光学システム
本発明は、外乱検知システム、特に外乱を推測できる光学システムに関する。該システムは、互いに対して側部を接して配置される第１の導波管部分と第２の導波管部分と、該第１の導波管部分と第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、該送信される第１の信号と第２の信号のそれぞれは該第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って移動するように、該第１の導波管部分と第２の導波管部分が光学的に結合されるものと、結合信号を生じさせるために該送信された第１の信号と第２の信号を結合するための結合手段であって、該第１の信号と第２の信号が、該第１の導波管部分及び該第２の導波管部分のどちらか一方における外乱を該結合信号から推測できるように互いに関連付けられるものとを含む。両方の導波管部分に加えられる外乱に起因する雑音または他の信号が、少なくとも部分的に抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム、特に外乱を推測できる光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、考えられる盗聴の試みを検出するため、あるいはそうでなければ安全な通信を提供するために、ケーブルまたは電線管の中の１以上の光ファイバに沿った機械的な外乱を検出できるセンサが公知である。しかしながら、例えば地下ケーブルのケースのように、ケーブル全体が地面を通って伝搬する音波によって害なくして外乱を受ける可能性がある。
【発明の開示】
【０００３】
センサがスペックル(speckle)パターンに基づいた干渉原理の形式を使用して動作することが公知である。このために、マルチモードファイバのセクションは、検知される場所でつなぎ合わされている（ｓｐｌｉｃｅ−ｉｎ）。光が該マルチモードセクションを通過する際、光は、多くの伝搬モードを励起し、該伝搬モードは、シングルモードファイバへ送り返されることによって該伝搬モードがフィルタされる点において干渉する。スペックルパターンのこのモードフィルタリングはマルチモードファイバの極小の外乱に対して非常に敏感であり、結果としてこのセクションを通る伝送損失に変化を生じさせ、この変化が検出される。この手法の問題は、該手法が特殊なファイバを、感光されるすべてのポイントにおいてつなぎ合わせることを必要とし、ファイバリンクを標準的な伝送システムの使用には不適切にする点である。該リンク全体をマルチモードファイバから作り、端部でスペックルパターンをフィルタリングすることも可能であるであろうが、この場合シングルモードのケースと同じ雑音蓄積の問題がある。
【０００４】
本発明によれば、外乱を検知するための光学システムが提供される。該システムは、互いに対して側部を接して配置される第１の導波管部分と第２の導波管部分と、該第１の導波管部分と第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、該送信される第１の信号と第２の信号のそれぞれは該第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って移動するように、該第１の導波管部分と第２の導波管部分が光学的に結合されるものと、結合信号を生じさせるために該送信された第１の信号と第２の信号を結合するための結合手段であって、該第１の信号と第２の信号が、該第１の導波管部分または該第２の導波管部分における外乱を該結合信号から推測できるように互いに関連付けられるものとを含む。
【０００５】
本発明の１つの有利な点とは、両方の導波管部分に加えられる外乱に起因する雑音または他の信号が、該第１の導波管部分と第２の導波管部分の一方だけにおける外乱に起因するものを基準にして少なくとも部分的に抑制される可能性があるという点である。したがって、外乱が該導波管部分の一方に選択的に加えられる場合、該外乱は、より容易に検出できる。
【０００６】
好ましい実施形態では、該第１の信号と第２の信号は互いのコピーとなる。該コピーは正確な複製物である必要はなく、異なる振幅を有してもよい。しかしながら、該信号は共通の位相変異を有するのが好ましい。該第１の信号と第２の信号は連続波光源により生成されてもよく、その場合第１の信号と第２の信号の連続波は互いに対して連続的に続く。代わりに、該光源はパルス線源であってもよい。
【０００７】
本発明の追加の態様は添付請求項に示されている。本発明はここでさらに詳しく以下の図面に関して例証として後述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
一般的な説明として、差動モード折り畳み(differential-mode folded)Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｅｎｄｅｒセンサの動作原理が図１に関連して説明されている。超発光ダイオード（ｓｕｐｅｒ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）またはエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）からの増幅自然発光（ＡＳＥ）等の広帯域光源からの信号「ｘ（ｔ）」は光アイソレータを介して２×２ファイバカプラの入力ポートに接続される。該光源のコヒーレンス時間、ｔｃは次に示す不等式を満たす。つまりｔｃ＜＜ｄ＜＜Ｌであり、ここで「ｄ」は全システムを通る２つの経路「Ｘ」と「Ｙ」の間の遅延差であり、「Ｌ」は片道(one-way)伝送ファイバ遅延である。（通常、ｔｃはピコ秒のオーダーであり、「ｄ」はナノ秒のオーダーであり、「Ｌ」は１００マイクロ秒のオーダーである。）カプラは光源信号を（ここでは振幅が等しいと仮定されている）２つの部分に分割し、一方の部分は経路「Ｘ」上で送られ、他方は経路「Ｙ」上で送られる。経路「Ｘ」と「Ｙ」は図に描かれている。経路Ｘはカプラから鏡Ｃに該カプラに延び、該カプラを通って戻り、伝送脚部（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅｇ）上を鏡Ｂまで延び、再び戻る。経路Ｙは、カプラから偏光コントローラ／スクランブラ及び伝送脚部を通って鏡Ａまで延び、再び戻る。システムを通る多数の経路があるが、ここで説明されるセンサの動作に寄与しないため図示されない。それぞれ鏡ＡとＢに向かって伝送脚部「Ｌ」に沿ってファイバ経路ＸとＹの外向きの行路で移動する２つの波動は、「ｄ」（数ナノ秒）にほぼ等しい小さな遅延差分の時間で分離される。したがって、すべての実践的な目的のために、２本の伝送ファイバが近接している場合には、２つの波動は本質的に同じ外乱信号を確認するだろう。これは、該外乱が（ミリ秒で測定されるタイムスケールに対応する）音声範囲内の周波数成分を有する可能性が高いためである。同じ条件が、鏡ＡとＢから反射された後の帰りの行程における該２つの波動にも適用される。２×２カプラに戻ると、該２つの波動は２つの部分に再度分割される。このとき、本発明者らは、経路Ｘからの経路Ｙに結合される光、及び（反対方向で）経路Ｙからの経路Ｘに結合される光だけに関心がある。経路Ｘ上にあった光の半分が、ここで経路Ｙ上を移動し、または逆も同様であることは明らかである。伝送セクションにおける２つの伝搬する波動間の時間差が依然としてほぼ「ｄ」であるため、ほぼ約２Ｌ秒間の時間間隔の後ではあるが、両方とも２度目について本質的に同じ外乱を確認する。このとき、カプラに戻るときの２つの波動は、全く同じ総経路遅延Ｘ＋Ｙを有し、したがって互いに位相コヒーレントであり、干渉的に混合される。こうして、該２つの波動の間で差分位相シフトを引き起こすいかなる外乱も、該カプラによって伝送される光の振幅を２つの出力ポートにおいて異なるものとする。この振幅変調は外乱の性質を決定するために監視される。信号は、ファイバ損失により該カプラのより近くで最も強くなるが、監視用受信機はいずれの脚部に設置されてもよく、また、該選ばれた脚部上の任意の位置に設置されてもよい。
【０００９】
さらに詳細には、図１は第１の光ファイバ１２または第２の光ファイバ１４のどちらか一方上の外乱を検知できる光学システム１０を示している（該ファイバ１２、１４は太線で示されている）。該第１のファイバ１２と第２のファイバ１４は、それぞれ４ポート（２×２）カプラ１８の第１のポート２４と第２のポート２６に接続されている。ファイバ３０のスタブまたは他の短い部分が第４のポート２８に接続される一方で、広帯域光源１６は、該カプラ１８の第３のポート２２に結合される。各ファイバ１２、１４、３０に対して、該カプラ１８から離れた端子には、該カプラ１８に向かって信号を戻すための反射体３４、３６、３２がそれぞれ設けられている。
