ファイバーヒューズ遠隔検知装置
【課題】光ファイバーでファイバーヒューズが発生した場合に、光ファイバーの損傷を抑制するために、容易にその発生を検知し、できるだけ早く措置を取れる様にする。
【解決手段】光パルス発生器と、その出力を光ファイバーに入射する光結合手段と、発生したファイバーヒューズによる戻り光を分岐する分岐手段と、戻り光から光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、その出力光を光電変換する変換手段と、その出力を時間の関数として測定する測定手段と、その測定手段の出力で一方向に移動する特徴点を見出す信号処理手段と、このような特徴点を見出した場合に警報信号を発する警報手段と、を備える。この警報信号で、例えば、光伝送を中断して、損傷を抑制する。特徴点を見出すには、パルスの往復時間の変化を検出するか、シングルパルスやダブルパルスまたはマルチパルスの短縮を検知する。
【解決手段】光パルス発生器と、その出力を光ファイバーに入射する光結合手段と、発生したファイバーヒューズによる戻り光を分岐する分岐手段と、戻り光から光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、その出力光を光電変換する変換手段と、その出力を時間の関数として測定する測定手段と、その測定手段の出力で一方向に移動する特徴点を見出す信号処理手段と、このような特徴点を見出した場合に警報信号を発する警報手段と、を備える。この警報信号で、例えば、光伝送を中断して、損傷を抑制する。特徴点を見出すには、パルスの往復時間の変化を検出するか、シングルパルスやダブルパルスまたはマルチパルスの短縮を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバーで高強度の光を伝送する際に発生するファイバーヒューズの検知装置であって、特に、光時間領域反射測定法（ＯＴＤＲ：Optical Time Domain Reflectometry）を基にしたファイバーヒューズ遠隔検知装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
無中継距離の延伸や、波長分割多重（ＷＤＭ）技術による多重数の増加により、通信用途でも光ファイバーを伝搬する光パワーが増加する傾向にあり、やがて、平均パワーが数Ｗに達するのではないかと考えられる。また、光ファイバーでパワーを伝送しようとする試みもある。
【０００３】
光ファイバー中を高強度光が伝搬する際、光伝送路中または光コネクタ部の微細なゴミなどによって、「ファイバーヒューズ」と言われる光ファイバーの破壊現象が起こることが知られている。具体的には、例えばゴミ部分で発火して光ファイバーのコアが溶融し、その溶融現象が光源に向かって進行する現象であり、時間の経過とともに突然、反射光の平均強度が増大する。突然ファイバーヒューズが発生すると、光ファイバー内では、周期的に空洞が形成され、これらの空洞が、戻り光に強度変調をもたらす。例えば、ファイバーヒューズの進む速度をｖ（ｍ／ｓ）、光ファイバー中に生じる周期構造の空洞のピッチをｐ（ｍ）とすると、１ピッチ分、進むために必要な時間はｐ／ｖとなる。ファイバーヒューズの光源方向への進行により、ファイバーヒューズの起きている場所で反射して逆方向に伝搬する戻り光は、強度変調を受けることになり、その強度変調の基本繰返し周波数ｆ0は、ｆ0＝ｖ／ｐ、となる。
【０００４】
例えば、米国コーニング社の単一モード光ファイバーＳＭＦ−２８を使ったファイバーヒューズの実験では、２．７５Ｗのレーザー光を入射したときに、ファイバーヒューズの進行速度ｖが０．４６ｍ／ｓ、周期構造のピッチ１５μｍであり、上記式から得られる基本変調周波数ｆ0は、３１ｋＨｚである。この様な強度変調が、ノイズレベルの増大をもたらすと考えられる。
【０００５】
ファイバーヒューズによる破壊は、コアにおける光パワー密度が一定値以下にならない限り進行する。光源に近いほど、光パワーは大きいので、ファイバーヒューズ現象を放置すれば、最終的に光源にまで到達することになり、光源をも損傷する。
【０００６】
光ファイバー伝送路における異常は、通常、ＯＴＤＲ装置で観測される。これは、光ファイバー伝送路を光が伝搬する際レイリー（Rayleigh）散乱による散逸やコネクタの接続面からの反射のため入射方向へ進む逆向きの反射光による散逸を観測するものである。光伝送路にナノ秒の短光パルスを入力パルス（Input Pulse）として入力し、ファイバー線路からの戻り光パルス（Reflected Pulse）の強度の時間分布を検知することによって、ファイバー中で起こる長手方向の散乱光の強度や、反射端のからの反射強度を測定することができる。伝送路に起きるこれらの反射光はＯＴＤＲ法を用いて、容易に測定することが可能となっており、多数のメーカーからこのためのＯＴＤＲ装置が市販されている。
【０００７】
図１４は、ＯＴＤＲの代表的なブロックダイアグラム（Block Diagram）を示している。ここでは、半導体レーザーにパルスジェネレータからの電気パルスを印加し、ナノ秒（ｎｓ）から数十ｎｓ幅の光パルスを発生させ、その光パルスを、光カプラーを通じて光ファイバーによる被測定伝送路に入力する構造になっている。上記伝送路からの戻り光を光検出器で検出する。この光検出器から出力される電気信号を、増幅後に、タイムベース（Time Base）制御器からの信号によって、サンプリングを行いアナログ信号からデジタル信号へ変換する。また、繰り返し、各パルスから得られる反射光の強度について時間的平均化を行い、最終的に表示器で表示する。
【０００８】
図１５に、後方レイリー散乱光を対数表示したＯＴＤＲトレースの代表的な例を示す。一般に、距離に従って指数関数的に減衰するが、光路上に、コネクタ、溶融接合、屈曲部、メカニカルスプライス、などがあると強い反射があることが分かる。また、ファイバー解放端からの反射は、通常、最大のピークとなり、その端部では急激にノイズレベルまで落ち込むことが分かる。ここで、ＯＴＤＲからの任意の反射点までの距離をｚ、光パルスを入力して前記反射点で反射されて戻ってくるまでの時間をｔ、とすれば、ｚ＝ｔ×（ｃ／２）となる。
【０００９】
この様なＯＴＤＲ装置は、単体のファイバー伝送路中の反射分布を測定に使用する他に、ポン（ＰＯＮ：Passive Optical Network）等のシステム維持などにも適用されている。これによって、光通信の最中に電送路に切断などの異常が起こった場合を検知し、その対策を打つことができる。
【００１０】
例えば、Ｔ＝ＴoからＴ＝Ｔo＋Δ（Δは十分小さい）までの時間で測定されたＯＴＤＲトレースに変化が見られた場合は、その時間帯で異常が起こったことを検知したことになる。通常、伝送路途中で破断や切断などによる異常が発生した場合は、その場所が固定しているため、ＯＴＤＲの表示に時間的な変化はない。すなわち、一定の波形を表示し続けることとなる。
【００１１】
また、光ファイバーに入射した光の強度は、上記のように指数関数的に減少するため、上記の様なファイバーヒューズは、通常、光入射端近辺で発生する。本発明は、このファイバーヒューズ現象の発生を上記のＯＴＤＲと同様な構成の装置を用いて検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１８４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高強度のレーザー光を伝送する光ファイバーでファイバーヒューズが発生した場合に、光ファイバーの損傷を抑制するために、容易にその発生を検知し、できるだけ早くレーザー光の伝送を中断するなどの措置を取れる様にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一般に、ファイバーヒューズは発生の場所に止まらず、ファイバーを破壊しながら光源の方へ進む現象である。この破壊された点で反射が起こり、また、上記の様にファイバーヒューズの先端が一定の速度で光源に向かって進行するため、反射端の位置も時間に依存して変化することになる。この様なファイバーヒューズによる被害を抑制するための本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置は、光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズ現象の発生を検知し警報を発する装置であって、次の構成を備えるものである。
