達成される。第１に、光周波数検出及びフィードバックループは、必要な補正の帯域幅に比べて小さい最小の遅延を起こさなければならない。このことは、干渉計およびフィードバック検出器（単数または複数）内で使用される短いファイバ長（ファイバが使用される場合、その他、導波路の長さを小さく維持するための集積化された光実装が使用され得る。）と、フィードバックループ内で使用される高速・低遅延電子部品とを必要とする。第２に、周波数誤差が発生したときそれらの周波数誤差を補正するように、十分な帯域幅を有するレーザ光源１１０に補正チューニングを適用する手段が提供される。ＤＦＢレーザは、一般的に、例えば付属のペルチェ冷却器を使用して、温度の変化によってチューニングされているが、これは秒（複数）のスケールの時間応答をもち、我々のフィードバック設計で使用するには遅すぎる。また、ＤＦＢレーザは、そのレーザに流れる電流によって僅かにチューニングされ得る（電流の変化はまた、そのレーザからの光強度を変調する）。これは、本開示において適用される機構である。ここで、主な効果は、レーザ電流加熱からの温度変化であるが、より急速な変化がレーザキャビティ内の電子数にあり、それは屈折率、したがって発振波長に影響する。本開示は、フィードバックループを閉じ、レーザ位相への破壊を最小限にするのに利用可能なメカニズムを活用する（さもなければ、低コヒーレンス長をもたらす。）。或る短期（ナノ秒のスケール）のレーザ位相ノイズは許容できるが、フィードバックループは、数マイクロ秒から数十マイクロ秒の時間スケールでコヒーレンスを維持するために、迅速にレーザ周波数を復元する。このコヒーレンス特性には、ＯＦＤＲ機器用のレーザが適する。
【００４５】
チューニングの直線性が高分解能の機器のために重要であることが分かっている。殆どの波長可変レーザ（上記の「高品質」デバイスを含む）は、適度のチューニングの直線性を持っているが、それにもかかわらず、多くのＯＦＤＲ測定のためには不十分である。レーザは、温度を調節すること、ＭＥＭＳミラーおよび回折格子の角度を調整すること等によって、調整される。これらの「オープンループ」機構は、或る非直線性を有している。本開示のソリューションは、上述のフィードバックループ内でレーザ発振周波数制御を適用することである。
【００４６】
上述したように、本開示のフィードバック安定化技術は、１つのみの固定された周波数で位相を安定化させるのに効果的である。周波数チューニングは、光位相（その光位相にフィードバックループがロックする。）を変化させることによって、これに追加され得る。例えば、デジタル位相回転をもつ直交位相フィードバックループは、精密チューニングのために設けられ得る。
【００４７】
フィードバックループを使用するこの周波数制御を実現する１つの手段は、干渉計の長いファイバを延伸することによるチューニングを含む。それは次のように働く。フィードバックループは、フィードバック光検出器の出力での或る電圧によって満足される。この電圧は、干渉計の短いアームおよび長いアーム中の光の間の一定の位相関係によって生成される。ファイバが延伸された場合、この位相関係を維持するために、波長が増加して、波長の同じ数が新しい光ファイバ長に収まり、出力カプラで同じ位相関係になる。これが達成されない場合、検出器の出力電圧が変化し、レーザ電流が変化して発振周波数を引っ張り、その結果、状態が復元される。それによって、レーザ波長が新しい長いファイバ長を満足するように調整される。ファイバは、そのファイバを例えばピエゾシリンダ（Piezo cylinder）上にしっかりと巻き付け、印加電圧によってそのシリンダの寸法を変更することによって、チューニングを行うために必要な小量だけ延伸され得る。レーザのチューニング範囲は、使用されるレーザ光源１１０で達成し得る電流チューニング範囲によって制限される。この制限に達するのに必要な延伸の程度は、ファイバによって耐えられ得る緊張と比較してかなり小さい。この波長チューニング機構は、図３に示すモデルにおいて実証された。図３は、レーザ光源呼掛けのためのテストファイバ干渉計を備えた、波長管理されたＤＦＢレーザのＭＡＴＬＡＢシミュリンク（Simulink）電気光学的モデルを示している。
