(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の光伝送経路並びにループバック経路を有する光通信ネットワークのための偏波異常ロケータシステムであって、
（ｉ）プローブ信号を前記ネットワーク上で送信する、プローブ信号源と光通信する変調セクションを有する送信器であって、前記ループバック経路が前記第１の光伝送経路から前記第２の光伝送経路へ前記プローブ信号の少なくとも一部を戻りプローブ信号として結合し、前記変調セクションが特定の周波数の前記プローブ信号に一定の深さの変調をかけるように構成された送信器からなり、前記変調セクションが、
前記プローブ信号の振幅を搬送周波数で変調するように構成された振幅変調器、及び
前記プローブ信号の偏波を偏波周波数で変調するように構成された偏波変調器
からなり、前記振幅変調器および偏波変調器が変調プローブ信号を提供するものである、送信器、並びに
（ｉｉ）前記戻りプローブ信号を受信し、該戻りプローブ信号に応じて前記光通信ネットワーク内の偏波異常を検出するように構成された受信器
からなり、前記送信器が、制御信号に応じて、前記変調プローブ信号を光経路（２１８）上に選択的に切り換えるように構成された光スイッチ（２１１）をさらに備え、
前記送信器が、
装荷信号を提供するように構成された装荷レーザ（２１４）、
装荷レーザ制御信号に応じて、装荷信号光経路（２１９）上の前記装荷信号を切り換えるように構成された装荷レーザ光スイッチ（２１６）、及び
前記光経路（２１８）上および前記装荷信号光経路（２１９）上の光パワーをパワー結合器出力として結合するように構成されたパワー結合器（２２０）をさらに備える偏波異常ロケータシステム。
【請求項２】
前記振幅変調器が、前記プローブ信号に前記搬送周波数で正弦波強度変化を与えるために前記プローブ信号の振幅を変調するように構成された請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項３】
前記偏波変調器は、前記偏波周波数の偏波が実質的に直交する状態間で、前記プローブ信号の偏波状態のスイッチングを与えるために、該プローブ信号を偏波変調するように構成された請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項４】
前記送信器が、前記変調プローブ信号の平均偏波状態を調整するように構成された偏波調整器をさらに備えた請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項５】
前記制御信号が、前記装荷レーザ光スイッチ（２１６）がオン状態である場合には前記光スイッチ（２１１）をオフ状態に切り換え、前記装荷レーザ光スイッチ（２１６）がオフ状態である場合には前記光スイッチ（２１１）をオン状態に切り換えるように構成された請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項６】
前記装荷信号の周波数が前記ネットワークの光通過帯域内にあり、前記プローブ信号の周波数とは異なる請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項７】
前記送信器が、前記パワー結合器出力を基準異常レベルにするよう構成された光基準素子をさらに備える請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項８】
前記送信器が、前記光基準素子の出力の平均偏波状態を調整するように構成された偏波調整器をさらに備える請求項７記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項９】
第１及び第２の光伝送経路並びにループバック経路を有する光通信ネットワークのための偏波異常ロケータシステムであって、
プローブ信号を前記ネットワーク上で送信する、プローブ信号源と光通信する変調セクションを有する送信器であって、前記ループバック経路が前記第１の光伝送経路から前記第２の光伝送経路へ前記プローブ信号の少なくとも一部を戻りプローブ信号として結合し、前記変調セクションが特定の周波数の前記プローブ信号に一定の深さの変調をかけるように構成された送信器、及び
前記戻りプローブ信号を受信し、該戻りプローブ信号に応じて前記光通信ネットワーク内の偏波異常を検出するように構成された受信器
からなり、前記送信器が、前記プローブ信号を基準異常レベルにするよう構成された光基準素子をさらに備える偏波異常ロケータシステム。
【請求項１０】
前記基準異常レベルが偏波依存性損失の所定レベルである請求項９記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１１】
前記基準異常レベルが偏波モード分散の所定レベルである請求項９記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１２】