【００１５】
つまり、光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズの発生あるいは発生箇所を検知し警報を発する装置であって、光パルス発生器と、該光パルス発生器からの光パルスを上記光ファイバーに入射する光結合手段と、発生したファイバーヒューズによる該光ファイバーの戻り光を分岐する分岐手段と、上記戻り光から上記光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、上記盧波手段の出力光を光電変換する変換手段と、上記変換手段の出力を時間の関数として測定する測定手段と、上記測定手段の出力において一方向に移動する特徴点を見出す信号処理手段と、上記特徴点が見出された場合に警報信号を発する警報手段と、を備える。上記特徴点が発生した場合に、警報信号を出力する。この警報信号を用いて、例えば、上記光ファイバーによる光信号の伝送を中断して、ファイバーヒューズによる光ファイバーの損傷を抑制するものである。上記分岐手段としては、方向性光結合器を用いることができる。
【００１６】
上記光結合手段には、方向性光結合器を用いて、上記光パルス発生器からの光が、ファイバーヒューズの発生を監視する方向に伝播する様に入射することが望ましい。
【００１７】
上記光結合手段には、波長分割多重結合素子を用いて、上記光パルス発生器からの光が、ファイバーヒューズの発生を監視する方向に伝播する様に入射するようにしてもよい。
【００１８】
また、上記信号処理手段としては、上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光反射強度のピークの場所の移動を観測するものである。これは、ファイバーヒューズが発生すると、伝送用の光ファイバーがそこで切断され、その切断箇所で光反射が起こり、その先の地点の反射光がなくなるためである。
【００１９】
また、上記信号処理手段は、上記変換手段の出力を所定の時間に渡って平均化する機能を備え、平均化された上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピークの拡幅を観測するものであってもよい。これは、移動しつつあるピークを十分に長い時間に渡って平均化すると、そのピークの幅が、見かけ上増大するためである。
【００２０】
上記の様にファイバーヒューズの先端が一定の速度で光源に向かって進行するため、例えば２つの光パルスを伝送すると、光路長については、先の光パルスよりも後の光パルスの場合の方が短い。このため、ファイバーヒューズによる破壊が進行しつつある光ファイバー端で反射された２つのパルス間の時間間隔は、当初のものよりも短くなる。このため、上記信号処理手段としては、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮を検出するものであってもよい。
【００２１】
上記の様に、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮を検出する方法としては、パルス列のもつ周波数成分を検出することと同等であることは知られている。この場合は、パルス間隔が短かくなるため、戻り光に含まれるパルス列に含まれる高周波数化した周波数成分を検出するものである。
【００２２】
上記の例の様に、２つの光パルスを伝送することに代わって、充分に長いパルス長の光パルスを伝送し、その立ち上がり点と立ち下がり点とで、前記の２つのパルスの代用とすることができる。このため、上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、上記信号処理手段は、戻り光に含まれる上記パルス列における個々のパルスの時間長の短縮を検出するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
このファイバーヒューズ遠隔検知装置では、ファイバーヒユーズが発生した際、遠隔地からそれを瞬時に検知すると共にその発生場所およびその移動の様子ならびにファイバーヒユーズの進行速度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置を光通信システムに適用した例を示すブロック図である。
【図２】ファイバーヒューズ遠隔検知装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】ファイバーヒューズ進行中に、時間ｔ＝ｔ1及びｔ＝t2の時点で測定したＯＴＤＲ出力のトレース例を表す模式図である。
【図４】ファイバーヒューズ進行中に、ＯＴＤＲの出力の際に、図３の場合よりも長く平均化することで、反射端の構造が図３に比べ広い幅となることを示す模式図である。
【図５】ファイバーヒューズが進行中のＯＴＤＲトレースと測定の平均時間の依存性例を示す図である。
【図６】ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表）からの光とＯＴＤＲからの光パルスが同じ波長帯を用いる場合の、ファイバーヒューズの発生を検知するための装置構成例を示すブロック図である。
【図７】ＯＴＤＲのパルス光の波長が、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表）からのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：光増幅器から発する自然放出光雑音）ラマンスペクトルと重なる場合の装置構成例を示す図である。
【図８】図６に示す装置を用いて、（ａ）ファイバーヒューズが発生した際に得られたＯＴＤＲトレース、および（ｂ）高出力レーザーを止め、ファイバーヒューズを防止した状態で得られたＯＴＤＲトレース、を示す図である。
【図９】図７の装置を用いてヒューズを発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを示す図である。
【図１０】図７の装置構成で、平均化の時間を（ａ）１０ｓ、(ｂ)２０ｓ、および(ｃ)３０ｓにしたときの、ファイバーヒューズ発生時のＯＴＤＲ出力表示例を示す図である。
【図１１】所定の間隔の２つの光パルス（ダブルパルス）を間歇的に出力するレーザーパルス光源とパルス間隔測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１２】上記ダブルパルス分の長さをもった光パルスを間歇的に出力するレーザーパルス光源とパルス長測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１３】所定の間隔の複数（３以上）の光パルスからなる光パルス列を間歇的に出力するレーザーパルス光源と繰返し周波数測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１４】ＯＴＤＲの代表的なブロックダイアグラムを示す図である。
【図１５】後方レイリー散乱光を対数表示したＯＴＤＲトレースの代表的な例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００２６】
図１に、本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置１００を光通信システムに適用した例を示す。この例では、交換器側の回線終端装置（ＯＣＵ：Official Channel Unit）１１０と加入者側の回線終端装置（ＤＳＵ：Digital Service Unit）１２０間で光通信を行う。ＯＣＵ１１０からＤＳＵ１２０への送信は、光送信機（ＯＴ）１１１のレーザーダイオード（ＬＤ）１１２からの光をローパスフィルター（長波長側透過濾波器）１１３に通して高周波側成分を除去した後、光ファイバー１３０の１つを通じてＤＳＵ１２０に向けて送信する。光ファイバー１３０の伝送路途中に設けられたコネクタ１３１、１３２は、任意の長さの光ファイバーを接続するためのものである。ＤＳＵ１２０では、ローパスフィルター１２３で盧波した後、伝送された光信号を光受信機１２１のフォトダイオード１２２で検出する。
【００２７】