【００４８】
例示的な実施形態によれば、チューニングの別の技術は、フィードバックロック状態の位相を回転することを含む。直交干渉計出力は、例えば干渉計の出力カプラについて均等分割の４×４カプラを用いることによって、様々な手段によって達成され得る。例示的な実施形態によれば、このカプラは、４つの直交位相関係にある２つの光路を組み合わせることを表す４つの出力を有することができる。これらのうちの直交する対は、それらの出力強度において９０度の関係を有することができる。これらの両方を検出することによって、干渉計における光位相関係の直交座標表現が得られる。これらの検出器の出力は、フィードバックループがロックされたときに任意の位相関係を満足するように適切な（例えば、直交座標から極座標へのマッピング（rectangular to polar mapping））比率で加算され得る。直交座標から極座標へのマッピングを回転させることにより、ロックしている光位相を回転させることができ、レーザ波長はロック条件を満たすように変わる。回転は、３６０度以上通してすることができる。各々の完全な回転は、回転が進むにつれてレーザ発振波長をランプさせながら、干渉計の非対称な長さに別の波長を追加する。この位相回転およびレーザチューニングは、レーザ電流チューニング範囲の限界に達するまで、継続し得る。
【００４９】
したがって、フィードバック制御ユニット２１０は、レーザ光源１１０から出力されるレーザ光の周波数の直線的な変化速度を維持するように、レーザ光源１１０を制御するように構成される。少なくとも２つの直交干渉計出力信号のマッピングは、フィードバックループが干渉計１２０内の任意の光位相関係でロックされ得るように、干渉計位相に加えられる。その結果として、マッピングは、干渉計１２０の中へまたは外へ、光サイクル／波長を「巻く（wind）」ように回転され得る。フィードバック制御ユニット２１０のフィードバックループは、フィードバックロックを維持するためのこれらの変更に合うように、レーザ周波数を調整する。その結果、正確にレーザ周波数が掃引される。
【００５０】
干渉計の非対称な長さに追加された各波長は、レーザ発振波長および周波数の正確な変化を表す。したがって、チューニングは、干渉計の中へまたは外へ「巻かれた（wound）」波長のカウントによって表されるように、非常に正確である。これは、デジタルで正確なチューニング機構として実現され得る。直交座標から極座標へのマッピングによって制御された、これらの整数の波長カウントの間の補間は、乗算型ＤＡＣ（デジタル・ツー・アナログ変換器）を用いて達成され、デジタルに制御される。これは、波長をカウントすることほど当然にはデジタル的に正確ではない一方、正確であるように設計することができ、デジタル係数は精度を高めるために容易に補償され得る。この技術の全体的な結果は、さらなる信号処理または補償方法を必要とせずに、多くのＯＦＤＲ用途のために十分な非常に高いデジタル精度でチューニングされ得るレーザである（そのレーザの電流チューニング範囲内で）。これを達成することにより、レーザとフィードバック機構の組み合わせは、高コヒーレンスのレーザ光源として（例えば、ブラックボックスとして）を用いられ得る。そのレーザ光源は、さらなる補償なしに、より長い範囲のＯＦＤＲ測定を直接行うために使用され得、各測定において測定の全長にわたって有効である結果をもたらす。したがって、ＯＦＤＲを完成するための設計の残りの部分は、非常に簡単、単純で低コストであり得る。
【００５１】
上述したように直交情報は４×４カプラを用いた干渉計から生成され得る。同様の結果が他の手段によって得られ得る。例えば、３×３カプラは、直交出力に対する近似を提供するが、それは、４×４カプラに対して、その出力とロックされるべき位相との間の変更されたマッピングを含むだろう。また、集積化された光反射率計では、４×４カプラは、他の要素から構成されてもよい。例えば、それは、２×２の要素から構築され得る。
【００５２】