前記受信器が、前記戻りプローブ信号を受信して累積色分散を補償するための色分散補償器を備える請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１３】
前記偏波異常が偏波依存性損失であり、前記受信器が、前記戻りプローブ信号を表す信号の振幅を検出することにより、前記偏波依存性損失を検出するように構成された振幅検出器を備える請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１４】
前記偏波異常が偏波モード分散であり、前記受信器が、前記戻りプローブ信号を表す信号の位相変調を検出することにより前記偏波モード分散を検出するように構成された位相検出器を備える請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１５】
前記位相検出器が位相変調／振幅変調（ＰＭ／ＡＭ）変換器を備える請求項１４記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１６】
第１及び第２の光伝送経路並びにループバック経路を有する光通信ネットワークのための偏波異常ロケータシステムであって、
プローブ信号を前記ネットワーク上で送信する、プローブ信号源と光通信する変調セクションを有する送信器であって、前記ループバック経路が前記第１の光伝送経路から前記第２の光伝送経路へ前記プローブ信号の少なくとも一部を戻りプローブ信号として結合し、前記変調セクションが特定の周波数の前記プローブ信号に一定の深さの変調をかけるように構成された送信器、及び
前記戻りプローブ信号を受信し、該戻りプローブ信号に応じて前記光通信ネットワーク内の偏波異常を検出するように構成された受信器
からなり、前記偏波異常が偏波モード分散であり、前記受信器が、前記戻りプローブ信号を表す信号の位相変調を検出することにより前記偏波モード分散を検出するように構成された位相検出器を備え、該位相検出器が位相変調／振幅変調（ＰＭ／ＡＭ）変換器からなり、前記プローブ信号が搬送周波数で送信されて、偏波変調周波数で変調され、前記ＰＭ／ＡＭ変換器が、前記戻りプローブ信号を表す前記信号を、第１、第２および第３の光経路上に分割するためのパワー分割器を備え、前記第１の光経路が、実質的に前記搬送周波数と前記偏波変調周波数とを加算した周波数に等しい周波数を中心とする通過帯域を有する第１の帯域通過フィルタを備え、前記第２の光経路が、実質的に前記搬送周波数に等しい周波数を中心とする通過帯域を有する第２の帯域通過フィルタ、および前記第２の帯域通過フィルタの出力を遅延させるための遅延素子を備え、前記第３の光経路が、実質的に前記搬送周波数から前記偏波変調周波数を減算した周波数に等しい周波数を中心とする通過帯域を有する第３の帯域通過フィルタ、および前記第１の帯域通過フィルタ、前記遅延素子、および前記第３の帯域通過フィルタから出力されるパワーを結合するためのパワー結合器を備える偏波異常ロケータシステム。
【請求項１７】
前記プローブ信号が振幅変調および偏波変調される請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１８】
前記プローブ信号が振幅変調される請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項１９】
前記プローブ信号が偏波変調される請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項２０】
前記第２の光伝送経路に光結合するインバウンド装荷レーザを備え、前記インバウンド装荷レーザが第２の光伝送経路に関連する雑音レベルを低減するように構成された請求項１記載の偏波異常ロケータシステム。
【請求項２１】
光通信ネットワーク内の偏波依存性異常のレベルを近似化する方法であって、
プローブ信号を前記ネットワーク上で送信するステップと、
戻りプローブ信号として前記ネットワークから前記プローブ信号を受信するステップと、
基準プローブ信号を既知の基準異常と共に前記ネットワーク上で送信するステップと、
戻り基準プローブ信号として前記ネットワークから前記基準プローブ信号を受信するステップと、
前記戻り基準プローブ信号と前記戻りプローブ信号を比較するステップとを含む方法。
【請求項２２】