ＯＣＵ１１０側に設置したファイバーヒューズ遠隔検知装置１００からの光は、ハイパスフィルター（短波長側透過濾波器）１０２を通した後、まずファイバー選択器１０３で光路を選択する。選択された光路には、光結合器１０５があり、これを通じて上記光ファイバー１３０に入射する。光結合器１０５には方向性光結合器を用いることができる。また、光ファイバー１３０の光路上にファイバーヒューズが起こることで反射された光は戻り光となり、光結合器１０５を通じてファイバー選択器１０３に戻り、ハイパスフィルター１０２を透過した後、ＯＴＤＲ１０１に入射する。ファイバーヒューズ遠隔検知装置２００は、ＤＳＵ１２０のＯＴからＯＣＵ１１０のＯＲ向けの伝送に対して適用するものであり、ファイバーヒューズ遠隔検知装置１００と同じ構成のものである。
【００２８】
ファイバーヒューズ遠隔検知装置１００としては、例えば、図２の構成の装置を用いることができる。この装置は、パルスジェネレータ８で発振タイミングを制御するレーザーパルス光源１からの光を、光結合器２を通して光結合器１０に出力する。また、光ファイバーカプラー１０からの戻り光は、光結合器２によって分離し、光検出器３に入力する。つまり光結合器２は光分岐器として動作する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、時間測定器５に入力して、検出された光が往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号を時間測定器５に送るものである。判定部６では、時間測定器５からのデータを用いて、反射点を見出す。特に、漸次接近しつつあり、ファイバーヒューズによる反射点が発生した場合には、表示器９に警報を表示するか信号線１１を通じて警報を発する。このような判定部６は、判定基準を備えたプログラムで処理をするコンピュータを用いて容易に実現することができる。また、図には記載していないが、この警報を用いて、光通信回線を遮断したり迂回したりする措置を取る。
【００２９】
図３に、ファイバーヒューズが進行中に、時間ｔ＝ｔ1及びｔ＝ｔ2の時点で測定したＯＴＤＲ出力のトレース例を表す。ファイバーヒューズの進行で、ファイバー端が移動することになる。ここで平均時間τavg＜＜（ｔ2−ｔ1）と仮定した。時間ｔ＝ｔ1では、ファイバーヒューズの位置はＬ1、時間ｔ＝ｔ2ではＬ2となるときに、ファイバーヒューズの速度ｖはｖ＝（Ｌ1−Ｌ2）／（ｔ2−ｔ1）で表すことができる。ここでは、反射構造のピークの幅は、ＯＴＤＲ装置のパルス幅や分解能で決まる。
【００３０】
また、ファイバーヒューズが進行中にＯＴＤＲの出力の際に、図３の場合よりも長く平均化すると、図４に示す様に、反射端の構造が図３に比べ広い幅を示すことになる。図４はｔ＝ｔ1時間で測定始め、τavgの間で平均化を行う場合のＯＴＤＲ波形を示す図である。平均化によって、ファイバー端からの反射波形には平らな構造が見られ、ファイバーヒューズの速度は、ｖ＝（Ｌ1−Ｌ2）／τavgで表すことが出来る。図に示すように、平均化によるトレースは移動途中の多くの場所から反射の平均が蓄積されたものである。
【００３１】
図５は、ファイバーヒューズが進行中のＯＴＤＲトレースと測定の平均時間の依存性例を示す図である。縦軸はデシベル表示であり、平均化する際のサンプル数で除算することによる落ち込みは、あまり目立たない。また、ＯＴＤＲトレース上のファイバー端からの平らな反射構造の幅は反射時間に依存することが分かる。
【実施例２】
【００３２】
図６は、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表する）からの光とＯＴＤＲからの光パルスが同じ波長帯（例えば１．５５μｍ）を用いる場合の、ファイバーヒューズの発生を検知するための装置構成例を示すブロック図である。この場合は、高強度励起光源（１．５５μｍ）の光とＯＴＤＲからの１．５４μｍ波長の光とを光カプラーを用いて合成し、光ファイバーに入力する。被測定ファイバーからの反射光のうちＯＴＤＲ用のパルス成分のみをバンドパスフィルターを用いて取り出し、ＯＴＤＲ装置に戻すようになっている。ＯＴＤＲ装置の光ファイバー接続端子からの反射によるデッドゾーンを避けるため適当な長さのシングルモード光ファイバーであるＳＭＦ−２８ファイバー（例えば６５０ｍ）などを繋ぐことが望ましい。
【実施例３】
【００３３】
また図７は、ＯＴＤＲのパルス光の波長が、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表する）からのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：光増幅器から発する自然放出光雑音）ラマンスペクトルと重なる場合の装置構成例を示す。ここでは、ファイバーヒューズを引き起こす上記光源は１．４８μｍで、ＯＴＤＲパルスの波長は１．５５μｍ、であり、ＷＤＭ（Wave-length Division Multiplexing：波長分割多重）カプラーを用いてこれらの光を合成し、ファイバーヒューズが発生する光ファイバーに入力している。ここではＷＤＭカプラーの盧波機能を用いることで反射光の１．４８μｍ波長成分がＯＴＤＲへ戻ることを防止することができる。しかし、光ファイバー内で広帯域のラマンＡＳＥ成分が発生するため、この成分がＯＴＤＲへ入射することを抑制することが必要である。このために、バンドパスフィルター利用している。
【実施例４】
【００３４】
図６に示す装置を用いて、ファイバーヒューズが発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを図８（ａ）に示す。次に、高出力レーザーを止め、ファイバーヒューズを防止した状態で得られたＯＴＤＲトレースを図８（ｂ）に示す。尚、装置調整の際に、試しにファイバーヒューズを発生させるには、例えば、ＳＭＦ（シングルモード光ファイバー）に入力する励起光の強度を３Ｗ程度まで上げ、ファイバー出射端に修正液を付けることによって引き起こすことができる。
【００３５】
これらの測定では、ＯＴＤＲ装置の平均化時間は３０ｓと設定した。上記で説明したように、平均時間が長いため、図８（ａ）では広い平らな反射構造が見られる。この反射構造の幅（ΔＬ）は約８．５ｍで、平均（τavg）時間は３０ｓであるため、ヒューズの速度（ｖ＝ΔＬ／τavg）は０．４３ｍ／ｓ、と算出される。図２の判定部６をコンピュータとソフトウェアで構成した場合は、このような算出をそのコンピュータを用いて行うことができる。
【００３６】
また、図７の装置を用いてヒューズを発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを図９（ａ）から図９（ｄ）に示す。この図は、バンドパスフィルターを導入した場合において、（ａ）pump off (励起光なし)、（ｂ）pump on ((励起光あり)、 （ｃ） during fuse (ファイバーヒューズあり)、 （ｄ）after fuse termination(ファイバーフューズが終わった後)の場合のＯＴＤＲ波形を示すものである。ファイバーヒューズが発生中のＯＴＤＲ波形には平な反射構造が見られ、ファイバーヒューズを止めた後は細い（測定の分解能で決まる幅を有する）反射構造が見られる。
また図９（ｅ）から図９（ｈ）までは、バンドパスフィルターを導入しない場合において、pump off (励起光なし)、 pump on (励起光あり)、 during fuse (ファイバーヒューズあり)、 after fuse termination（ファイバーヒューズが終わった後の場合のＯＴＤＲ波形を示す。
また、図９（ｆ）および図９（ｇ）では、自発ラマン（spontaneous Raman）散乱による連続光をＯＴＤＲに入射することになり、雑音レベルが増え、ファイバーヒューズによる反射構造と雑音レベルの差が減少していることが分かる。
【００３７】
上記に説明したように、図８の装置構成でバンドパスフィルターを利用することによって、ラマンＡＳＥによる雑音を減らすことができ、従って、ファイバーヒューズが発生したことを高い確率で効果的に検出することができる様になることは明らかである。
【００３８】
また、平均化の時間依存性については、図７の装置構成で、平均化の時間を（ａ）１０ｓ、(ｂ)２０ｓ、および(ｃ)３０ｓにしたとき、ファイバーヒューズ発生時のＯＴＤＲ出力表示例を図１０に示す。平均化時間に比例して反射構造の幅は拡大していくことが容易に分かる。
【実施例５】
【００３９】