電流チューニングのみによって達成され得るのよりも、より広いチューニング範囲を達成することが望ましいかもしれない。例示的な実施形態では、フィードバックループ内に、温度チューニングが追加され得る。温度チューニングは、ＯＦＤＲレーザ波長をチューニングするために、本質的には十分に線形ではない。しかしながら、その温度チューニングが上記のように波長制御フィードバックループ内にあるレーザに追加された場合、フィードバックループ制御（電流チューニング）は、レーザのチューニングを線形化するために必要な補正項を生成できて、温度チューニングを伴ったより広いチューニング範囲で、（上記の純粋な電流チューニング機構と）同じ高度の直線性を達成できる。
【００５３】
温度チューニングの１つの制限は、加熱および冷却の入力に応答する温度変化の比較的遅い応答である。例示的な実施形態によれば、より迅速にレーザチップの温度を変更するために、磁気冷凍が使用され得る。磁気冷凍は、材料の温度が、磁場の印加によって変化され得る現象である。磁場が除去されると温度が以前の値に戻る。発生または除去される熱はなく、プロセスは断熱である。これは、磁界強度の瞬時の変化のための「瞬時の」温度変化を意味する。磁気冷凍材料片（例えば、ガドリニウム（Ｇｄ）またはその合金）にフィードバック安定化レーザを取り付けることによって、レーザ温度は、瞬時にではないけれども（そのレーザチップの温度を変更するためには、磁気冷凍材料とレーザチップとの間で熱エネルギが依然として交換される必要があるから）、非常に急速に変化され得る。
【００５４】
本開示の例示的な実施形態は、レーザ光源１１０を温度チューニングするための機構に、レーザ光源１１０の温度を調節するための磁気冷凍材料を含む温度調整部品を備える。上記温度調整部品は、フィードバック制御ユニット２１０と独立または連動して、レーザ光源１１０の温度を急速にチューニングできる。したがって、本開示の例示的な実施形態は、レーザ光源（例えば、図１Ａおよび図１Ｂのレーザ光源１１０）と、上記レーザ光源の温度を調整する磁気冷凍材料を含む温度調整部品とを備え、それにより、上記レーザ光源から出力されるレーザ光の周波数を制御する装置を提供する。
【００５５】
本開示の例示的な実施形態は、ＦＯ設備のような光学部品中へレーザ光を出力するように構成されているものとして記載されてきた。しかしながら、本開示は、それに限定されない。また、本開示の実施形態は、例えば、空気のような任意の媒体を通して関心領域に向けてレーザ光が伝えられる自立型（free-standing）または孤立型（stand-off）の実装にも適用可能である。本明細書で使用される通り、光学部品は、光ファイバ、光カプラ、光コネクタ、光スイッチ、光集積光導波路、液体、大気、および自由空間の任意の１つ又はそれ以上であり得る。
【００５６】
ファイバ構造の例示的な実施形態は、上述したように、例えば２×２カプラを含むと記載された。本開示は、これに限定されない。例えば、レーザ、カプラおよび検出器が小さな基板上に一体化されている、集積化された光学ソリューションが提供され得る。
【００５７】
したがって、本開示の例示的な実施形態は、電気光学的コントローラを、標準的なＤＦＢレーザ光源と組み合わせる。その電気光学的コントローラは、数ｍｍの領域の分解能で、１回の測定で、長いファイバ長（数キロメートル、例えば５キロメートルまで）にわたって反射率測定を行うために使用可能な、規定されたコヒーレンスで、光周波数掃引を容易にするように波長を管理するためのものである。本開示のレーザ制御構成は、モデリングシステムを使用してモデル化される。そのモデリングシステムは、図３において予期できる結果で、他の光学系において実証済みの精度を示した。
【００５８】
電気光学的コントローラをＤＦＢのようなレーザ光源と組み合わせた本開示の反射率計技術は、出力波長を管理し、それによって、数ｍｍの分解能で、長いファイバ長、例えば１キロメートル以上にわたって、反射率計測定を行うのに使用可能な、規定されたコヒーレンスで、光周波数掃引を容易にする。したがって、本開示は、ＤＦＢ線幅の安定化を評価および設計するための光学的モデリング技術を用いて、通常の電気通信グレードのレーザ光源から、非常に長いコヒーレンス時間および波長チューニング範囲を有する波長チューニング設計を可能にする。したがって、本開示の例示的な実施形態は、少なくとも約百メートルのコヒーレンス長を有するレーザ光を出力するように構成されたレーザ光源を提供する。