【００１０】
該カプラ１８は、該第１のポートまたは第４のポートのどちらかで入射された光が該第２のポートと第３のポートの両方で出射するようになっている。同様に、該第２のポートまたは第３のポートで入射された光は、該第１のポートと第４のポートの両方で出射する。このようにして、ポートに入射する光信号ごとに、１組のコピーが該カプラ１８で効果的に形成される。結合割合が異なるカプラを使用することもできるであろうが、この例では、該カプラは光を第２のポートと第３のポートのそれぞれ（あるいは第１のポートと第４のポートのそれぞれ）に同程度まで結合する５０：５０のカプラである。
【００１１】
第１のファイバ１２と第２のファイバ１４のそれぞれは、それぞれの伝送部分つまり「脚部」１２ａ、１４ａと、接続部分１２ｂ、１４ｂとを含み、ファイバの該伝送部分１２ｂ、１４ｂは、例えば、共通スリーブ３８のような共通チャネル等の保持部材により互いに対して保持されている。該接続部分は等しい長さではなく、したがって、該伝送脚部１２ａ、１４ａに沿って移動する１組の信号コピーの間に時間的なオフセットが生じる。図１では、第１のファイバの接続部分が最長であり、それによってカプラ１８と伝送部分１２ａの間に位置する遅延線１２ｂを形成する。こうして、該遅延線１２ｂは、該第２の光ファイバの伝送部分を移動する光信号に対して、第１のファイバの該伝送部分を移動する光信号に遅延を課す。
【００１２】
システム１０の動作を理解するために、光源１６によって送信される光信号の経路を考慮することが役立つ。これらの信号は、カプラ１８に到着すると、２つの部分に分割され、別々の該部分は互いのコピーである（この例では、カプラは信号を等しい振幅を有するコピーに分割するが、コピーの振幅は同じである必要はない）。一方のコピーは経路「Ｘ」上にルート設定され、他方のコピーは経路「Ｙ」上にルート設定される（経路ＸとＹは、図１で狭線によって示されている）。
【００１３】
経路Ｘに沿って移動する光は、第４のポート２８でカプラから出射し、スタブ部分３０に沿って移動し、その後反射体３２で反射され、同じファイバを沿って第４のポートにおいてカプラに戻る。経路Ｘに沿って移動する光は、次に第２のポート２６でカプラから出射し、第２のファイバ１４に沿って、特に伝送部分１４ａの上を移動し、その後第２のファイバの端部にある反射体３６によってカプラに向かって戻される。経路Ｙに沿って移動する光は第１のポート２４でカプラから出射し、順方向と逆方向で第１のファイバ１２に沿って移動し、反射体３４によって第２のファイバの端部で反射される。
【００１４】
動的外乱が、ファイバがスリーブ３８の中にある点Ｐで、第１のファイバ伝送部分１２ａと第２のファイバ伝送部分１４ａに加えられる場合、該外乱は両方のファイバの伝送特性に、同様の影響を及ぼす可能性が高い。これは、両方のファイバが互いに近接しているためであり、したがって、該スリーブに加えられる外乱はそれぞれのファイバにほぼ同じ移動を生じさせる。したがって、ファイバ内を移動する信号に課される位相変化は両方のファイバについて同じである可能性が高い。
【００１５】
２つの伝送脚部１２ａ、１４ａを移動中の１組の信号コピーの遅延差、又は時間的オフセットと同等のものは、外乱が発生すると予想されるタイムスケールと比較して小さくなるように選ばれる。すなわち、物理的な外乱は音響振動に起因する可能性が高いため、ミリ秒のオーダーのタイムスケールで発生するのに対し、遅延差はナノ秒のオーダーである。したがって、カプラ１８で生成される信号コピーは、該信号コピーの外部への行程で（すなわち、反射体３４、３６に向かって）、点Ｐにおける動的な物理的外乱に応じて本質的に同じ位相変化を経験する。同様に、第１のファイバと第２のファイバに沿った信号は、カプラ１８に向かう、信号の戻り行程でも、同じ外乱を経験する可能性が高い。
【００１６】
カプラ１８に戻る際に、第１のポートと第２のポートのそれぞれでの信号が、さらに２つのコピーを生じさせる。システムの動作を理解するために、経路Ｙに結合される経路Ｘからの光と、経路Ｘに結合される経路Ｙからの光であって、今回は経路ＸとＹ上を逆方向で移動する光を考慮することが役立つ。５０：５０カプラのケースでは、以前経路Ｘ上にあった光のほぼ半分がここでは経路Ｙ上を移動し、逆も同じである。再び、各ファイバにおける信号コピー間の相対的な時間遅延は外乱のタイムスケールに比較して小さく、その結果、再び、両方の信号はＰにおける外乱に応じて同じ位相変化を経験する。したがって、信号が２度目にカプラに戻るとき、各信号は同じ総経路（それぞれ経路Ｘ及び経路Ｙに沿って）を移動した。さらに、各信号は、各信号が点Ｐを通過するたびに経験する外乱によって、同じ累積する位相変化を経験している。したがって、２回目に経路ＸとＹから戻る信号は位相コヒーレントであり、干渉的に混合する。つまり、両方の信号は同相にあり、カプラ１８において建設的に干渉する。これは、外部への行程及び内部への行程のそれぞれで信号により経験される外乱が（動的外乱によるファイバの変位が外部への方向と内部への方向に移動する信号にとって異なるにも関わらず）第１のファイバと第２のファイバの両方にとって同じとなるためである。
【００１７】
しかしながら、第１のファイバ１２と第２のファイバ１４の一方だけが外乱を受け、第１のファイバと第２のファイバの他方が外乱を受けないままであるとすると、経路ＸとＹの一方だけを移動する光は位相外乱を受け、したがってカプラ１８から出力される信号は変化する。この変化した信号は、第１のファイバに配置されるタップ４０で監視できるが、タップは代わりに第２のファイバに配置されてもよい。タップは第１のファイバに沿った異なる位置に設置できるであろうが、信号はファイバ損失のため、カプラの近くにおいて最強である。
【００１８】
光アイソレータ４２は、光源に向かってカプラから戻る光によって光源で発生する不安定性の尤度を低減するために、光源とカプラ１８の間に配置される。光源は、超発光ダイオード等の広帯域光源であることが好ましく、あるいはそれ以外の場合、信号はエルビウムドープファイバ増幅器からの増幅された自然発光に起因するものであってもよい。ファイバにおける望ましくない偏光回転効果を低減するために、偏光コントローラ／スクランブラ４４が第２のファイバで、カプラ１８と、第２のファイバの検知部分１４ａとの間に配置される。
【００１９】
タップ４０は、図３に示されているような信号処理システム２９に接続される。信号処理システムは、光信号を電気信号に変換するために第１の結合段階２８に結合される受光器５１と、該受光器５１から電気信号を受信し、該電気信号をフィルタリングするフィルタ５２と、該フィルタリングされた電気信号を処理する信号処理部５４とを含む。簡略な一実施形態では、該信号処理部はオーディオ増幅器のような増幅器である。代わりに、該信号処理部は以下に概略されるようなデジタルシステムであってもよい。
【００２０】
該フィルタ５２は、外来ノイズを最小限にするために、予想される信号の帯域幅に適合される。それは一般的には約１００ｋＨｚの帯域幅を有する（異なる帯域幅もあり得るが）。信号処理部５４は、例えば、干渉信号にフーリエ変換を実行し、時間に依存した干渉（組み合わせ）信号を、該時間に依存した信号を形成する周波数成分を有するスペクトルに変換することによって、結合段階２８から（フィルタリングされた）干渉信号のスペクトル分析を実行するように構成されている。測定されたスペクトルは、次に既知のスペクトルまたは、ファイバにおける既知の外乱に起因するシグネチャと比較される。このような既知のシグネチャスペクトル（あるいは、このようなシグネチャスペクトルの少なくとも特性周波数成分）は、信号処理部５４の記憶場所５５に記憶される。
【００２１】