図１１に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、所定の間隔の２つの光パルス（ダブルパルス）を間歇的に出力するものである。このダブルパルスが伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光を、まず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、パルス間隔測定器２１に入力する。このパルス間隔測定器２１では、ダブルパルスの間隔を測定すると共に、検出された光が往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号をパルス間隔測定器２１に送るものである。判定部６では、パルス間隔測定器２１からのデータでパルス間隔が短縮されているものがあるかどうかを調べ、そのようなものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に、表示器９に表示する。また、上記ダブルパルスの間隔は、パルス幅で決まる距離分解能で、前記間隔の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【実施例６】
【００４０】
図１２に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、上記ダブルパルス分の長さをもった光パルスを間歇的に出力するものである。この光パルスが伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光をまず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、パルス長測定器２２に入力する。このパルス長測定器２２では、光パルスの長さを測定すると共に、検出された光パルスが往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号をパルス長測定器２２に送るものである。判定部６では、パルス間隔測定器２１からのデータでパルス長が短縮されているものがあるかどうかを調べ、その様なものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に表示器９に表示する。また、上記光パルスの長さは、パルスの立上がりと立下りとで決まる距離分解能で、光パルス長の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【００４１】
この場合の光パルスとしては、上記のファイバーヒューズによる変調をうけることができる程度に長く設定し、上記のパルス長の短縮と合わせてこの変調を検出することで、より的確にファイバーヒューズの発生を検出することができる。
【実施例７】
【００４２】
図１３に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、所定の間隔の複数（３以上）の光パルスまたは繰り返しパルス列からなる光パルス列を間歇的に出力するものである。この光パルス列が伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光を、まず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、繰返し周波数測定器２３に入力する。この繰返し周波数測定器２３では、上記光パルス列の繰返し周波数を測定すると共に、検出された光パルス列が往復した時間を測定する。これは、ファイバーヒューズによる反射では、光パルス列の間隔が詰まることで繰返し周波数が上昇することを用いるものである。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号を繰返し周波数測定器２３に送るものである。判定部６では、繰返し周波数測定器２３からのデータで繰返し周波数が高くなった（ドプラー周波数分、＝２×ファイバ屈折率×ヒューズ速度／波長）光パルス列やパルス間隔が短縮されているものがあるかどうかを調べ、そのようなものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に表示器９に表示する。また、上記光パルス列の間隔は、パルス幅で決まる距離分解能で、前記間隔の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【００４３】
上記の実施例５、６あるいは７の様に、ダブルパルス、前記ダブルパルス分の長さを持った光パルス、あるいは、光パルス列を用いる利点は、分解能を独立に設定することができ、また、遠方のファイバーヒューズを検知する場合でも、例えば表示器の制約に合わせて分解能を緩和する、という必要がないことである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明を適用することで、パワー伝送用の光ファイバーについても、ファイバーヒューズの発生を検知することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ レーザーパルス光源
２ 光結合器
３ 光検出器
４ 増幅器
５ 時間測定器
６ 判定部
７ タイムベースユニット
８ パルスジェネレータ
９ 表示器
１０ 光結合器
１１ 信号線
２１ パルス間隔測定器
２２ パルス長測定器
２３ 繰返し周波数測定器
１００ ファイバーヒューズ遠隔検知装置
１０１ ＯＴＤＲ
１０２ ハイパスフィルター
１０３ ファイバー選択器
１０４ 光ファイバー
１０５ 光結合器
１１０ 交換器側の回線終端装置
１１１ 光送信機
１１２ レーザーダイオード
１１３ ローパスフィルター
１２０ 加入者側の回線終端装置
１２１ 光受信機
１２２ フォトダイオード
１２３ ローパスフィルター
１３０ 光ファイバー
１３１、１３２ コネクタ
２００ ファイバーヒューズ遠隔検知装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバーで高強度の光を伝送する際に発生するファイバーヒューズの検知装置であって、特に、光時間領域反射測定法（ＯＴＤＲ：Optical Time Domain Reflectometry）を基にしたファイバーヒューズ遠隔検知装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
無中継距離の延伸や、波長分割多重（ＷＤＭ）技術による多重数の増加により、通信用途でも光ファイバーを伝搬する光パワーが増加する傾向にあり、やがて、平均パワーが数Ｗに達するのではないかと考えられる。また、光ファイバーでパワーを伝送しようとする試みもある。
【０００３】
光ファイバー中を高強度光が伝搬する際、光伝送路中または光コネクタ部の微細なゴミなどによって、「ファイバーヒューズ」と言われる光ファイバーの破壊現象が起こることが知られている。具体的には、例えばゴミ部分で発火して光ファイバーのコアが溶融し、その溶融現象が光源に向かって進行する現象であり、時間の経過とともに突然、反射光の平均強度が増大する。突然ファイバーヒューズが発生すると、光ファイバー内では、周期的に空洞が形成され、これらの空洞が、戻り光に強度変調をもたらす。例えば、ファイバーヒューズの進む速度をｖ（ｍ／ｓ）、光ファイバー中に生じる周期構造の空洞のピッチをｐ（ｍ）とすると、１ピッチ分、進むために必要な時間はｐ／ｖとなる。ファイバーヒューズの光源方向への進行により、ファイバーヒューズの起きている場所で反射して逆方向に伝搬する戻り光は、強度変調を受けることになり、その強度変調の基本繰返し周波数ｆ0は、ｆ0＝ｖ／ｐ、となる。
【０００４】
例えば、米国コーニング社の単一モード光ファイバーＳＭＦ−２８を使ったファイバーヒューズの実験では、２．７５Ｗのレーザー光を入射したときに、ファイバーヒューズの進行速度ｖが０．４６ｍ／ｓ、周期構造のピッチ１５μｍであり、上記式から得られる基本変調周波数ｆ0は、３１ｋＨｚである。この様な強度変調が、ノイズレベルの増大をもたらすと考えられる。
【０００５】
ファイバーヒューズによる破壊は、コアにおける光パワー密度が一定値以下にならない限り進行する。光源に近いほど、光パワーは大きいので、ファイバーヒューズ現象を放置すれば、最終的に光源にまで到達することになり、光源をも損傷する。
【０００６】