【００５９】
この新たな反射率計技術は、近所／オフィス／政府のＦＯネットワーク（例えば、ＷＡＮ、ＬＡＮなど）のための、また、飛行機、船舶、陸上などの車両を含む移動可能な自己完結型のＦＯプラットフォーム、およびＦＯセンシングのための、手持ち操作可能な（hand-held）／集積化された計測／復調ツールとして展開され得る。これらのＦＯのプラットフォームの多くは、せいぜい数百メートル（＜１ｋｍ）延びる。光呼掛けシステムは、全体的なＦＯシステムの完全性を維持し必要な修理を行うために、光障害を正確に（＜１ｃｍ以内）位置付けることが望ましい（現在の技術ではできない）。
【００６０】
米国政府の機関は、例えば、空気、海、地上および宇宙の幅広い用途のためにＦＯ技術を使用している。ＦＯ用途は、しばしば非常に特定のプロジェクトおよび範囲条件を伴って専門性の高いことがあり、その分野での信頼性と性能を確保するために、厳格なテストと過酷な環境の認証を要求することがある。例えば、航空機は急速に成長しているＦＯ用途である。地上管制及びＵＡＶを制御するアンテナとの間の通信リンクとして使用されて、ＦＯは、長距離にわたる広範なデータを伝送するための非常に高速かつ効率的な手段を提供する。典型的に、航空機ＦＯは、機の測位／制御および情報／データ送信を、長距離にわたって高帯域かつ高速にリンクする。地上車両、自動車用途では、ＦＯは、照明、通信、センシングの要求については、当然に理想的な選択肢である。最後に、船のシステムのため、ＦＯシステムは、ミッションクリティカルなオンボード通信システム、および、ドック入りした船へのデータ、電話、その他のサービスを提供するための、船から陸へのリンクのために展開されてきた。これらの接続は、船上無線送信／受信システムを使用することなく、船へおよび船からの高速、高帯域通信を可能にする。
【００６１】
また、本開示は、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、外部ファブリー・ペロー（Fabry-Perot）干渉計（ＥＦＰＩ）またはその他のトランスデューサを使用する分散センサシステムのような、コヒーレントまたは干渉の測定のための呼掛けシステムとして働く。典型的な分散ファイバセンサシステムでは、第１に、光ファイバにおける温度、圧力、応力／歪みおよび振動を測定する手段を設ける必要があり、第２に、１本のファイバ上へ、幾つかの測定を多重化する手段を設ける必要もある。例えば、ＦＢＧセンサとともに使用される波長管理されたＤＦＢレーザは、両方の要件を満たすことができる。
【００６２】
まず、ＦＢＧは、レーザの掃引範囲内の波長で光を反射するように設計され得る。その反射波長は、ＦＢＧの格子周期によって決定される。歪みまたは温度変化のせいで、ファイバ寸法が変わることがあり、および／または、コア屈折率が変わることがある。それは、図４（３つの異なる温度での波長に対するＦＢＧの反射強度を示している。）に示すように、反射波長を変更する。ファイバからの反射ピーク波長を測定することにより、ＦＢＧにおける歪みまたは温度が決定され得る。このプロセスは、チューニング可能なレーザ光源を必要とするが、必ずしも高い光源コヒーレンスを必要としない。
【００６３】
光源波長が急激に掃引されれば、現時点でのレーザと、図５に示されたようなＦＢＧへの往復遅延時間の前に光源で見られる波長を有する任意のＦＢＧ反射信号との間の波長差を決定することができるかも知れない（図５は、３つのＦＢＧから戻された信号と広帯域リフレクタからの基準信号とを示している。）。この波長差は、レーザ波長のごく一部であるかも知れないが、周波数に関して依然としてキロヘルツまたはメガヘルツに達し得る。この周波数範囲は、容易に捕捉され、電子的に処理され得る。その周波数差は、コヒーレント光検出を用いて検出され得（例えば、光検出器上で２つの光信号を混合することによって）、ビート周波数を生成する。ファイバ内の異なる点に位置するＦＢＧの各々は、固有の往復距離を有し、それゆえ、図６に示された固有のビート周波数を有する（図６は、レーザ光周波数が時間に対して掃引されることを示している。）。遠くのＦＢＧからの遅延反射は、近くの基準リフレクタの光周波数からオフセットされた（ずれた）、より早期の光周波数を示す。このシステムは、コヒーレント検出を容易にするためのコヒーレント光源を必要とする。ここで、コヒーレンスは、少なくとも、最も遠いＦＢＧに対するファイバ内の往復距離と同じぐらい長くてもよい（必ずしも必要ではないが）。