前記プローブ信号および前記基準プローブ信号が振幅変調および偏波変調される請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記プローブ信号および前記基準プローブ信号が振幅変調される請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記プローブ信号および前記基準プローブ信号が偏波変調される請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ネットワークが第１及び第２の光伝送経路並びにループバック経路を備え、前記プローブ信号の少なくとも一部が、前記第１の光伝送経路上で送信され、前記ループバック経路を介して、前記戻りプローブ信号として前記第２の光伝送経路から受信される請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記既知の基準異常が偏波依存性損失の既知量である請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記既知の基準異常が偏波モード分散の既知量である請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【従来の技術】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその教示が本明細書に組み込まれる、２００１年４月６日出願の米国仮出願第６０／２８２，０７１号の出願日の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は情報の光伝送に関し、さらに詳細には、光伝送経路上の偏波依存性異常の位置および量を決定するための方法および装置に関する。
【０００３】
「海面下」すなわち「海底」システムなどのロングホール通信システムの容量は、かなりの速度で増加している。例えば、ロングホール光増幅海底通信システムの中には、単一光チャネルにおいて、１０ギガビット／秒（Ｇｂｐｓ）以上の速度で情報を伝送することができるシステムがある。波長分割多重化方式として知られているプロセスでは、光ファイバ・ネットワークの伝送容量を最大化するために、単一のファイバが複数の光チャネルを搬送している。例えば、単一光ファイバは、個別の光チャネル内を６４個の個々の光信号を、光ファイバの低損失ウィンドウの中で、例えば１，５４０ナノメータと１，５６４．８ナノメータの間で均等に広がった（すなわち、チャネル間の広がりが０．４ナノメータ毎の）対応する波長で搬送している。
【０００４】
しかし、ロングホール通信システムは、特に、信号が移動しなければならない距離が比較的長い（すなわち、一般的に６００キロメータないし１２，０００キロメータ）ことによってもたらされる雑音およびパルスひずみに敏感である。光伝送システムの性能は、通常、信号のＱ値として公表される。Ｑ値とは、受信機の決定回路に入る際のディジタル信号の電気信号対雑音比であり、等価的に信号のビット誤り率を示している。（Ｎｅａｌ  Ｓ．Ｂｅｒｇａｎｏ、Ｆ．Ｗ．Ｋｅｒｆｏｏｔ、およびＣ．Ｒ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ著「Ｍａｒｇｉｎ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．５，  Ｎｏ．３，  １９９３年３月））。通常、ディジタル伝送システムのオペレータおよび所有者は、１６ｄＢより大きいＱ値を必要とする１×１０−１０未満のビット誤り率でシステムが動作することを要求している。
【０００５】
偏波モード分散（すなわちＰＭＤ）は、単一モード・ファイバなどの光経路を介した、異なる偏波に対する差動飛行時間である。ＰＭＤは光伝送システムの平均性能を低下させ、また、性能が時間と共に変動する原因になっている。ＰＭＤによって現れる害の１つは、波形の劣化すなわち時間と共に変化するひずみである。偏波依存性損失（すなわちＰＤＬ）は、光コンポーネント中におけるような、光経路を介した異なる偏波に対する差動減衰である。ＰＤＬも同様に光伝送システムの平均性能を低下させ、また、性能が時間と共に変動する原因になっている。ＰＤＬによって現れる害の１つは、時間と共に変化する信号対雑音比の劣化である。ＰＭＤおよびＰＤＬに起因する性能の変動により、満足すべき性能を保証するためには、システムの動作にマージンを付加しなければならない。
【０００６】
通常、ＰＭＤおよびＰＤＬに起因する追加ペナルティは、システムにおけるＰＭＤおよびＰＤＬの最大値および平均値にスペックを設定することによって制限されるが、近代の製造プロセスの現実から、高度に局部化された偏波異常を光伝送システムに存在させることは、ほとんど不可能である。高度に局部化された偏波異常が生じると、既存のシステム内の偏波異常の位置を特定することは不可能である。偏波異常の大きさによっては、システムに及ぼす影響がほとんど無い、あるいは全く無い程度の些細な劣化で済むが、偏波異常の大きさが極端な場合は、システムは使用不可能になる。
【０００７】