測定されるスペクトルを公知のシグネチャスペクトルと比較するには、信号処理部５４のプロセッサ５７によって以下のステップが実行されてもよい。つまり、（ａ）周波数成分があれば、どの周波数成分が閾値を超えているのかを判断する、及び（ｂ）これらの周波数成分が既知のシグネチャスペクトルの特性周波数成分と（許容レベル範囲内で）一致するかどうかを判断する。したがって、測定されたスペクトルごとに、それぞれの比較ステップが、記憶されているシグネチャスペクトルのそれぞれと実行される。シグネチャスペクトルの特性成分だけが記憶場所５５に記憶される場合には、シグネチャスペクトルごとに記憶される情報はそのスペクトルの特性周波数のリストを含むにすぎない可能性がある。次に、プロセッサ５７は測定されるスペクトルの各成分のそれぞれの周波数値をシグネチャスペクトルの周波数値と比較することができる。そして、測定されるスペクトルとシグネチャの間の相関関連の程度を示すスコア値が生成されてもよく、該スコア値が閾値を超えた場合には警報が発行されてもよい。
【００２２】
相関関連の程度を決定するために、以下のステップが実行されてもよい。つまり（ａ）測定されるスペクトルの周波数成分について、シグネチャスペクトルが該測定周波数成分の許容範囲内に周波数成分を有するかどうかを判断し、一致が検出された場合にスコア値カウンタを増分する、（ｂ）閾値を超える、該測定スペクトル内の周波数成分ごとに、そのシグネチャスペクトルに関してステップ（ａ）を繰り返し、一致が検出されるたびに該スコア値カウンタを増分する、及び（ｃ）少なくとも１つのシグネチャスペクトルに関して測定されるスペクトルごとに、該スコア値カウンタの最終値とスコア値を関連付ける。
【００２３】
該記憶場所５５は、シグネチャスペクトルの各周波数成分と関連する振幅値も記憶してもよい。プロセッサ５７は、周波数スペクトルと測定されるスペクトル間の相関関連の程度を決定するときに、対応する成分の振幅だけではなく周波数値の類似性も、スコア値カウンタを増分するときに考慮に入れられる、さらに高度なアルゴリズムを実行してもよい。該記憶場所５５は、好ましくはある時間間隔内に受信される干渉信号を記憶するように構成され、各時間間隔のそれぞれにおいて捕捉された、または、測定されたスペクトルに関して、測定されるスペクトルとシグネチャスペクトル間の比較が実行される。外乱が検出されると、出力５４１で外乱信号を生成することができる。
【００２４】
図１のファイバ１２ｂ、１４ｂの接続部分は、図２（類似する構成要素が類似する数表示を有する）に示されるように複数の伝送ファイバを有する既存のファイバケーブルに接続されてもよい。図２では、監視装置１１０がそれぞれの波長分割カプラ１２０、１４０を介してファイバケーブルリンク３８０のそれぞれのファイバ１２ａ、１４ａに接続されている。第１の波長での光源１６からの検知信号はカプラ１８でコピーに分割され、該コピーはそれぞれの波長分割多重カプラ１２０、１４０によってそれぞれのファイバ１２ａ、１４ａ上に発射する。該検知信号は、該ファイバの端部へ移動した後、該ファイバの各端部のそれぞれの反射体によって該監視装置に向かって戻される。波長分割多重カプラ１２０、１４０に戻ると、該検知信号はそれぞれのファイバ１２、１４から抽出される。したがって、該検知信号は図１の経路ＸとＹに対応する経路に従い、その結果、該検知信号は、外乱が検知されたファイバ１２、１４の両方ではなく一方で引き起こされているかどうかを判断するために使用できる。トラフィック信号は、第１の波長とは異なる第２の波長で、通常の方法で、第１の端末１１２と第２の端末１１４間をファイバ１２ａ、１４ａを介して伝搬できる。監視されているリンク３８０の部分を越えた遠隔点に、下流波長分割多重カプラ１５０、１６０がそれぞれのファイバごとに設けられ、該カプラは検知波長で、監視装置に向かって光を戻すための反射体として動作するように構成されている。
【００２５】
データを傍受するために該ファイバの一方に不法に侵入しようとする盗聴者が、該ファイバのそれぞれを正確に同じ通路で移動させられる可能性は低く、結果的に該検知信号の変化が検出される。逆に、例えばケーブルが地下ケーブルである場合に、地面の振動のためにケーブル３８０が全体として外乱を受けるときには、光監視装置の反応は抑制される、または少なくとも低減され、それによって誤警報のリスクが低減される。
【００２６】
本光学システムはデータを安全に通信するために使用できる。遠隔監視局２００では、データは第２のファイバ１４上に変調される（代わりに、データは第１のファイバ上に変調されてもよい）。好ましくは、データは位相変調器２０２を使用して変調される。ファイバの１本だけに沿った信号が変調されるため、これらの位相変調は外乱の検出と類似した様式で、受信機で検出される。上記の例のそれぞれでは、ファイバ１２と１３がシングルモードファイバであることが好ましい。
【００２７】
上記実施形態から理解されるように、光ファイバ／ケーブルの組は差動共通モード除去外乱センサで利用される。該２本のファイバがお互いに物理的に近くにあるとき、該ファイバは本質的に同じ外乱信号を「見る」ことになる。しかしながら、該ファイバが分離されている、あるいは例えば該ファイバに不法に侵入しようとしている誰かによって個別に外乱を受けたりする場合、該ファイバは異なる信号を見ることになる。該システムは折り畳み（ｆｏｌｄｅｄ）干渉計の機能を果たし、両方のファイバが同じ外乱を「見る」ときにはその出力が最小限に抑えられるように設計されている。この共通モード除去特性は背景雑音の影響を低減するが、一方のファイバが他方のファイバと異なって外乱を受けるときには高い感度を示す。該共通モード動作は、必要とされる度合いで区別を行うために、同じファイババンドル内の、または同じ電線管、ケーブル、サブダクトまたはダクト内の２本のファイバ上で行われ得る。代わりに、２本のファイバは、これらの特定の場所を高感度化するためにジョイントハウジング（ｊｏｉｎｔ ｈｏｕｓｉｎｇ）、フットウェイボックス（ｆｏｏｔｗａｙ ｂｏｘｅｓ）等において分離できるであろう。しかしながら、該ファイバは、該ファイバに不法に侵入しようとする誰かに対して該ファイバ全長に沿って敏感なままである。
【００２８】
ここで差動モード折り畳みマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｅｎｄｅｒ）センサの理論的な動作が、以下の一連の図で概略される。
【００２９】
光源コヒーレンス時間τｃが以下の不等式を満たす・・・
【数１】
【００３０】
したがって、蓄積した伝送損失のために相対的に大きさが低い高次反射項を無視すると、カプラに対する入力時の優勢なコヒーレント項は陰影が付けられた領域で示されている。受信機脚部では、これらは以下になり・・・
【数２】
【数３】
【００３１】
ここでは「Ｓ」は総損失を表すスカラであって、次式で表される。Ｓ＝ＲＡ・ＲＢ・ＲＣ・ｅｘｐ｛−（２ｄ＋４Ｌ）・ｋ｝／４
結果として生じる輝度強度、Ｉ（ｔ）は、
【数４】
【００３２】
により示され、これは以下の式になる。
【数５】
【００３３】
（外乱信号がない特殊ケースの場合）
光源ｘ（ｔ）が静止したランダムプロセスであることも仮定した。
【００３４】
しかしながら、外乱を導入すると、出力は脚部ＡとＢの差動ピックアップ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｉｃｋ−ｕｐ）に依存する。
【数６】
【００３５】
単調な代数演算により、以下の式が得られる。
【数７】
【数８】
【００３６】
ここでは、ｍ’（ｔ）＝ｍＡ（ｔ−ｒ）・ｍＡ（ｔ−２Ｌ＋ｒ）及びｍ”（ｔ）＝ｍＢ（ｔ−ｒ）・ｍＢ（ｔ−２Ｌ＋ｒ）は、それぞれ脚部ＡとＢで誘発される信号である。
【００３７】
結果として生じる輝度強度Ｉ（ｔ）は以下のとおりとなる・・・
【数９】
【００３８】
ここで、近い結合によりｍ’（ｔ）＝ｍ”（ｔ）である場合には、位相の項は相殺され、Ｉ（ｔ）＝０となる。しかしながら、ファイバが分離され、または一方の脚部だけが外乱を受けることによりｍ’（ｔ）≠ｍ”（ｔ）となった場合、出力信号が生じる。
【００３９】
干渉計により生じるインコヒーレント項は、光源のコヒーレンス時間を縮小することによって最小限に抑えることができる低レベルの背景の、自然放射−自然放射のビート雑音（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ−ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｂｅａｔ ｎｏｉｓｅ）を生じさせる。経路Ｘ＋Ｙを複数回移動する高次反射信号は、ファイバ伝送経路及び干渉計における損失に起因して規模が大幅に低減される。
【００４０】
偏光コントローラは、カプラへの入力において経路Ｘ＋Ｙを横断した波動の偏光状態を位置合わせし、コヒーレント混合プロセスを最適化するために位相バイアスを生じさせるために使用される。代わりに、システムの感度は多少劣るが、あらゆる調整が必要な部品を排除するために、偏光コントローラを、ファイバリオ（Ｌｙｏｔ）減極剤(de-polariser)等の偏光スクランブラと置換してもよい。