【００６４】
上記ではＦＢＧがファイバ内のトランスデューサの一例として使用されているが、ＥＦＰＩを含む他の可能なトランスデューサがあり、また、ファイバ自体の内在する後方散乱特徴さえも存在する。本開示は、予想されるレーザチューニング範囲および速度、特定のトランスデューサの感度係数、所望のシステムの測定範囲および感度、並びに、所望の測定空間分解能および合計長さを考慮して、最高の性能を得るために行われる数多くの最適化を支援する。
【００６５】
エネルギ市場向けのセンシング用途では、エネルギの生成と分配産業のために高分解能の歪み、温度、振動および圧力を提供する要望がある。光ファイバセンシングシステムは、高いレベルの正確さ、および、高温及び高圧での過酷な環境で動作する能力のせいで、これらの市場に対処するために開発されてきた。さらに、変圧器（それは、電力会社の最大の資本投資である。）は、従来から、手動で、遡及的かつ非効率的に管理されてきた。変電所に配備される次世代センサは、ユーティリティが計画外の障害を起こすのを防ぎ、メンテナンスコストを減らし、有用なトランス寿命を延ばす。風力エネルギのセンシング製品は、風力発電システムの動作観測、状態追跡を可能にするように開発されている。これらの新しいセンシング用途は、ＦＯセンシングシステムによって対処されている。そのＦＯセンシングシステムは、タービン製造業者にコスト削減利益を与えながら、発電機出力を最大化するためのピッチ、並びに、ブレード、ドライブトレインおよびタワーの負荷低減を観測する。モバイルプラットフォーム、航空機、船舶、宇宙船などの正常性管理については、歪みと同様に、温度および他の物理的パラメータが測定および観測される。それにより、将来のより安全で、より効率的な輸送システムを提供する。
【００６６】
本開示によれば、集積化された光反射率計は、レーザ光源の出力波長を管理し、それによって、数ｍｍの領域の分解能で、１回の測定で、約５キロメートルまでの長いファイバ長で、反射率計測定を行うのに使用可能な、規定されたコヒーレンスで、光周波数掃引を容易にするだろう。レーザ制御構成は、高度に専門化されたモデリングシステムを使用してモデル化される。そのモデリングシステムは、他の光学系において実証済みの精度を示した。これらの固有のツールを使用して、本開示は、過去のＤＦＢ線幅安定化および波長チューニング設計を改善して、通常の通信グレードのレーザ光源から、非常に長いコヒーレンス時間および小さな（しかし十分な）波長チューニング範囲を得る。
【００６７】
図７は、図３中のＦＯテストネットワークデバイスのシミュレーションプロットを示し、（上から下へ）キャビティ電子数、キャビティ強度、キャビティ光位相、制御干渉計出力フィールド、および測定干渉計出力フィールドを含む、幾つかの重要なパラメータを示している。ここでは図示していないが、電気回路の波形（例えば、レーザおよび検出器の電流および電圧）も観測されるだろう。
【００６８】
集積化された光反射率計のために、通信グレードＤＦＢレーザから最高の性能を得る効率的な光源が使用される。それゆえ、装置を微チューニングするために、光源を比較するための性能指数が実行される。そのような定量的な性能指数の一つは、レーザ線幅である。我々は、上記モデルから取られた後処理データによって、これを測定することができる。そのモデルでは、我々は、光位相を直接読むことができ、したがって、この情報から高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を導き出すことができる。
【００６９】