光ファイバー伝送路における異常は、通常、ＯＴＤＲ装置で観測される。これは、光ファイバー伝送路を光が伝搬する際レイリー（Rayleigh）散乱による散逸やコネクタの接続面からの反射のため入射方向へ進む逆向きの反射光による散逸を観測するものである。光伝送路にナノ秒の短光パルスを入力パルス（Input Pulse）として入力し、ファイバー線路からの戻り光パルス（Reflected Pulse）の強度の時間分布を検知することによって、ファイバー中で起こる長手方向の散乱光の強度や、反射端のからの反射強度を測定することができる。伝送路に起きるこれらの反射光はＯＴＤＲ法を用いて、容易に測定することが可能となっており、多数のメーカーからこのためのＯＴＤＲ装置が市販されている。
【０００７】
図１４は、ＯＴＤＲの代表的なブロックダイアグラム（Block Diagram）を示している。ここでは、半導体レーザーにパルスジェネレータからの電気パルスを印加し、ナノ秒（ｎｓ）から数十ｎｓ幅の光パルスを発生させ、その光パルスを、光カプラーを通じて光ファイバーによる被測定伝送路に入力する構造になっている。上記伝送路からの戻り光を光検出器で検出する。この光検出器から出力される電気信号を、増幅後に、タイムベース（Time Base）制御器からの信号によって、サンプリングを行いアナログ信号からデジタル信号へ変換する。また、繰り返し、各パルスから得られる反射光の強度について時間的平均化を行い、最終的に表示器で表示する。
【０００８】
図１５に、後方レイリー散乱光を対数表示したＯＴＤＲトレースの代表的な例を示す。一般に、距離に従って指数関数的に減衰するが、光路上に、コネクタ、溶融接合、屈曲部、メカニカルスプライス、などがあると強い反射があることが分かる。また、ファイバー解放端からの反射は、通常、最大のピークとなり、その端部では急激にノイズレベルまで落ち込むことが分かる。ここで、ＯＴＤＲからの任意の反射点までの距離をｚ、光パルスを入力して前記反射点で反射されて戻ってくるまでの時間をｔ、とすれば、ｚ＝ｔ×（ｃ／２）となる。
【０００９】
この様なＯＴＤＲ装置は、単体のファイバー伝送路中の反射分布を測定に使用する他に、ポン（ＰＯＮ：Passive Optical Network）等のシステム維持などにも適用されている。これによって、光通信の最中に電送路に切断などの異常が起こった場合を検知し、その対策を打つことができる。
【００１０】
例えば、Ｔ＝ＴoからＴ＝Ｔo＋Δ（Δは十分小さい）までの時間で測定されたＯＴＤＲトレースに変化が見られた場合は、その時間帯で異常が起こったことを検知したことになる。通常、伝送路途中で破断や切断などによる異常が発生した場合は、その場所が固定しているため、ＯＴＤＲの表示に時間的な変化はない。すなわち、一定の波形を表示し続けることとなる。
【００１１】
また、光ファイバーに入射した光の強度は、上記のように指数関数的に減少するため、上記の様なファイバーヒューズは、通常、光入射端近辺で発生する。本発明は、このファイバーヒューズ現象の発生を上記のＯＴＤＲと同様な構成の装置を用いて検知するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１８４２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
高強度のレーザー光を伝送する光ファイバーでファイバーヒューズが発生した場合に、光ファイバーの損傷を抑制するために、容易にその発生を検知し、できるだけ早くレーザー光の伝送を中断するなどの措置を取れる様にする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一般に、ファイバーヒューズは発生の場所に止まらず、ファイバーを破壊しながら光源の方へ進む現象である。この破壊された点で反射が起こり、また、上記の様にファイバーヒューズの先端が一定の速度で光源に向かって進行するため、反射端の位置も時間に依存して変化することになる。この様なファイバーヒューズによる被害を抑制するための本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置は、光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズ現象の発生を検知し警報を発する装置であって、次の構成を備えるものである。
【００１５】
つまり、光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズの発生あるいは発生箇所を検知し警報を発する装置であって、光パルス発生器と、該光パルス発生器からの光パルスを上記光ファイバーに入射する光結合手段と、発生したファイバーヒューズによる該光ファイバーの戻り光を分岐する分岐手段と、上記戻り光から上記光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、上記盧波手段の出力光を光電変換する変換手段と、上記変換手段の出力を時間の関数として測定する測定手段と、上記測定手段の出力において一方向に移動する特徴点を見出す信号処理手段と、上記特徴点が見出された場合に警報信号を発する警報手段と、を備える。上記特徴点が発生した場合に、警報信号を出力する。この警報信号を用いて、例えば、上記光ファイバーによる光信号の伝送を中断して、ファイバーヒューズによる光ファイバーの損傷を抑制するものである。上記分岐手段としては、方向性光結合器を用いることができる。
【００１６】
上記光結合手段には、方向性光結合器を用いて、上記光パルス発生器からの光が、ファイバーヒューズの発生を監視する方向に伝播する様に入射することが望ましい。
【００１７】
上記光結合手段には、波長分割多重結合素子を用いて、上記光パルス発生器からの光が、ファイバーヒューズの発生を監視する方向に伝播する様に入射するようにしてもよい。
【００１８】
また、上記信号処理手段としては、上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光反射強度のピークの場所の移動を観測するものである。これは、ファイバーヒューズが発生すると、伝送用の光ファイバーがそこで切断され、その切断箇所で光反射が起こり、その先の地点の反射光がなくなるためである。
【００１９】
また、上記信号処理手段は、上記変換手段の出力を所定の時間に渡って平均化する機能を備え、平均化された上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピークの拡幅を観測するものであってもよい。これは、移動しつつあるピークを十分に長い時間に渡って平均化すると、そのピークの幅が、見かけ上増大するためである。
【００２０】
上記の様にファイバーヒューズの先端が一定の速度で光源に向かって進行するため、例えば２つの光パルスを伝送すると、光路長については、先の光パルスよりも後の光パルスの場合の方が短い。このため、ファイバーヒューズによる破壊が進行しつつある光ファイバー端で反射された２つのパルス間の時間間隔は、当初のものよりも短くなる。このため、上記信号処理手段としては、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮を検出するものであってもよい。
【００２１】
上記の様に、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮を検出する方法としては、パルス列のもつ周波数成分を検出することと同等であることは知られている。この場合は、パルス間隔が短かくなるため、戻り光に含まれるパルス列に含まれる高周波数化した周波数成分を検出するものである。
【００２２】
上記の例の様に、２つの光パルスを伝送することに代わって、充分に長いパルス長の光パルスを伝送し、その立ち上がり点と立ち下がり点とで、前記の２つのパルスの代用とすることができる。このため、上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、上記信号処理手段は、戻り光に含まれる上記パルス列における個々のパルスの時間長の短縮を検出するものであってもよい。
【発明の効果】
【００２３】
このファイバーヒューズ遠隔検知装置では、ファイバーヒユーズが発生した際、遠隔地からそれを瞬時に検知すると共にその発生場所およびその移動の様子ならびにファイバーヒユーズの進行速度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置を光通信システムに適用した例を示すブロック図である。