【００４１】
伝送リンクＬの端部にある鏡は成端されていないファイバコネクタからの単純な端部反射であってもよい。鏡ＡとＢのどちらか、または両方の伝送脚部は、専用ファイバであってもよいし、周知のＷＤＭ技法を用いてデータサービスにわたって波長分割多重化された仮想チャネルであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による光学システムを示す。
【図２】他の光学システムを示す。
【図３】図１及び図２のシステムで使用する信号処理システムの構成要素を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システム、特に外乱を推測できる光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、考えられる盗聴の試みを検出するため、あるいはそうでなければ安全な通信を提供するために、ケーブルまたは電線管の中の１以上の光ファイバに沿った機械的な外乱を検出できるセンサが公知である。しかしながら、例えば地下ケーブルのケースのように、ケーブル全体が地面を通って伝搬する音波によって害なくして外乱を受ける可能性がある。
【発明の開示】
【０００３】
センサがスペックル(speckle)パターンに基づいた干渉原理の形式を使用して動作することが公知である。このために、マルチモードファイバのセクションは、検知される場所でつなぎ合わされている（ｓｐｌｉｃｅ−ｉｎ）。光が該マルチモードセクションを通過する際、光は、多くの伝搬モードを励起し、該伝搬モードは、シングルモードファイバへ送り返されることによって該伝搬モードがフィルタされる点において干渉する。スペックルパターンのこのモードフィルタリングはマルチモードファイバの極小の外乱に対して非常に敏感であり、結果としてこのセクションを通る伝送損失に変化を生じさせ、この変化が検出される。この手法の問題は、該手法が特殊なファイバを、感光されるすべてのポイントにおいてつなぎ合わせることを必要とし、ファイバリンクを標準的な伝送システムの使用には不適切にする点である。該リンク全体をマルチモードファイバから作り、端部でスペックルパターンをフィルタリングすることも可能であるであろうが、この場合シングルモードのケースと同じ雑音蓄積の問題がある。
【０００４】
本発明によれば、外乱を検知するための光学システムが提供される。該システムは、互いに対して側部を接して配置される第１の導波管部分と第２の導波管部分と、該第１の導波管部分と第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、該送信される第１の信号と第２の信号のそれぞれは該第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って移動するように、該第１の導波管部分と第２の導波管部分が光学的に結合されるものと、結合信号を生じさせるために該送信された第１の信号と第２の信号を結合するための結合手段であって、該第１の信号と第２の信号が、該第１の導波管部分または該第２の導波管部分における外乱を該結合信号から推測できるように互いに関連付けられるものとを含む。
【０００５】
本発明の１つの有利な点とは、両方の導波管部分に加えられる外乱に起因する雑音または他の信号が、該第１の導波管部分と第２の導波管部分の一方だけにおける外乱に起因するものを基準にして少なくとも部分的に抑制される可能性があるという点である。したがって、外乱が該導波管部分の一方に選択的に加えられる場合、該外乱は、より容易に検出できる。
【０００６】
好ましい実施形態では、該第１の信号と第２の信号は互いのコピーとなる。該コピーは正確な複製物である必要はなく、異なる振幅を有してもよい。しかしながら、該信号は共通の位相変異を有するのが好ましい。該第１の信号と第２の信号は連続波光源により生成されてもよく、その場合第１の信号と第２の信号の連続波は互いに対して連続的に続く。代わりに、該光源はパルス線源であってもよい。
【０００７】
本発明の追加の態様は添付請求項に示されている。本発明はここでさらに詳しく以下の図面に関して例証として後述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
一般的な説明として、差動モード折り畳み(differential-mode folded)Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｅｎｄｅｒセンサの動作原理が図１に関連して説明されている。超発光ダイオード（ｓｕｐｅｒ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅ）またはエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）からの増幅自然発光（ＡＳＥ）等の広帯域光源からの信号「ｘ（ｔ）」は光アイソレータを介して２×２ファイバカプラの入力ポートに接続される。該光源のコヒーレンス時間、ｔｃは次に示す不等式を満たす。つまりｔｃ＜＜ｄ＜＜Ｌであり、ここで「ｄ」は全システムを通る２つの経路「Ｘ」と「Ｙ」の間の遅延差であり、「Ｌ」は片道(one-way)伝送ファイバ遅延である。（通常、ｔｃはピコ秒のオーダーであり、「ｄ」はナノ秒のオーダーであり、「Ｌ」は１００マイクロ秒のオーダーである。）カプラは光源信号を（ここでは振幅が等しいと仮定されている）２つの部分に分割し、一方の部分は経路「Ｘ」上で送られ、他方は経路「Ｙ」上で送られる。経路「Ｘ」と「Ｙ」は図に描かれている。経路Ｘはカプラから鏡Ｃに該カプラに延び、該カプラを通って戻り、伝送脚部（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｅｇ）上を鏡Ｂまで延び、再び戻る。経路Ｙは、カプラから偏光コントローラ／スクランブラ及び伝送脚部を通って鏡Ａまで延び、再び戻る。システムを通る多数の経路があるが、ここで説明されるセンサの動作に寄与しないため図示されない。それぞれ鏡ＡとＢに向かって伝送脚部「Ｌ」に沿ってファイバ経路ＸとＹの外向きの行路で移動する２つの波動は、「ｄ」（数ナノ秒）にほぼ等しい小さな遅延差分の時間で分離される。したがって、すべての実践的な目的のために、２本の伝送ファイバが近接している場合には、２つの波動は本質的に同じ外乱信号を確認するだろう。これは、該外乱が（ミリ秒で測定されるタイムスケールに対応する）音声範囲内の周波数成分を有する可能性が高いためである。同じ条件が、鏡ＡとＢから反射された後の帰りの行程における該２つの波動にも適用される。２×２カプラに戻ると、該２つの波動は２つの部分に再度分割される。このとき、本発明者らは、経路Ｘからの経路Ｙに結合される光、及び（反対方向で）経路Ｙからの経路Ｘに結合される光だけに関心がある。経路Ｘ上にあった光の半分が、ここで経路Ｙ上を移動し、または逆も同様であることは明らかである。伝送セクションにおける２つの伝搬する波動間の時間差が依然としてほぼ「ｄ」であるため、ほぼ約２Ｌ秒間の時間間隔の後ではあるが、両方とも２度目について本質的に同じ外乱を確認する。このとき、カプラに戻るときの２つの波動は、全く同じ総経路遅延Ｘ＋Ｙを有し、したがって互いに位相コヒーレントであり、干渉的に混合される。こうして、該２つの波動の間で差分位相シフトを引き起こすいかなる外乱も、該カプラによって伝送される光の振幅を２つの出力ポートにおいて異なるものとする。この振幅変調は外乱の性質を決定するために監視される。信号は、ファイバ損失により該カプラのより近くで最も強くなるが、監視用受信機はいずれの脚部に設置されてもよく、また、該選ばれた脚部上の任意の位置に設置されてもよい。
【０００９】
さらに詳細には、図１は第１の光ファイバ１２または第２の光ファイバ１４のどちらか一方上の外乱を検知できる光学システム１０を示している（該ファイバ１２、１４は太線で示されている）。該第１のファイバ１２と第２のファイバ１４は、それぞれ４ポート（２×２）カプラ１８の第１のポート２４と第２のポート２６に接続されている。ファイバ３０のスタブまたは他の短い部分が第４のポート２８に接続される一方で、広帯域光源１６は、該カプラ１８の第３のポート２２に結合される。各ファイバ１２、１４、３０に対して、該カプラ１８から離れた端子には、該カプラ１８に向かって信号を戻すための反射体３４、３６、３２がそれぞれ設けられている。