したがって、光伝送システムにおける偏波依存性異常の位置を特定するためのシステムおよび方法が必要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、光伝送線路上の局部化偏波依存性異常を検出するための方法および装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による偏波異常ロケータ・システムは、プローブ信号を、プローブ信号を伝送する第１および第２の光伝送経路、および戻りプローブ信号としてプローブ信号の少なくとも一部を第１の伝送経路から第２の伝送経路に結合するためのループバック経路を備えたネットワーク上で送信するように構成された送信器と、戻りプローブ信号を受信し、かつ、受信した戻りプローブ信号に応じて光通信ネットワーク内の偏波異常を検出するように構成された受信器を備えている。送信器と受信器の間をプローブ信号が移動する距離から、ネットワーク上の異常の位置が決定される。また、ネットワーク内の異常の量すなわちレベルを決定するために、プローブ信号中に偏波異常の基準量が提供される。
【００１０】
本発明による光ネットワーク内の偏波依存性異常を検出する方法には、ネットワーク上でプローブ信号を送信するステップ、戻りプローブ信号としてネットワークからプローブ信号を受信するステップ、および受信した戻りプローブ信号に応じて偏波異常を検出するステップが含まれている。本発明による光ネットワーク内の偏波依存性異常レベルの近似値を見出す方法には、ネットワーク上でプローブ信号を送信するステップ、戻りプローブ信号としてネットワークからプローブ信号を受信するステップ、ネットワーク上で既知の基準異常を有する基準プローブ信号を送信するステップ、戻り基準プローブ信号としてネットワークから基準プローブ信号を受信するステップ、および戻り基準プローブ信号と戻りプローブ信号を比較するステップが含まれている。
【００１１】
その他の目的、特徴および利点と共に本発明をより良く理解するために、以下の詳細説明を参照し、同一番号が同一部品を表す添付の図と共に読まれたい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による、光経路１０２に接続された例示的偏波異常ロケータ（「ＰＡＬ」）システム１０１の概略を示したものである。説明を分かり易くするために、システム１０１がポイントツーポイント・システムとして極めて単純に描写されていることについては当分野の技術者には認識されよう。本発明は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、広範囲の様々な光ネットワーク、システムおよび光増幅器に組み込むことができることを理解されたい。
【００１３】
図に示す実施形態では、システム１００は、ファイバ対１０２として示されている光経路を備えている。光経路１０２の実施例の１つに、海底ケーブルにおけるファイバ対がある。システムの特徴および要求に応じて、光ファイバ対１０２は、光増幅器、光フィルタ、およびその他の能動／受動コンポーネントなど、様々なコンポーネントを接続することができる。これらの要素の各々に対する様々な構成については、当分野の技術者には知られていよう。
【００１４】
分かり易くするために、アウトバウンド方向に増幅器１０５Ｎおよびファイバ経路１０４Ｎを備え、インバウンド方向に増幅器１０８Ｎおよびファイバ経路１０７Ｎを備える光経路１０２が示されている。光増幅器１０５Ｎおよび１０８Ｎは、帰還経路１０６Ｎを介して主送信信号のごく一部を反対方向のファイバ経路に結合する手段を有する対１０３Ｎ中に組み込むことができる。帰還経路の様々な構成については、当分野の技術者には知られていよう。一実施形態では、帰還経路は、線路監視装置に関連して業界で広く使用されている高損失ループバック経路として構成されている。光増幅器１０５Ｎおよび１０８Ｎは、例えばＥｒファイバ増幅器および／またはラマン増幅器であり、ファイバ１０４Ｎおよび１０７Ｎ内における減衰を補償するための光利得を提供している。これらの構成についても、当分野の技術者には良く知られていよう。
【００１５】
ＰＡＬ試験装置１０１内で生成されたプローブ信号は、通常、経路１０９を介して送信器部分１２０から光経路１０２に導かれる。このプローブ信号は、複数の増幅器対１０３Ｎ中に設けられた帰還経路１０６Ｎを介して、アウトバウンド経路からインバウンド経路に結合される。戻り信号は、経路１１０を介してＰＡＬ試験装置へ導かれる。戻り信号は、ＰＡＬ試験装置の受信器部分１２２で受信され、検出かつ送信信号と比較され、局部化された偏波依存性異常の位置が特定される。また、光装荷装置１１１が設けられている。光装荷装置１１１は、入力方向の雑音レベルを低減し、戻りプローブ信号の振幅変調または位相変調の測定を容易にするために使用される、「インバウンド」装荷信号をもたらすように構成されたレーザである。一実施形態では、インバウンド装荷信号は、プローブ・レーザの波長と重複することなく、かつ、試験中のシステムの光通過帯域内の波長のレーザからの信号である。