図８は、装置性能を数値的に定量化し、比較するための、上述のテスト装置からの後処理データの一例を示している。この場合、レーザキャビティ位相のＦＦＴは、レーザ線幅（それは、許容可能な値まで低減される）の尺度を与える。データ操作は、シミュリンク（Simulink）とＭＡＴＬＡＢ環境で良く満足されている。そこでは、効率的な開発の鍵は、実用的で測定可能な場合に対して検証されている正確なモデルである。
【００７０】
上述したように、物理的な光源では、直接光位相を測定することは容易ではなく、したがって、レーザ線幅を直接測定することはできない。代わりに、レーザ光の、それ自体の遅延コピーによるヘテロダイン、すなわち、自己ヘテロダインが、位相雑音を測定するために使用される。これが、光源のコヒーレンス長を良く超えて、非常に長い遅延を伴って行われるならば、測定された線幅は、まるで同じ線幅をもつ２つの異なる光源の積を取るかのようであり、それらの一方の線幅を容易に評価することができる。しかしながら、コヒーレンスがかなり高い場合は、さらに、典型的なローレンツ形状のコヒーレンス分布は非常に長いテイルを持つので、これは、非常に長いファイバ遅延を要求する。代わりに、我々は、光をその光自身の若干遅延されたバージョンと干渉させるより短い干渉計を使用でき、それにより、位相雑音の測定を得ることができる。幸いこれは、正確にモデル化され、また、実際に実現され得る原理である。
【００７１】
図９には、非対称マッハ・ツェンダー干渉計を用いた自己ヘテロダイン構成が示されている。ファイバでの偏光回転の可能性がある場合、実際には第２の光カプラの偏光整合を確保する必要があるから、多少簡略化されて示されている。そのモデルでは、設計によって、この偏光整合を十分に確保するのが容易である。
【００７２】
本開示の集積化された光反射率計は、ＦＯ機器用の反射率計コアモジュールを含む低コストの機器プラットフォームを提供する。そのプラットフォームは、インストールおよびメンテナンス要員のためのパッケージングやディスプレイを備えた手持ち操作可能デバイス中へ組み込まれ得る。また、そのプラットフォームは、ＦＯネットワーク連続観測システムの組み込まれた部分として使用され得る。本開示は、ネットワークオペレータに、問題の報告を容易にするために要約形式で必要なデータを提供し、また、メンテナンス要員に、問題を解決するために必要な特定の情報を提供するためにより詳細なレポートを提供する。本開示の高分解能で、彼らは個別のコネクタや光学部品内の問題を特定できる。非常に低コストで、集積化された光反射率計は、ネットワークの観測と信頼性を確保するために、研究教育ネットワーク（ＲＥＮ）、スモールオフィス／ホームオフィス（ＳＯＨＯ）、ＬＡＮ、複数の場所にある建物およびその他の市場に横断的に、組み込まれ得る。本開示は、初めて、コストの点で必要とされる機器を提供する。そこでは、それらの機器は、新たに設計され、また、既存のネットワークに後付けされ得る。
【００７３】
これらの新しいＦＯネットワークプラットフォームの多くは、資源および能力が限られている中小規模のテクノロジ企業によって開発され、サービス提供されている。より大きな顧客に加えて、ＦＯネットワークテストに来るとき、中小企業（ＳＭＥ）は固有の課題に直面する。光通信市場における既存のテスト機器は、大企業にサービス提供するのに焦点を当てている一方、これらの中小企業はサービス提供されていない。本開示は、大きな顧客と同様に、このサービス提供されていない顧客に、ＦＯテストソリューションのオプションを、利用可能である手頃な価格で提供する。
【００７４】
本開示は、幾つかの市場の欲求を満たす。例えば、本開示は、機器当たりの低製造コストで、高分解能（ｋｍ範囲で、＜１ｃｍの分解能）で、安価な測定機器の開発を提供する。また、本開示は、非常に柔軟で構成可能な光ネットワーク呼掛けプラットフォームを提供する。そのプラットフォームは、圧倒的な無数のテスト装置オプションを廃止するとともに、現在利用可能な全てのＦＯ検出素子（ＥＦＰＩ、ＦＢＧ、ＬＰＧ、エタロン、分散など）と互換性がある。さらに、本開示は、センシングシステムと同様に障害および性能を観測するためにネットワーク中へ組み込まれ得る手持ち操作可能な構成または簡単なオプトエレクトロニクスカードのいずれかを提供する。インターネットダウンロード可能なソフトウェアのアップグレードは、機器を性能の最先端に維持するために使用され得る。