【００１０】
該カプラ１８は、該第１のポートまたは第４のポートのどちらかで入射された光が該第２のポートと第３のポートの両方で出射するようになっている。同様に、該第２のポートまたは第３のポートで入射された光は、該第１のポートと第４のポートの両方で出射する。このようにして、ポートに入射する光信号ごとに、１組のコピーが該カプラ１８で効果的に形成される。結合割合が異なるカプラを使用することもできるであろうが、この例では、該カプラは光を第２のポートと第３のポートのそれぞれ（あるいは第１のポートと第４のポートのそれぞれ）に同程度まで結合する５０：５０のカプラである。
【００１１】
第１のファイバ１２と第２のファイバ１４のそれぞれは、それぞれの伝送部分つまり「脚部」１２ａ、１４ａと、接続部分１２ｂ、１４ｂとを含み、ファイバの該伝送部分１２ｂ、１４ｂは、例えば、共通スリーブ３８のような共通チャネル等の保持部材により互いに対して保持されている。該接続部分は等しい長さではなく、したがって、該伝送脚部１２ａ、１４ａに沿って移動する１組の信号コピーの間に時間的なオフセットが生じる。図１では、第１のファイバの接続部分が最長であり、それによってカプラ１８と伝送部分１２ａの間に位置する遅延線１２ｂを形成する。こうして、該遅延線１２ｂは、該第２の光ファイバの伝送部分を移動する光信号に対して、第１のファイバの該伝送部分を移動する光信号に遅延を課す。
【００１２】
システム１０の動作を理解するために、光源１６によって送信される光信号の経路を考慮することが役立つ。これらの信号は、カプラ１８に到着すると、２つの部分に分割され、別々の該部分は互いのコピーである（この例では、カプラは信号を等しい振幅を有するコピーに分割するが、コピーの振幅は同じである必要はない）。一方のコピーは経路「Ｘ」上にルート設定され、他方のコピーは経路「Ｙ」上にルート設定される（経路ＸとＹは、図１で狭線によって示されている）。
【００１３】
経路Ｘに沿って移動する光は、第４のポート２８でカプラから出射し、スタブ部分３０に沿って移動し、その後反射体３２で反射され、同じファイバを沿って第４のポートにおいてカプラに戻る。経路Ｘに沿って移動する光は、次に第２のポート２６でカプラから出射し、第２のファイバ１４に沿って、特に伝送部分１４ａの上を移動し、その後第２のファイバの端部にある反射体３６によってカプラに向かって戻される。経路Ｙに沿って移動する光は第１のポート２４でカプラから出射し、順方向と逆方向で第１のファイバ１２に沿って移動し、反射体３４によって第２のファイバの端部で反射される。
【００１４】
動的外乱が、ファイバがスリーブ３８の中にある点Ｐで、第１のファイバ伝送部分１２ａと第２のファイバ伝送部分１４ａに加えられる場合、該外乱は両方のファイバの伝送特性に、同様の影響を及ぼす可能性が高い。これは、両方のファイバが互いに近接しているためであり、したがって、該スリーブに加えられる外乱はそれぞれのファイバにほぼ同じ移動を生じさせる。したがって、ファイバ内を移動する信号に課される位相変化は両方のファイバについて同じである可能性が高い。
【００１５】
２つの伝送脚部１２ａ、１４ａを移動中の１組の信号コピーの遅延差、又は時間的オフセットと同等のものは、外乱が発生すると予想されるタイムスケールと比較して小さくなるように選ばれる。すなわち、物理的な外乱は音響振動に起因する可能性が高いため、ミリ秒のオーダーのタイムスケールで発生するのに対し、遅延差はナノ秒のオーダーである。したがって、カプラ１８で生成される信号コピーは、該信号コピーの外部への行程で（すなわち、反射体３４、３６に向かって）、点Ｐにおける動的な物理的外乱に応じて本質的に同じ位相変化を経験する。同様に、第１のファイバと第２のファイバに沿った信号は、カプラ１８に向かう、信号の戻り行程でも、同じ外乱を経験する可能性が高い。
【００１６】
カプラ１８に戻る際に、第１のポートと第２のポートのそれぞれでの信号が、さらに２つのコピーを生じさせる。システムの動作を理解するために、経路Ｙに結合される経路Ｘからの光と、経路Ｘに結合される経路Ｙからの光であって、今回は経路ＸとＹ上を逆方向で移動する光を考慮することが役立つ。５０：５０カプラのケースでは、以前経路Ｘ上にあった光のほぼ半分がここでは経路Ｙ上を移動し、逆も同じである。再び、各ファイバにおける信号コピー間の相対的な時間遅延は外乱のタイムスケールに比較して小さく、その結果、再び、両方の信号はＰにおける外乱に応じて同じ位相変化を経験する。したがって、信号が２度目にカプラに戻るとき、各信号は同じ総経路（それぞれ経路Ｘ及び経路Ｙに沿って）を移動した。さらに、各信号は、各信号が点Ｐを通過するたびに経験する外乱によって、同じ累積する位相変化を経験している。したがって、２回目に経路ＸとＹから戻る信号は位相コヒーレントであり、干渉的に混合する。つまり、両方の信号は同相にあり、カプラ１８において建設的に干渉する。これは、外部への行程及び内部への行程のそれぞれで信号により経験される外乱が（動的外乱によるファイバの変位が外部への方向と内部への方向に移動する信号にとって異なるにも関わらず）第１のファイバと第２のファイバの両方にとって同じとなるためである。
【００１７】
しかしながら、第１のファイバ１２と第２のファイバ１４の一方だけが外乱を受け、第１のファイバと第２のファイバの他方が外乱を受けないままであるとすると、経路ＸとＹの一方だけを移動する光は位相外乱を受け、したがってカプラ１８から出力される信号は変化する。この変化した信号は、第１のファイバに配置されるタップ４０で監視できるが、タップは代わりに第２のファイバに配置されてもよい。タップは第１のファイバに沿った異なる位置に設置できるであろうが、信号はファイバ損失のため、カプラの近くにおいて最強である。
【００１８】
光アイソレータ４２は、光源に向かってカプラから戻る光によって光源で発生する不安定性の尤度を低減するために、光源とカプラ１８の間に配置される。光源は、超発光ダイオード等の広帯域光源であることが好ましく、あるいはそれ以外の場合、信号はエルビウムドープファイバ増幅器からの増幅された自然発光に起因するものであってもよい。ファイバにおける望ましくない偏光回転効果を低減するために、偏光コントローラ／スクランブラ４４が第２のファイバで、カプラ１８と、第２のファイバの検知部分１４ａとの間に配置される。
【００１９】
タップ４０は、図３に示されているような信号処理システム２９に接続される。信号処理システムは、光信号を電気信号に変換するために第１の結合段階２８に結合される受光器５１と、該受光器５１から電気信号を受信し、該電気信号をフィルタリングするフィルタ５２と、該フィルタリングされた電気信号を処理する信号処理部５４とを含む。簡略な一実施形態では、該信号処理部はオーディオ増幅器のような増幅器である。代わりに、該信号処理部は以下に概略されるようなデジタルシステムであってもよい。
【００２０】
該フィルタ５２は、外来ノイズを最小限にするために、予想される信号の帯域幅に適合される。それは一般的には約１００ｋＨｚの帯域幅を有する（異なる帯域幅もあり得るが）。信号処理部５４は、例えば、干渉信号にフーリエ変換を実行し、時間に依存した干渉（組み合わせ）信号を、該時間に依存した信号を形成する周波数成分を有するスペクトルに変換することによって、結合段階２８から（フィルタリングされた）干渉信号のスペクトル分析を実行するように構成されている。測定されたスペクトルは、次に既知のスペクトルまたは、ファイバにおける既知の外乱に起因するシグネチャと比較される。このような既知のシグネチャスペクトル（あるいは、このようなシグネチャスペクトルの少なくとも特性周波数成分）は、信号処理部５４の記憶場所５５に記憶される。
【００２１】
測定されるスペクトルを公知のシグネチャスペクトルと比較するには、信号処理部５４のプロセッサ５７によって以下のステップが実行されてもよい。つまり、（ａ）周波数成分があれば、どの周波数成分が閾値を超えているのかを判断する、及び（ｂ）これらの周波数成分が既知のシグネチャスペクトルの特性周波数成分と（許容レベル範囲内で）一致するかどうかを判断する。したがって、測定されたスペクトルごとに、それぞれの比較ステップが、記憶されているシグネチャスペクトルのそれぞれと実行される。シグネチャスペクトルの特性成分だけが記憶場所５５に記憶される場合には、シグネチャスペクトルごとに記憶される情報はそのスペクトルの特性周波数のリストを含むにすぎない可能性がある。次に、プロセッサ５７は測定されるスペクトルの各成分のそれぞれの周波数値をシグネチャスペクトルの周波数値と比較することができる。そして、測定されるスペクトルとシグネチャの間の相関関連の程度を示すスコア値が生成されてもよく、該スコア値が閾値を超えた場合には警報が発行されてもよい。