【図２】ファイバーヒューズ遠隔検知装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】ファイバーヒューズ進行中に、時間ｔ＝ｔ1及びｔ＝t2の時点で測定したＯＴＤＲ出力のトレース例を表す模式図である。
【図４】ファイバーヒューズ進行中に、ＯＴＤＲの出力の際に、図３の場合よりも長く平均化することで、反射端の構造が図３に比べ広い幅となることを示す模式図である。
【図５】ファイバーヒューズが進行中のＯＴＤＲトレースと測定の平均時間の依存性例を示す図である。
【図６】ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表）からの光とＯＴＤＲからの光パルスが同じ波長帯を用いる場合の、ファイバーヒューズの発生を検知するための装置構成例を示すブロック図である。
【図７】ＯＴＤＲのパルス光の波長が、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表）からのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：光増幅器から発する自然放出光雑音）ラマンスペクトルと重なる場合の装置構成例を示す図である。
【図８】図６に示す装置を用いて、（ａ）ファイバーヒューズが発生した際に得られたＯＴＤＲトレース、および（ｂ）高出力レーザーを止め、ファイバーヒューズを防止した状態で得られたＯＴＤＲトレース、を示す図である。
【図９】図７の装置を用いてヒューズを発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを示す図である。
【図１０】図７の装置構成で、平均化の時間を（ａ）１０ｓ、(ｂ)２０ｓ、および(ｃ)３０ｓにしたときの、ファイバーヒューズ発生時のＯＴＤＲ出力表示例を示す図である。
【図１１】所定の間隔の２つの光パルス（ダブルパルス）を間歇的に出力するレーザーパルス光源とパルス間隔測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１２】上記ダブルパルス分の長さをもった光パルスを間歇的に出力するレーザーパルス光源とパルス長測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１３】所定の間隔の複数（３以上）の光パルスからなる光パルス列を間歇的に出力するレーザーパルス光源と繰返し周波数測定器を用いるファイバーヒューズ遠隔検知装置例を示すブロック図である。
【図１４】ＯＴＤＲの代表的なブロックダイアグラムを示す図である。
【図１５】後方レイリー散乱光を対数表示したＯＴＤＲトレースの代表的な例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明においては、同じ機能あるいは類似の機能をもった装置に、特別な理由がない場合には、同じ符号を用いるものとする。
【実施例１】
【００２６】
図１に、本発明のファイバーヒューズ遠隔検知装置１００を光通信システムに適用した例を示す。この例では、交換器側の回線終端装置（ＯＣＵ：Official Channel Unit）１１０と加入者側の回線終端装置（ＤＳＵ：Digital Service Unit）１２０間で光通信を行う。ＯＣＵ１１０からＤＳＵ１２０への送信は、光送信機（ＯＴ）１１１のレーザーダイオード（ＬＤ）１１２からの光をローパスフィルター（長波長側透過濾波器）１１３に通して高周波側成分を除去した後、光ファイバー１３０の１つを通じてＤＳＵ１２０に向けて送信する。光ファイバー１３０の伝送路途中に設けられたコネクタ１３１、１３２は、任意の長さの光ファイバーを接続するためのものである。ＤＳＵ１２０では、ローパスフィルター１２３で盧波した後、伝送された光信号を光受信機１２１のフォトダイオード１２２で検出する。
【００２７】
ＯＣＵ１１０側に設置したファイバーヒューズ遠隔検知装置１００からの光は、ハイパスフィルター（短波長側透過濾波器）１０２を通した後、まずファイバー選択器１０３で光路を選択する。選択された光路には、光結合器１０５があり、これを通じて上記光ファイバー１３０に入射する。光結合器１０５には方向性光結合器を用いることができる。また、光ファイバー１３０の光路上にファイバーヒューズが起こることで反射された光は戻り光となり、光結合器１０５を通じてファイバー選択器１０３に戻り、ハイパスフィルター１０２を透過した後、ＯＴＤＲ１０１に入射する。ファイバーヒューズ遠隔検知装置２００は、ＤＳＵ１２０のＯＴからＯＣＵ１１０のＯＲ向けの伝送に対して適用するものであり、ファイバーヒューズ遠隔検知装置１００と同じ構成のものである。
【００２８】
ファイバーヒューズ遠隔検知装置１００としては、例えば、図２の構成の装置を用いることができる。この装置は、パルスジェネレータ８で発振タイミングを制御するレーザーパルス光源１からの光を、光結合器２を通して光結合器１０に出力する。また、光ファイバーカプラー１０からの戻り光は、光結合器２によって分離し、光検出器３に入力する。つまり光結合器２は光分岐器として動作する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、時間測定器５に入力して、検出された光が往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号を時間測定器５に送るものである。判定部６では、時間測定器５からのデータを用いて、反射点を見出す。特に、漸次接近しつつあり、ファイバーヒューズによる反射点が発生した場合には、表示器９に警報を表示するか信号線１１を通じて警報を発する。このような判定部６は、判定基準を備えたプログラムで処理をするコンピュータを用いて容易に実現することができる。また、図には記載していないが、この警報を用いて、光通信回線を遮断したり迂回したりする措置を取る。
【００２９】
図３に、ファイバーヒューズが進行中に、時間ｔ＝ｔ1及びｔ＝ｔ2の時点で測定したＯＴＤＲ出力のトレース例を表す。ファイバーヒューズの進行で、ファイバー端が移動することになる。ここで平均時間τavg＜＜（ｔ2−ｔ1）と仮定した。時間ｔ＝ｔ1では、ファイバーヒューズの位置はＬ1、時間ｔ＝ｔ2ではＬ2となるときに、ファイバーヒューズの速度ｖはｖ＝（Ｌ1−Ｌ2）／（ｔ2−ｔ1）で表すことができる。ここでは、反射構造のピークの幅は、ＯＴＤＲ装置のパルス幅や分解能で決まる。
【００３０】
また、ファイバーヒューズが進行中にＯＴＤＲの出力の際に、図３の場合よりも長く平均化すると、図４に示す様に、反射端の構造が図３に比べ広い幅を示すことになる。図４はｔ＝ｔ1時間で測定始め、τavgの間で平均化を行う場合のＯＴＤＲ波形を示す図である。平均化によって、ファイバー端からの反射波形には平らな構造が見られ、ファイバーヒューズの速度は、ｖ＝（Ｌ1−Ｌ2）／τavgで表すことが出来る。図に示すように、平均化によるトレースは移動途中の多くの場所から反射の平均が蓄積されたものである。
【００３１】
図５は、ファイバーヒューズが進行中のＯＴＤＲトレースと測定の平均時間の依存性例を示す図である。縦軸はデシベル表示であり、平均化する際のサンプル数で除算することによる落ち込みは、あまり目立たない。また、ＯＴＤＲトレース上のファイバー端からの平らな反射構造の幅は反射時間に依存することが分かる。
【実施例２】
【００３２】
図６は、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表する）からの光とＯＴＤＲからの光パルスが同じ波長帯（例えば１．５５μｍ）を用いる場合の、ファイバーヒューズの発生を検知するための装置構成例を示すブロック図である。この場合は、高強度励起光源（１．５５μｍ）の光とＯＴＤＲからの１．５４μｍ波長の光とを光カプラーを用いて合成し、光ファイバーに入力する。被測定ファイバーからの反射光のうちＯＴＤＲ用のパルス成分のみをバンドパスフィルターを用いて取り出し、ＯＴＤＲ装置に戻すようになっている。ＯＴＤＲ装置の光ファイバー接続端子からの反射によるデッドゾーンを避けるため適当な長さのシングルモード光ファイバーであるＳＭＦ−２８ファイバー（例えば６５０ｍ）などを繋ぐことが望ましい。