【００１６】
図２は、本発明によるＰＡＬ試験装置１０１の送信器部分の一例示的実施形態１２０の簡易ブロック図である。様々な構成の送信器が可能であることは、当分野の技術者には認識されよう。本明細書において使用されている「光連絡」という表現は、１つの光システム要素によって搬送される光信号が、それによって「通信」要素に伝えられるあらゆる接続、結合、リンクまたは類似を意味している。このような「光連絡」装置は、必ずしも直接相互接続する必要はなく、中間光コンポーネントまたは装置によって分離することができる。図に示す例示的実施形態では、プローブ・レーザ２０１は、経路２０２上に、波長λｐの持続波（ＣＷ）光信号を生成している。変調セクションは、周波数発生器２０４からの電気信号（ｆｃ）に従って信号２０２の強度を変調する振幅変調器２０３を備えている。本発明の一実施形態では、周波数発生器２０４は、経路２０２上のＣＷ信号を振幅変調するための、例えば１ＧＨｚの単純な正弦波信号を提供することができる。したがって経路２０５上の信号は、正弦波の強度が変化する振幅変調光信号である。
【００１７】
変調セクションはさらに、周波数発生器２０７からの周波数（ｆｐｏｌ）の電気信号に従って、経路２０５上の信号の偏波状態を変調するように構成された偏波変調器２０６を備えている。本発明の一実施形態では、周波数発生器２０７は、経路２０５上の信号を偏波変調するための、例えば１ＭＨｚの単純な方形波信号を提供することができる。一動作モードでは、変調器２０６および信号発生器２０７は、１ＭＨｚのレートで、信号２０５の偏波状態を２つの直交偏波間で繰り返し切り換えることができる。経路２０８上の信号の平均偏波状態は、偏波調整器２０９および２２４によって、緩やかに変化させることができる。偏波調整器２０９および２２４はいずれも、Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造された、装置モデル番号１１８９６Ａと類似の装置である。
【００１８】
一動作モードでは、試験中の偏波依存性異常の効果を平均化するために、経路２１０上に現れる、異なる偏波を通して偏波変調器２０６と光連絡している偏波調整器２０９を緩やかにスキャンさせることができる。経路２１０上の信号は、スイッチ・コントローラ２１２によって生成される制御信号２１３に従って、光スイッチ２１１によって時間ゲート（すなわち、スイッチ・オンおよびスイッチ・オフ）される。一動作モードでは、光スイッチ２１１およびスイッチ・コントローラ２１２を使用して、数十マイクロ秒の間、信号２１０をスイッチ・オンし、次に数十ミリ秒の間、信号２１０をスイッチ・オフすることができる。
【００１９】
装荷レーザ２１４は、プローブ・レーザ２０１からの波長と重複することなく、かつ、試験中のシステムの光通過帯域内の波長である波長λｌｏａｄのＣＷ光信号を、経路２１５上に生成することができる。経路２１５上の信号は、スイッチ・コントローラ２１２によって生成される、経路２１７上の制御信号に従って、光スイッチ２１６によって時間ゲート（すなわち、スイッチ・オンおよびスイッチ・オフ）される。一実施形態では、光スイッチ２１６およびスイッチ・コントローラ２１２を使用して、数十マイクロ秒の間、経路２１５上の信号をスイッチ・オフし、次に数十ミリ秒の間、経路２１５上の信号をスイッチ・オンし、経路２１９上に出現させることができる。経路２１８および２１９上の光信号は、光パワー結合器２２０内で加算され、加算された信号が光経路２２１上に出現する。スイッチ２１１および２１６のタイミングは、ポート２２１から出力される総パワーが常にほぼ一定になるように、一方のスイッチがオンの時、もう一方のスイッチがオフになるように配列されている。
【００２０】
一実施形態では、試験中の経路内における誘導ブリュアン散乱を防止するために、プローブ・レーザ２０１および装荷レーザ１１１、２１４に、拡大スペクトル幅を持たせることが有利である。その場合、半導体レーザへの注入電流の変調など、多数の標準実践手法の任意の１つを用いて、あるいは単純に、ＧＮ  Ｎｅｔｔｅｓｔ製ＯＳＩＣＳ外部空洞レーザなどの市販の同調可能レーザに「コヒーレンス制御」を使用して線幅を広げることができる。
【００２１】
パワー結合器の出力は、偏波調整器２２４に直接供給することができ、あるいは介在する光基準素子２２２に供給することができる。光基準素子は、様々な構成を取ることができる。例えば光基準素子を、既知量のＰＭＤを提供するように、すなわち経路２２１上の信号が、その偏波状態に応じた遅延で、素子２２２を介して経路２２３上へ通過するように構成することができる。別法としては、光基準素子を、既知量のＰＤＬを提供するように、すなわち経路２２１上の信号が素子を介して経路２２３上へ通過し、その偏波状態に応じた量だけ減衰されるように構成することができる。また、光基準素子２２２を、既知量のＰＭＤおよびＰＤＬを提供するように構成することもできる。偏波調整器２２４は、光基準素子２２２の出力に結合され、あるいは光基準素子を持たない一実施形態では、結合器２２０の出力に直接結合される。一実施形態では、試験中の偏波依存性異常の強度を平均化するために、経路１０９上に現れる、異なる偏波を通して偏波調整器２２４を緩やかにスキャンさせることができる。他の実施形態では、装荷レーザ２１４が省略されている。