【００２２】
相関関連の程度を決定するために、以下のステップが実行されてもよい。つまり（ａ）測定されるスペクトルの周波数成分について、シグネチャスペクトルが該測定周波数成分の許容範囲内に周波数成分を有するかどうかを判断し、一致が検出された場合にスコア値カウンタを増分する、（ｂ）閾値を超える、該測定スペクトル内の周波数成分ごとに、そのシグネチャスペクトルに関してステップ（ａ）を繰り返し、一致が検出されるたびに該スコア値カウンタを増分する、及び（ｃ）少なくとも１つのシグネチャスペクトルに関して測定されるスペクトルごとに、該スコア値カウンタの最終値とスコア値を関連付ける。
【００２３】
該記憶場所５５は、シグネチャスペクトルの各周波数成分と関連する振幅値も記憶してもよい。プロセッサ５７は、周波数スペクトルと測定されるスペクトル間の相関関連の程度を決定するときに、対応する成分の振幅だけではなく周波数値の類似性も、スコア値カウンタを増分するときに考慮に入れられる、さらに高度なアルゴリズムを実行してもよい。該記憶場所５５は、好ましくはある時間間隔内に受信される干渉信号を記憶するように構成され、各時間間隔のそれぞれにおいて捕捉された、または、測定されたスペクトルに関して、測定されるスペクトルとシグネチャスペクトル間の比較が実行される。外乱が検出されると、出力５４１で外乱信号を生成することができる。
【００２４】
図１のファイバ１２ｂ、１４ｂの接続部分は、図２（類似する構成要素が類似する数表示を有する）に示されるように複数の伝送ファイバを有する既存のファイバケーブルに接続されてもよい。図２では、監視装置１１０がそれぞれの波長分割カプラ１２０、１４０を介してファイバケーブルリンク３８０のそれぞれのファイバ１２ａ、１４ａに接続されている。第１の波長での光源１６からの検知信号はカプラ１８でコピーに分割され、該コピーはそれぞれの波長分割多重カプラ１２０、１４０によってそれぞれのファイバ１２ａ、１４ａ上に発射する。該検知信号は、該ファイバの端部へ移動した後、該ファイバの各端部のそれぞれの反射体によって該監視装置に向かって戻される。波長分割多重カプラ１２０、１４０に戻ると、該検知信号はそれぞれのファイバ１２、１４から抽出される。したがって、該検知信号は図１の経路ＸとＹに対応する経路に従い、その結果、該検知信号は、外乱が検知されたファイバ１２、１４の両方ではなく一方で引き起こされているかどうかを判断するために使用できる。トラフィック信号は、第１の波長とは異なる第２の波長で、通常の方法で、第１の端末１１２と第２の端末１１４間をファイバ１２ａ、１４ａを介して伝搬できる。監視されているリンク３８０の部分を越えた遠隔点に、下流波長分割多重カプラ１５０、１６０がそれぞれのファイバごとに設けられ、該カプラは検知波長で、監視装置に向かって光を戻すための反射体として動作するように構成されている。
【００２５】
データを傍受するために該ファイバの一方に不法に侵入しようとする盗聴者が、該ファイバのそれぞれを正確に同じ通路で移動させられる可能性は低く、結果的に該検知信号の変化が検出される。逆に、例えばケーブルが地下ケーブルである場合に、地面の振動のためにケーブル３８０が全体として外乱を受けるときには、光監視装置の反応は抑制される、または少なくとも低減され、それによって誤警報のリスクが低減される。
【００２６】
本光学システムはデータを安全に通信するために使用できる。遠隔監視局２００では、データは第２のファイバ１４上に変調される（代わりに、データは第１のファイバ上に変調されてもよい）。好ましくは、データは位相変調器２０２を使用して変調される。ファイバの１本だけに沿った信号が変調されるため、これらの位相変調は外乱の検出と類似した様式で、受信機で検出される。上記の例のそれぞれでは、ファイバ１２と１３がシングルモードファイバであることが好ましい。
【００２７】
上記実施形態から理解されるように、光ファイバ／ケーブルの組は差動共通モード除去外乱センサで利用される。該２本のファイバがお互いに物理的に近くにあるとき、該ファイバは本質的に同じ外乱信号を「見る」ことになる。しかしながら、該ファイバが分離されている、あるいは例えば該ファイバに不法に侵入しようとしている誰かによって個別に外乱を受けたりする場合、該ファイバは異なる信号を見ることになる。該システムは折り畳み（ｆｏｌｄｅｄ）干渉計の機能を果たし、両方のファイバが同じ外乱を「見る」ときにはその出力が最小限に抑えられるように設計されている。この共通モード除去特性は背景雑音の影響を低減するが、一方のファイバが他方のファイバと異なって外乱を受けるときには高い感度を示す。該共通モード動作は、必要とされる度合いで区別を行うために、同じファイババンドル内の、または同じ電線管、ケーブル、サブダクトまたはダクト内の２本のファイバ上で行われ得る。代わりに、２本のファイバは、これらの特定の場所を高感度化するためにジョイントハウジング（ｊｏｉｎｔ ｈｏｕｓｉｎｇ）、フットウェイボックス（ｆｏｏｔｗａｙ ｂｏｘｅｓ）等において分離できるであろう。しかしながら、該ファイバは、該ファイバに不法に侵入しようとする誰かに対して該ファイバ全長に沿って敏感なままである。
【００２８】
ここで差動モード折り畳みマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｅｎｄｅｒ）センサの理論的な動作が、以下の一連の図で概略される。
【００２９】
光源コヒーレンス時間τｃが以下の不等式を満たす・・・
【数１】
【００３０】
したがって、蓄積した伝送損失のために相対的に大きさが低い高次反射項を無視すると、カプラに対する入力時の優勢なコヒーレント項は陰影が付けられた領域で示されている。受信機脚部では、これらは以下になり・・・
【数２】
【数３】
【００３１】
ここでは「Ｓ」は総損失を表すスカラであって、次式で表される。Ｓ＝ＲＡ・ＲＢ・ＲＣ・ｅｘｐ｛−（２ｄ＋４Ｌ）・ｋ｝／４
結果として生じる輝度強度、Ｉ（ｔ）は、
【数４】
【００３２】
により示され、これは以下の式になる。
【数５】
【００３３】
（外乱信号がない特殊ケースの場合）
光源ｘ（ｔ）が静止したランダムプロセスであることも仮定した。
【００３４】
しかしながら、外乱を導入すると、出力は脚部ＡとＢの差動ピックアップ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｉｃｋ−ｕｐ）に依存する。
【数６】
【００３５】
単調な代数演算により、以下の式が得られる。
【数７】
【数８】
【００３６】
ここでは、ｍ’（ｔ）＝ｍＡ（ｔ−ｒ）・ｍＡ（ｔ−２Ｌ＋ｒ）及びｍ”（ｔ）＝ｍＢ（ｔ−ｒ）・ｍＢ（ｔ−２Ｌ＋ｒ）は、それぞれ脚部ＡとＢで誘発される信号である。
【００３７】
結果として生じる輝度強度Ｉ（ｔ）は以下のとおりとなる・・・
【数９】
【００３８】
ここで、近い結合によりｍ’（ｔ）＝ｍ”（ｔ）である場合には、位相の項は相殺され、Ｉ（ｔ）＝０となる。しかしながら、ファイバが分離され、または一方の脚部だけが外乱を受けることによりｍ’（ｔ）≠ｍ”（ｔ）となった場合、出力信号が生じる。
【００３９】
干渉計により生じるインコヒーレント項は、光源のコヒーレンス時間を縮小することによって最小限に抑えることができる低レベルの背景の、自然放射−自然放射のビート雑音（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ−ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｂｅａｔ ｎｏｉｓｅ）を生じさせる。経路Ｘ＋Ｙを複数回移動する高次反射信号は、ファイバ伝送経路及び干渉計における損失に起因して規模が大幅に低減される。
【００４０】
偏光コントローラは、カプラへの入力において経路Ｘ＋Ｙを横断した波動の偏光状態を位置合わせし、コヒーレント混合プロセスを最適化するために位相バイアスを生じさせるために使用される。代わりに、システムの感度は多少劣るが、あらゆる調整が必要な部品を排除するために、偏光コントローラを、ファイバリオ（Ｌｙｏｔ）減極剤(de-polariser)等の偏光スクランブラと置換してもよい。
【００４１】