【００７５】
また、本開示は、本明細書に記載された集積化された光反射率計の作動機能を実行するための方法を、ファイバ特性を測定するためにＯＦＤＲ装置中での集積化された光反射率計の使用とともに提供する。
【００７６】
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施され得ることが、当業者によって理解されるであろう。それゆえ、ここで開示された実施形態は、全ての点において、説明のためであり、限定されないと考えられる。本発明の範囲は、前述の説明よりも、むしろ添付の特許請求の範囲に示されている。その意味に入る全ての変更、範囲、等価範囲は、その中に包含されることが意図されている。
次の項目１〜２３に記載の事項は、本願の出願当初の開示範囲内にある。
［項目１］
目標周波数でレーザ光を出力するように構成されたレーザ光源と、
上記レーザ光源によって現在の期間に出力される実際の周波数と、上記レーザ光源の目標周波数との間の偏差を測定する測定ユニットと、
上記実際の周波数と目標周波数との間の測定された上記偏差に基づいて、上記レーザ光源からのレーザ出力の一定の周波数を維持するように上記レーザ光源を制御すべく構成されたフィードバック制御ユニットとを備え、それにより、上記レーザ光源から送信されるレーザ光の周波数が上記目標周波数に調整される装置。
［項目２］
項目１に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、上記レーザ光源が制御された目標周波数を持たない場合よりも、上記レーザ光源から出力されるレーザ光の周波数のより大きな直線的な変化速度を維持するように、上記レーザ光源を制御するように構成されている装置。
［項目３］
項目１に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、周波数測定のために使用される上記測定ユニットの特性を補償するように構成された無限インパルス応答フィルタを含む装置。
［項目４］
項目３に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、上記測定ユニットの少なくとも２つの直交出力信号のマッピングを上記測定ユニットの位相に追加し、それにより、上記フィードバック制御ユニットによる上記レーザ光源のフィードバック制御が、上記測定ユニット内の任意の光位相関係でロックされるように構成されている装置。
［項目５］
ＯＦＤＲ装置であって、
項目２に記載の装置を備え、
このＯＦＤＲ装置は、上記レーザ光源から離間したテストされるべき光学部品の点へ上記レーザ光源からレーザ光を出力し、上記出力されたレーザ光と上記点から反射されたレーザ光の瞬時の周波数との間の周波数差を測定するように構成され、
上記フィードバック制御ユニットは、上記レーザ光源から出力されたレーザ光の周波数と上記点から反射された瞬時の周波数との間の一定の差周波数を維持し、それにより、上記差周波数が上記レーザから上記点までの距離に直接比例し、上記反射されたレーザ光の振幅が上記点での反射率に比例して、上記光学部品の反射率プロファイルを特徴付けるように構成されたＯＦＤＲ装置。
［項目６］
項目５に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光学部品は、光ファイバ、光カプラ、光コネクタ、光スイッチ、光集積光導波路、液体、大気、および自由空間の少なくとも一つであるＯＦＤＲ装置。
［項目７］
項目６に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、上記フィードバック制御ユニットによって制御されていない上記レーザ光源によって測定可能な反射率プロファイルを超えた長さで測定可能であるＯＦＤＲ装置。
［項目８］
項目６に記載のＯＦＤＲ装置において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、１メートルよりも大きい距離で１回の測定で測定可能であるＯＦＤＲ装置。