【００２２】
図３Ａないし３Ｄは、光基準素子２２２を持たない送信器１２０によって生成され、経路１０９上の試験中のシステムに波長λｐで出力される例示的光プローブ信号を示したものである。図３Ａのプロット３０１は、粗い時間スケールでゲートされるプローブ信号の信号レベル対時間を示したものである。プローブ信号がゲートされ、光経路の一方の側からの偏波異常の局部化を可能にしている。一実施形態では、試験中のシステムの任意の２本の帰還経路間の最短往復時間を超えない時間期間τｏｎの間、波長λｐのプローブ信号をターン・オンさせることができる。例えば最短増幅器１０３間隔を４５キロメータと仮定すると、τｏｎの最長期間（すなわち、２×４５ｋｍの光ファイバを通る光信号の飛行時間）は４４０μ秒である。波長λｐのプローブ信号は、戻りプローブ信号が、ある「ショット」から次の「ショット」までの時間とオーバラップしない十分な長さの時間期間τｏｆｆの間、スイッチ・オフされる。これは、ＰＡＬ試験装置から試験中のシステムの末端までの往復飛行時間である。したがって長さ１０，０００ｋｍのシステムの場合、最短オフ時間τｏｆｆは約１００ｍ秒である。
【００２３】
図３Ｂおよび３Ｃのプロット３０２および３０３は、それぞれ波長λｐのプローブ信号を図式的に示したもので、偏波変調器２０６によって信号に付与される偏波変調を示している。プロット３０２は、光パワー対時間を示している。プロット３０３は、プロット３０２で示す波形と同じ波形を示しているが、偏波の変化する性質を示すためにベクトルの形で画かれている。図に示す実施形態では、偏波状態は、２つの直交偏波Ｐ１とＰ２の間でスイッチされている。一実施形態では、Ｐ１とＰ２の間の変化速度は１ＭＨｚである。
【００２４】
動作に関しては、この偏波変調プローブ信号は、偏波異常に遭遇すると、追加変調をもたらすことになる。例えば、プローブ信号が偏波依存性損失を有する経路中の位置に遭遇すると、受信器１２２における戻り信号の振幅が、Ｐ１とＰ２の間の振幅変調をもたらすことになる。プローブ信号が偏波モード分散を有する経路中の位置に遭遇すると、戻り信号が１ＧＨｚの変調に加えて遅延すなわち位相変調をもたらすように、Ｐ１とＰ２の間の飛行時間が変更されることになる。
【００２５】
図３Ｄのプロット３０４は、波長λｐのプローブ信号の信号レベル対時間をプロットしたもので、振幅変調器２０３によって信号に付与される振幅変調を示している。この例では、振幅は、一実施形態では約１ＭＨｚのレートの正弦波形で変調されている。この正弦波変調は、搬送周波数として作用し、追加振幅変調および／または位相変調の検出を補助している。
【００２６】
図４は、本発明によるＰＡＬ試験装置１０１の受信器部分の一例示的実施形態１２２のブロック図である。受信器部分１２２は、経路１１０上のシステムから入力方向上の信号を受信している。本発明による受信器１２２を様々な構成で提供することができることは、当分野の技術者には認識されよう。
【００２７】
図に示す例示的実施形態１２２では、経路１１０上の入力信号は、試験中の光経路上で見出される累積色分散を補償する色分散補償ユニット４０２に供給されている。分散を補償する様々な構成、例えば分散補償ファイバが、当分野の技術者に知られている。また、図に示す実施形態では、色分散補償ユニット４０２は、装置の受信側に設けられている。当分野の技術者に知られているように、送信側と受信側の間に色分散を分割することもできる。例えば、いくつかの実施形態では、必要な分散補償を送信器と受信器でほぼ５０％づつに分割することが有利である。他の実施形態では、すべての補償を装置の送信側に置くことが適切である。
【００２８】
経路４０３上の分散補償信号は、光帯域通過フィルタ４０４に結合されている。光帯域通過フィルタ４０４は、波長λｐのプローブ波長を通過させ、他の信号をブロックするように調整されている。光受信器４０６は、フィルタリングされた経路４０５上の光信号を、経路４０７上の電気信号に変換している。光受信器４０６は、単純な振幅検出器など、知られている様々な構成を取ることができる。経路４０７上の電気信号は、中心周波数が発生器２０４の周波数と同じ周波数に調整された電気帯域通過フィルタ４０８に結合されている。帯域通過フィルタ４０８を使用し、信号４０９の雑音帯域幅を狭くすることによって信号４０７の信号対雑音比を向上させることができるが、フィルタ４０８の帯域幅は、発生器２０７によって与えられる偏波変調周波数で生成される、あらゆる変調を通過させるために、十分に広い帯域幅を選択しなければならない。