伝送リンクＬの端部にある鏡は成端されていないファイバコネクタからの単純な端部反射であってもよい。鏡ＡとＢのどちらか、または両方の伝送脚部は、専用ファイバであってもよいし、周知のＷＤＭ技法を用いてデータサービスにわたって波長分割多重化された仮想チャネルであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による光学システムを示す。
【図２】他の光学システムを示す。
【図３】図１及び図２のシステムで使用する信号処理システムの構成要素を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外乱を検知するための光学システムであって、
互いに対して側部を接して配置される第１の導波管部分と第２の導波管部分と、
第１の導波管部分と第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、第１の信号と第２の信号のそれぞれは前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って移動するように、前記第１の導波管部分と第２の導波管部分が光学的に結合されるものと、
結合信号を生じさせるために送信された第１の信号と第２の信号を光学的に結合するための結合手段であって、前記第１の信号と第２の信号が、前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分における外乱を該結合信号から推測できるように互いに関連付けられるものと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記第１の信号と第２の信号はそれぞれ不規則成分を有し、前記第１の信号と第２の信号は、前記不規則成分が前記第１の信号及び第２の信号に共通となるように関連している、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記第１の信号と第２の信号はそれぞれ波形を有し、前記不規則成分は前記それぞれの波形の不規則な位相である、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記第１の信号と第２の信号は互いのコピーである、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項５】
第１の送信信号と第２の送信信号の間に相対時間遅延を課すように構成された遅延段階を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項６】
前記第１の信号と第２の信号は、関連付けられる位相コヒーレンス時間を有し、前記相対時間遅延が信号の位相コヒーレンス時間より大きい、請求項５に記載の光学システム。
【請求項７】
前記相対時間遅延は、前記信号の位相コヒーレンス時間より少なくとも５倍大きい、請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記相対時間遅延は、前記信号の位相コヒーレンス時間より少なくとも１０倍大きい、請求項７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分と一体化して形成されている追加の導波管部分により少なくとも部分的に遅延が課される、請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記光学システムは、共通経路に沿って前記第１の信号及び第２の信号を導くように構成され、これにより前記第１の信号と第２の信号が前記共通経路に沿って互いに反対の向きで移動する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記共通経路は閉じられた経路である、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第１の導波管部分と第２の導波管部分はそれぞれ、光ファイバのそれぞれの部分から形成されている、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記発射手段は光源からの入力信号を前記第１の導波管と第２の導波管に結合するための光カプラ構造を含み、前記第１の信号と第２の信号は前記入力信号から形成される、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記発射手段は、前記カプラ構造と前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれとの間に延びる発射導波管部分を含む、請求項１３に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記発射導波管部分は前記それぞれの第１の導波管部分と第２の導波管部分と一体化して形成されている、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記システムは、使用中、前記光カプラ構造が、それぞれ前記第１の導波管と第２の導波管上で送信される第１の信号と第２の信号を結合するために役立つように構成された、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１７】
反射体構造が前記結合手段に光を戻すために提供される、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１８】
共通のチャネルであって、該共通のチャネルに沿って前記導波管が延びる共通のチャネルを備える、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記チャネルは共通スリーブによって形成される、請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記チャネルは共通電線管によって形成される、請求項１９に記載の光学システム。
【請求項２１】
伝送リンクの第１の導波管部分または第２の導波管部分における外乱を検知するための検知装置であって、前記伝送リンクは、検知システムへの戻り経路を提供するように構成されており、前記検知システムは、
前記第１の導波管部分と前記第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、該第１の信号と第２の信号が互いに関連しているものと、
結合信号を生成するために戻された第１の信号と第２の信号を光学的に結合するための結合手段であって、前記第１の信号と第２の信号が、前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分における外乱を前記結合信号から推測できるように互いに関連するものと、
を含む検知装置。
【請求項２２】
前記リンクは複数の光ファイバを収容する光ケーブルまたは電線管である、請求項２１に記載の検知装置。
【請求項２３】
伝送リンクの第１の導波管部分または第２の導波管部分における外乱を検出する方法であって、前記第１の導波管部分と第２の導波管部分は側部を接して配置され、
第１の信号と第２の信号を前記第１の導波管部分と前記第２の導波管部分上にそれぞれ導入するステップであって、前記第１の信号と第２の信号が互いに関連しているものと、
前記第１の信号と第２の信号のそれぞれが前記第１の導波管部分と第２の導波管部分のそれぞれに沿って移動するように前記第１の信号と第２の信号を導くステップと、
結合信号を生成するために前記第１の信号と第２の信号を結合するステップと、
前記結合信号から外乱の存在を推測するステップと、
を備える方法。
【請求項２４】
前記第１の信号と第２の信号は、前記信号が前記導波管部分に沿って移動する際にオフセットされるように前記第１の信号と第２の信号間の時間的なオフセットを導入するステップを含み、
前記外乱が前記時間的なオフセットより大きいタイムスケールで変化する、請求項２３に記載の外乱を検知する方法。
【請求項２５】
前記外乱は音響外乱である、請求項２３または２４に記載の外乱を検知する方法。
【請求項２６】
第１の導波管が、第２の導波管を基準にして外乱を受けているかどうかを判断する方法であって、
それぞれの組が第１の信号と第２の信号を含む信号コピーの組を生成するステップと、
第１の経路に沿って前記第１の信号を導くステップと、
第２の経路に沿って前記第２の信号を導くステップであって、前記第１の経路と第２の経路がそれぞれ部分的に、前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って延びるものと、