［項目９］
項目１に記載の装置において、
上記フィードバック制御ユニットは、上記レーザ光源の実際の周波数の範囲を上記目標周波数に安定化させるように構成されている装置。
［項目１０］
項目１に記載の装置において、
上記レーザ光源に取り付けられた磁気冷凍材料を含む温度調整部品を備え、
上記温度調整部品は、上記フィードバック制御ユニットによって制御される上記レーザ光源の温度を調節するように構成されている装置。
［項目１１］
レーザ光源によって現在の期間に出力される実際の周波数と、上記レーザ光源の目標周波数との間の偏差を測定し、
上記実際の周波数と目標周波数との間の測定された上記偏差に基づいて、上記レーザ光源からのレーザ出力の一定の周波数を維持するように上記レーザ光源を制御し、それにより、上記レーザ光源から送信されるレーザ光の周波数が上記目標周波数に調整される方法。
［項目１２］
項目１１に記載の方法において、
上記レーザ光源から出力されるレーザ光の周波数の直線的な変化速度を維持するように上記レーザ光源を制御する方法。
［項目１３］
項目１１に記載の方法において、
上記レーザ光源の周波数測定のために使用される測定の特性を補償するように、無限インパルス応答フィルタを介して上記レーザ光源の制御を補償する方法。
［項目１４］
項目１３に記載の方法において、
上記偏差を測定するための測定ユニットの少なくとも２つの直交出力信号のマッピングを上記測定ユニットの位相に追加し、それにより、上記レーザ光源のフィードバック制御が、上記測定ユニット内の任意の光位相関係でロックされる方法。
［項目１５］
項目１２に記載の方法において、
ＯＦＤＲ装置内で、上記レーザ光源から離間したテストされるべき光学部品の点へ上記レーザ光源からレーザ光を出力し、
上記出力されたレーザ光と上記点から反射されたレーザ光の瞬時の周波数との間の周波数差を測定し、
上記レーザ光源から出力されたレーザ光の周波数と上記点から反射された瞬時の周波数との間の一定の差周波数を維持し、それにより、上記差周波数が上記レーザから上記点までの距離に直接比例し、かつ上記反射されたレーザ光の振幅が上記点での反射率に比例して、上記光学部品の反射率プロファイルを特徴付ける方法。
［項目１６］
項目１５に記載の方法において、
上記光学部品は、光ファイバ、光カプラ、光コネクタ、光スイッチ、光集積光導波路、液体、大気、および自由空間の少なくとも一つである方法。
［項目１７］
項目１６に記載の方法において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、上記目標周波数が制御されていない上記レーザ光源によって測定可能な反射率プロファイルを超えた長さで測定可能である方法。
［項目１８］
項目１６に記載の方法において、
上記光ファイバの上記反射率プロファイルは、１メートルよりも大きい距離で１回の測定で測定可能である方法。
［項目１９］
項目１１に記載の方法において、
上記レーザ光源の実際の周波数の範囲を上記目標周波数に安定化させる方法。
［項目２０］
項目１１に記載の方法において、
上記レーザ光源を制御することは、
磁気冷凍材料によって上記レーザ光源の温度を調整することを含む方法。
［項目２１］
レーザ光を出力するように構成されたレーザ光源と、
上記レーザ光源に取り付けられた磁気冷凍材料を含む温度調整部品を備え、
上記温度調整部品は、上記レーザ光源の温度を調節して、上記レーザ光源から出力されるレーザ光の周波数を制御するように構成されている装置。
［項目２２］
レーザ光を出力するように構成されたレーザ光源の温度を、上記レーザへ磁気冷凍材料を付けることによって調節し、
上記レーザ光源の調節された温度に基づいて、上記レーザ光源から出力される上記レーザ光の周波数を制御する方法。
［項目２３］
少なくとも約百メートルのコヒーレンス長を有するレーザ光を出力するように構成されたレーザ光源。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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