【００２９】
経路４０９上の帯域制限信号は、位相検出器４１０および振幅検出器４１１に導かれる。位相検出器４１０は、偏波変調周波数（発生器２０７によって設定される）で生じる、搬送周波数（発生器２０４によって設定される）上のあらゆる位相変調を検出するように構成されている。振幅検出器４１１は、偏波変調周波数（発生器２０７によって設定される）で生じる、搬送周波数（発生器２０４によって設定される）上のあらゆる振幅変調を検出するように構成されている。
【００３０】
経路４１２上の検出位相変調および経路４１３上の検出振幅変調は、記録装置４１４によって記録される。様々な構成の記録装置４１４を提供することができる。一実施形態では、記録装置４１４はディジタル・オシロスコープである。ディジタル・オシロスコープ記録装置のためのトリガ信号４１５は、スイッチ・コントローラ２１２によって生成され、例えば２１３と同様の信号である。偏波異常のタイプが予め分かっている場合、検出器４１０および４１１のいずれか一方しか必要としない場合がある。例えばＰＭＤの位置を特定するために使用されている装置の場合、振幅検出器４１１は不要である。
【００３１】
図５は、本発明による受信器に有用な位相検出器の一例示的実施形態４１０のブロック図である。様々な構成の位相検出器を提供することができることは、当分野の技術者には認識されよう。図に示す例示的実施形態では、偏波変調レートｆｐｏｌにおける搬送周波数ｆｃ上の電気位相変調が、図に示す位相変調／振幅変調（ＰＭ／ＡＭ）変換器を用いて位相変調から振幅変調へ変換されている。経路４０９上の入力電気信号は、パワー分割器５０２によって実質的に同一の信号に分割される。分割された信号は、関連する帯域通過フィルタ５０３、５０４および５０５にそれぞれ結合されている。帯域通過フィルタ５０３の中心周波数はｆｃ＋ｆｐｏｌであり、帯域通過フィルタ５０４の中心周波数はｆｃ、また、帯域通過フィルタ５０５の中心周波数はｆｃ−ｆｐｏｌである。これら３つのフィルタの各帯域幅は、中継器サイト１０３Ｎ間の往復時間に関連するレートで生じる、あらゆる一時的情報を通過させるために十分に広くなっている。また、これら３つのフィルタの各帯域幅は、帯域幅が重複しないように十分に狭く、したがって調波が阻止され、かつ、雑音が抑制されている。フィルタ５０４から線路５０７上に現れる周波数ｆｃの信号は、遅延素子５０９によって、線路５０６および５０８上の信号に対して搬送周波数の波の１／４、すなわち１／（４ｆｃ）だけ遅延される。５１０上のこの遅延信号は、パワー結合器５１１内で信号５０６および５０８と加算される。振幅検出器５１２は、パワー結合器５１１から出力される信号を検出している。様々な構成の振幅検出器を提供することができ、また、記録装置４１４の構成と類似の構成を持たせることができる。
【００３２】
図６は、本発明によるシステムの、偏波変調レートｆｐｏｌにおける搬送周波数ｆｃの平均位相変調をプロット６００としたものである。平均位相変調は、往復偏波モード分散に関連する測値を提供している。図６に示す位相変調は、試験中のシステムに沿った距離と等価である時間の関数（時間軸および距離が、光経路を通過する光速を通して関係している）として示されている。プローブ信号のパルスが、増幅器のスパンの最長往復遅延より短い実施形態では、システムから戻される信号のほとんどが、それぞれ連続するスパンからの一連の個別パルスである。
【００３３】
プロット６００の教訓的な特徴は、各戻りパルスの「中心」内における戻り信号のレベル、すなわち各帰還ステージの位置に対応する適切な遅延での信号レベルである。プロット６００は、信号がロー・レベルからハイ・レベルへ変化する、遅延の値が最大約４．５ｍ秒までの位相変調の小さい値を示している。このことは明らかに、局部化偏波異常の位置が、小さい値を有する最後の反射と、大きい位相変調値を有する最初の反射の間にあることを示している。光はファイバ中を約４．８９μ秒／ｋｍで移動し、４．５ｍ秒は、測定端から局部化偏波依存性遅延および／または損失までの往復時間であるため、この４．５ｍ秒の遅延は、測定端からの距離約４６０ｋｍに相当する。
【００３４】
プロット６００のデータは、常にデータを累積する（すなわち、測定中、偏波調整器２０９および／または２２４を変化させる）一方で、多くの偏波ランチ状態に渡って平均化することによって記録することができる。他の実施形態では、プロット６００中のデータと類似しているように思われる一組のデータを、その組内の各エレメントに対して、固定偏波ランチ状態を用いて記録することが有利である。この実施形態では、偏波調整器２０９および／または２２４は、データを累積し、記録している間、固定の状態に保持される。次に、測定と測定の合間に、偏波ランチ状態が異なる固定状態に変更され、データの累積が繰り返される。この手順を繰り返すことにより、異なる分析を実行することができる一組のデータが構築される。例えば、受信信号の標準偏差を、故障の位置を示す距離の関数として表示させることができる。あるいは相関分析を用いて、異なる帰還経路を介した受信信号を比較することができる。