【実施例３】
【００３３】
また図７は、ＯＴＤＲのパルス光の波長が、ファイバーヒューズを引き起こす光源（高出力レーザで代表する）からのＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission：光増幅器から発する自然放出光雑音）ラマンスペクトルと重なる場合の装置構成例を示す。ここでは、ファイバーヒューズを引き起こす上記光源は１．４８μｍで、ＯＴＤＲパルスの波長は１．５５μｍ、であり、ＷＤＭ（Wave-length Division Multiplexing：波長分割多重）カプラーを用いてこれらの光を合成し、ファイバーヒューズが発生する光ファイバーに入力している。ここではＷＤＭカプラーの盧波機能を用いることで反射光の１．４８μｍ波長成分がＯＴＤＲへ戻ることを防止することができる。しかし、光ファイバー内で広帯域のラマンＡＳＥ成分が発生するため、この成分がＯＴＤＲへ入射することを抑制することが必要である。このために、バンドパスフィルター利用している。
【実施例４】
【００３４】
図６に示す装置を用いて、ファイバーヒューズが発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを図８（ａ）に示す。次に、高出力レーザーを止め、ファイバーヒューズを防止した状態で得られたＯＴＤＲトレースを図８（ｂ）に示す。尚、装置調整の際に、試しにファイバーヒューズを発生させるには、例えば、ＳＭＦ（シングルモード光ファイバー）に入力する励起光の強度を３Ｗ程度まで上げ、ファイバー出射端に修正液を付けることによって引き起こすことができる。
【００３５】
これらの測定では、ＯＴＤＲ装置の平均化時間は３０ｓと設定した。上記で説明したように、平均時間が長いため、図８（ａ）では広い平らな反射構造が見られる。この反射構造の幅（ΔＬ）は約８．５ｍで、平均（τavg）時間は３０ｓであるため、ヒューズの速度（ｖ＝ΔＬ／τavg）は０．４３ｍ／ｓ、と算出される。図２の判定部６をコンピュータとソフトウェアで構成した場合は、このような算出をそのコンピュータを用いて行うことができる。
【００３６】
また、図７の装置を用いてヒューズを発生した際に得られたＯＴＤＲトレースを図９（ａ）から図９（ｄ）に示す。この図は、バンドパスフィルターを導入した場合において、（ａ）pump off (励起光なし)、（ｂ）pump on ((励起光あり)、 （ｃ） during fuse (ファイバーヒューズあり)、 （ｄ）after fuse termination(ファイバーフューズが終わった後)の場合のＯＴＤＲ波形を示すものである。ファイバーヒューズが発生中のＯＴＤＲ波形には平な反射構造が見られ、ファイバーヒューズを止めた後は細い（測定の分解能で決まる幅を有する）反射構造が見られる。
また図９（ｅ）から図９（ｈ）までは、バンドパスフィルターを導入しない場合において、pump off (励起光なし)、 pump on (励起光あり)、 during fuse (ファイバーヒューズあり)、 after fuse termination（ファイバーヒューズが終わった後の場合のＯＴＤＲ波形を示す。
また、図９（ｆ）および図９（ｇ）では、自発ラマン（spontaneous Raman）散乱による連続光をＯＴＤＲに入射することになり、雑音レベルが増え、ファイバーヒューズによる反射構造と雑音レベルの差が減少していることが分かる。
【００３７】
上記に説明したように、図８の装置構成でバンドパスフィルターを利用することによって、ラマンＡＳＥによる雑音を減らすことができ、従って、ファイバーヒューズが発生したことを高い確率で効果的に検出することができる様になることは明らかである。
【００３８】
また、平均化の時間依存性については、図７の装置構成で、平均化の時間を（ａ）１０ｓ、(ｂ)２０ｓ、および(ｃ)３０ｓにしたとき、ファイバーヒューズ発生時のＯＴＤＲ出力表示例を図１０に示す。平均化時間に比例して反射構造の幅は拡大していくことが容易に分かる。
【実施例５】
【００３９】
図１１に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、所定の間隔の２つの光パルス（ダブルパルス）を間歇的に出力するものである。このダブルパルスが伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光を、まず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、パルス間隔測定器２１に入力する。このパルス間隔測定器２１では、ダブルパルスの間隔を測定すると共に、検出された光が往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号をパルス間隔測定器２１に送るものである。判定部６では、パルス間隔測定器２１からのデータでパルス間隔が短縮されているものがあるかどうかを調べ、そのようなものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に、表示器９に表示する。また、上記ダブルパルスの間隔は、パルス幅で決まる距離分解能で、前記間隔の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【実施例６】
【００４０】
図１２に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、上記ダブルパルス分の長さをもった光パルスを間歇的に出力するものである。この光パルスが伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光をまず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、パルス長測定器２２に入力する。このパルス長測定器２２では、光パルスの長さを測定すると共に、検出された光パルスが往復した時間を測定する。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号をパルス長測定器２２に送るものである。判定部６では、パルス間隔測定器２１からのデータでパルス長が短縮されているものがあるかどうかを調べ、その様なものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に表示器９に表示する。また、上記光パルスの長さは、パルスの立上がりと立下りとで決まる距離分解能で、光パルス長の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【００４１】
この場合の光パルスとしては、上記のファイバーヒューズによる変調をうけることができる程度に長く設定し、上記のパルス長の短縮と合わせてこの変調を検出することで、より的確にファイバーヒューズの発生を検出することができる。
【実施例７】
【００４２】
図１３に示す装置の場合は、レーザーパルス光源１は、所定の間隔の複数（３以上）の光パルスまたは繰り返しパルス列からなる光パルス列を間歇的に出力するものである。この光パルス列が伝送用光ファイバーでのファイバーヒューズ点で反射されて戻り光となり、この戻り光を、まず光結合器１０で分岐し、次に光結合器２によってさらに分岐し、光検出器３に入力する。光検出器３の出力である検出光信号については、増幅器４で増幅した後、繰返し周波数測定器２３に入力する。この繰返し周波数測定器２３では、上記光パルス列の繰返し周波数を測定すると共に、検出された光パルス列が往復した時間を測定する。これは、ファイバーヒューズによる反射では、光パルス列の間隔が詰まることで繰返し周波数が上昇することを用いるものである。この測定に当たっては、発射時刻として、タイムベースユニット（つまり時間基準制御ユニット）７からの信号を用いる。また、タイムベースユニットは、パルスジェネレータ８からの信号を受けて、クロック信号を繰返し周波数測定器２３に送るものである。判定部６では、繰返し周波数測定器２３からのデータで繰返し周波数が高くなった（ドプラー周波数分、＝２×ファイバ屈折率×ヒューズ速度／波長）光パルス列やパルス間隔が短縮されているものがあるかどうかを調べ、そのようなものがある場合に、信号線１１を介して警報を発すると共に表示器９に表示する。また、上記光パルス列の間隔は、パルス幅で決まる距離分解能で、前記間隔の間にファイバーヒューズによってファイバー端が移動する距離を検知できるように設定するものである。
【００４３】
上記の実施例５、６あるいは７の様に、ダブルパルス、前記ダブルパルス分の長さを持った光パルス、あるいは、光パルス列を用いる利点は、分解能を独立に設定することができ、また、遠方のファイバーヒューズを検知する場合でも、例えば表示器の制約に合わせて分解能を緩和する、という必要がないことである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明を適用することで、パワー伝送用の光ファイバーについても、ファイバーヒューズの発生を検知することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ レーザーパルス光源
２ 光結合器
３ 光検出器
４ 増幅器
５ 時間測定器
６ 判定部
７ タイムベースユニット
８ パルスジェネレータ
９ 表示器
１０ 光結合器
１１ 信号線
２１ パルス間隔測定器
２２ パルス長測定器
２３ 繰返し周波数測定器
１００ ファイバーヒューズ遠隔検知装置
１０１ ＯＴＤＲ
１０２ ハイパスフィルター
１０３ ファイバー選択器
１０４ 光ファイバー
１０５ 光結合器
１１０ 交換器側の回線終端装置
１１１ 光送信機
１１２ レーザーダイオード
１１３ ローパスフィルター
１２０ 加入者側の回線終端装置
１２１ 光受信機
１２２ フォトダイオード
１２３ ローパスフィルター
１３０ 光ファイバー
１３１、１３２ コネクタ
２００ ファイバーヒューズ遠隔検知装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズ現象の発生を検知し警報を発する装置であって、
光パルス発生器と、
該光パルス発生器からの光パルスを上記光ファイバーに入射する光結合手段と、
該光ファイバーの戻り光を分岐する分岐手段と、
上記戻り光から上記光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、
上記盧波手段の出力の光を光電変換する光検出手段と、
上記変換手段の出力を時間の関数として測定する測定手段と、
上記測定手段の出力からファイバーヒューズ現象の発生を判定する判定手段と、
上記特徴点が見出された場合に警報信号を発する警報手段と、
を備え、
上記特徴点が発生した場合に、警報信号を発することを特徴とするファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項２】
上記光結合手段は、方向性光結合器であることを特徴とする請求項１に記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項３】
上記光結合手段は、波長分割多重結合素子であることを特徴とする請求項１に記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項４】
上記判定手段は、上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピークの移動について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項５】
上記判定手段は、上記変換手段の出力を所定の時間に渡って平均化する機能を備え、平均化された上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピーク幅の拡大を判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項６】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項７】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、周波数成分について生成した上記パルス列と戻り光に含まれるパルス列との比較を行って、戻り光に含まれるパルス列に含まれる高周波数化した周波数成分の有無について判定するものであることを特徴とする請求項１、２、３あるいは６のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項８】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、戻り光に含まれる上記パルス列における個々のパルスの時間長の短縮について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項１】
光信号を光ファイバーで伝送する際に該光信号で引き起こされるファイバーヒューズ現象の発生を検知し警報を発する装置であって、
光パルス発生器と、
該光パルス発生器からの光パルスを上記光ファイバーに入射する光結合手段と、
該光ファイバーの戻り光を分岐する分岐手段と、
上記戻り光から上記光パルスの戻り光を選択する盧波手段と、
上記盧波手段の出力の光を光電変換する光検出手段と、
上記変換手段の出力を時間の関数として測定する測定手段と、
上記測定手段の出力からファイバーヒューズ現象の発生を判定する判定手段と、
上記特徴点が見出された場合に警報信号を発する警報手段と、
を備え、
上記特徴点が発生した場合に、警報信号を発することを特徴とするファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項２】
上記光結合手段は、方向性光結合器であることを特徴とする請求項１に記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項３】
上記光結合手段は、波長分割多重結合素子であることを特徴とする請求項１に記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項４】
上記判定手段は、上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピークの移動について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項５】
上記判定手段は、上記変換手段の出力を所定の時間に渡って平均化する機能を備え、平均化された上記測定手段の出力において光強度が急激に低下する直前の時点での光強度のピーク幅の拡大を判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項６】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、戻り光に含まれる上記パルス列におけるパルス間隔の短縮について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項７】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、周波数成分について生成した上記パルス列と戻り光に含まれるパルス列との比較を行って、戻り光に含まれるパルス列に含まれる高周波数化した周波数成分の有無について判定するものであることを特徴とする請求項１、２、３あるいは６のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【請求項８】
上記光パルス発生器は、所定のパルス列を生成し出力するものであり、
上記判定手段は、戻り光に含まれる上記パルス列における個々のパルスの時間長の短縮について判定するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のファイバーヒューズ遠隔検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１１−２５２７９３（Ｐ２０１１−２５２７９３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２６７８５（Ｐ２０１０−１２６７８５）
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２日（２０１０．６．２）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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