【００３５】
図２の光基準素子２２２を用いて、光伝送経路内における局部化偏波依存性遅延および／または損失（故障とも呼ばれる）の量を推定することができる。一実施形態では、光基準素子を使用することなく測定を実行し、故障の直後の変調応答を決定することができる。次に、様々な故障値の光基準素子を挿入し、測定を実行することができる。光基準素子が挿入された場合の故障の直前の増幅器の変調応答が、故障の直後の増幅器の変調応答と同じである場合、その故障の値は、挿入された光基準素子の故障値によって近似される。
【００３６】
例えば、図７は、本発明によるシステムの平均位相変調レベル対時間を示したもので、２０ｐｓのＰＭＤが伝送経路内に置かれた故障である。プロット７１０は、システム内に光基準素子２２２が無い場合の平均位相変調を示したもので、約１．６５ｍｓで故障が発生していることを示している。ポイント７０１は、光伝送における故障の直後の応答を表している。プロット７２０、７３０および７４０は、システム内にそれぞれ１０ｐｓ、２０ｐｓおよび４０ｐｓのＰＭＤ値を有する光基準素子２２２が挿入された場合の平均位相変調を示したものである。ポイント７０２、７０３および７０４は、ＰＭＤ値がそれぞれ１０ｐｓ、２０ｐｓおよび４０ｐｓの光基準素子２２２を有する光伝送経路における故障の直前の増幅器の応答を表している。この例では、ポイント７０３における位相変調応答は、ポイント７０１の位相変調応答と一致している。したがって伝送経路内の故障は、大よそ２０ｐｓと推定される。
【００３７】
以上のように、光伝送線路内の局部化偏波依存性異常を検出するための方法および装置が提供される。偏波変調プローブ信号を出力光ファイバに印加し、かつ、システムに沿った光ループバック経路を介して送り返された受信信号を検出することにより、光伝送経路の一端から偏波依存性遅延および／または損失を検出することができる。プローブ信号は、光信号の振幅を所定のレートで変調し、かつ、光信号の偏波を所定のレートで変調し、次に、パルスを形成するためにこの連続信号を再変調することによって生成される。このプローブ信号は、光経路に沿って伝搬し、ケーブルに沿って配置された光帰還サイトを介して戻される。プローブ信号が偏波依存性遅延および／または損失に遭遇すると、プローブ信号は、追加位相および／または振幅変調をもたらす。入力ファイバを介して戻されるプローブ信号が検出され、局部化偏波依存性異常の位置を測定するために、伝送信号のタイミングと比較される。基準量の偏波依存性遅延および／または損失が送信器に挿入され、光伝送経路内の局部化偏波依存性遅延および／または損失の量を推定するための測定が実行される。
【００３８】
本明細書において説明した実施形態は、本発明を利用したごく一部に過ぎず、また、実例として説明したもので、何ら制限されるものではない。本発明の精神および範囲を著しく逸脱することなく、当分野の技術者には容易に明らかであろう他の多くの実施形態が可能であることは明確である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、光経路に接続された例示的偏波異常ロケータの略図である。
【図２】本発明による偏波異常ロケータ装置の送信器部分の例示的実施形態のブロック図である。
【図３】３Ａは本発明による例示的プローブ信号の信号レベル対時間をプロットした図である。３Ｂは３Ａに示すプローブ信号の例示的ｔｏｎ部分の偏波対時間をプロットした図である。３Ｃは３Ｂに示すプローブ信号のｔｏｎ部分の偏波対時間のベクトルをプロットした図である。３Ｄは３Ａに示すプローブ信号の例示的ｔｏｎ部分の搬送周波数成分の信号レベル対時間をプロットした図である。
【図４】本発明による偏波異常ロケータ装置の受信器部分の例示的実施形態のブロック図である。
【図５】本発明による偏波異常ロケータ装置の受信器部分に使用するための位相検出回路の例示的実施形態のブロック図である。
【図６】本発明による偏波異常ロケータ装置の送信器から受信器への光経路を介して戻されたプローブ信号の位相変調レベル対時間をプロットした図である。
【図７】参考として、異なる量のＰＭＤを端子に付加した場合の、本発明による偏波異常ロケータ装置の送信器から受信器への光経路を介して戻されたプローブ信号の位相変調レベル対時間をプロットした図である。
【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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