前記第１の経路と第２の経路に沿って移動してきた各組の第１の信号と第２の信号とを結合するステップと、
を含む方法。
【請求項２７】
第２の導波管における外乱を基準にして第１の導波管における外乱を検知するための差動検知システムであって、
第１の信号と第２の信号を生成するための手段であって、前記第１の信号と第２の信号が互いのコピーであるものと、
前記第１の信号を第１の経路に沿って方向付け、及び前記第２の信号を第２の経路に沿って方向付けるための方向付け手段であって、前記第１の経路と第２の経路がそれぞれ部分的に前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って延びる方向付け手段と、
前記第１の経路と第２の経路に沿って移動してきた第１の信号と第２の信号を結合するための結合手段と、
を有するシステム。
【請求項２８】
前記方向付け手段及び前記結合手段は共通してカプラ構造を含む、請求項２７に記載の差動検知システム。
【請求項２９】
前記方向付け手段は反射体構造を含み、前記第１の導波管と第２の導波管はそれぞれ前記反射体構造と前記カプラ装置との間に延びる、請求項２８に記載の差動検知システム。
【請求項１】
外乱を検知するための光学システムであって、
互いに対して側部を接して配置される第１の導波管部分と第２の導波管部分と、
第１の導波管部分と第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、第１の信号と第２の信号のそれぞれは前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って移動するように、前記第１の導波管部分と第２の導波管部分が光学的に結合されるものと、
結合信号を生じさせるために送信された第１の信号と第２の信号を光学的に結合するための結合手段であって、前記第１の信号と第２の信号が、前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分における外乱を該結合信号から推測できるように互いに関連付けられるものと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記第１の信号と第２の信号はそれぞれ不規則成分を有し、前記第１の信号と第２の信号は、前記不規則成分が前記第１の信号及び第２の信号に共通となるように関連している、請求項１に記載の光学システム。
【請求項３】
前記第１の信号と第２の信号はそれぞれ波形を有し、前記不規則成分は前記それぞれの波形の不規則な位相である、請求項２に記載の光学システム。
【請求項４】
前記第１の信号と第２の信号は互いのコピーである、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項５】
第１の送信信号と第２の送信信号の間に相対時間遅延を課すように構成された遅延段階を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項６】
前記第１の信号と第２の信号は、関連付けられる位相コヒーレンス時間を有し、前記相対時間遅延が信号の位相コヒーレンス時間より大きい、請求項５に記載の光学システム。
【請求項７】
前記相対時間遅延は、前記信号の位相コヒーレンス時間より少なくとも５倍大きい、請求項６に記載の光学システム。
【請求項８】
前記相対時間遅延は、前記信号の位相コヒーレンス時間より少なくとも１０倍大きい、請求項７に記載の光学システム。
【請求項９】
前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分と一体化して形成されている追加の導波管部分により少なくとも部分的に遅延が課される、請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１０】
前記光学システムは、共通経路に沿って前記第１の信号及び第２の信号を導くように構成され、これにより前記第１の信号と第２の信号が前記共通経路に沿って互いに反対の向きで移動する、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１１】
前記共通経路は閉じられた経路である、請求項１０に記載の光学システム。
【請求項１２】
前記第１の導波管部分と第２の導波管部分はそれぞれ、光ファイバのそれぞれの部分から形成されている、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１３】
前記発射手段は光源からの入力信号を前記第１の導波管と第２の導波管に結合するための光カプラ構造を含み、前記第１の信号と第２の信号は前記入力信号から形成される、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１４】
前記発射手段は、前記カプラ構造と前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれとの間に延びる発射導波管部分を含む、請求項１３に記載の光学システム。
【請求項１５】
前記発射導波管部分は前記それぞれの第１の導波管部分と第２の導波管部分と一体化して形成されている、請求項１４に記載の光学システム。
【請求項１６】
前記システムは、使用中、前記光カプラ構造が、それぞれ前記第１の導波管と第２の導波管上で送信される第１の信号と第２の信号を結合するために役立つように構成された、請求項１２乃至請求項１５のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１７】
反射体構造が前記結合手段に光を戻すために提供される、請求項１乃至請求項１６のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１８】
共通のチャネルであって、該共通のチャネルに沿って前記導波管が延びる共通のチャネルを備える、請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の光学システム。
【請求項１９】
前記チャネルは共通スリーブによって形成される、請求項１８に記載の光学システム。
【請求項２０】
前記チャネルは共通電線管によって形成される、請求項１９に記載の光学システム。
【請求項２１】
伝送リンクの第１の導波管部分または第２の導波管部分における外乱を検知するための検知装置であって、前記伝送リンクは、検知システムへの戻り経路を提供するように構成されており、前記検知システムは、
前記第１の導波管部分と前記第２の導波管部分上に第１の信号と第２の信号をそれぞれ発射する発射手段であって、該第１の信号と第２の信号が互いに関連しているものと、
結合信号を生成するために戻された第１の信号と第２の信号を光学的に結合するための結合手段であって、前記第１の信号と第２の信号が、前記第１の導波管部分または前記第２の導波管部分における外乱を前記結合信号から推測できるように互いに関連するものと、
を含む検知装置。
【請求項２２】
前記リンクは複数の光ファイバを収容する光ケーブルまたは電線管である、請求項２１に記載の検知装置。
【請求項２３】
伝送リンクの第１の導波管部分または第２の導波管部分における外乱を検出する方法であって、前記第１の導波管部分と第２の導波管部分は側部を接して配置され、
第１の信号と第２の信号を前記第１の導波管部分と前記第２の導波管部分上にそれぞれ導入するステップであって、前記第１の信号と第２の信号が互いに関連しているものと、
前記第１の信号と第２の信号のそれぞれが前記第１の導波管部分と第２の導波管部分のそれぞれに沿って移動するように前記第１の信号と第２の信号を導くステップと、
結合信号を生成するために前記第１の信号と第２の信号を結合するステップと、
前記結合信号から外乱の存在を推測するステップと、
を備える方法。
【請求項２４】
前記第１の信号と第２の信号は、前記信号が前記導波管部分に沿って移動する際にオフセットされるように前記第１の信号と第２の信号間の時間的なオフセットを導入するステップを含み、
前記外乱が前記時間的なオフセットより大きいタイムスケールで変化する、請求項２３に記載の外乱を検知する方法。
【請求項２５】
前記外乱は音響外乱である、請求項２３または２４に記載の外乱を検知する方法。
【請求項２６】
第１の導波管が、第２の導波管を基準にして外乱を受けているかどうかを判断する方法であって、
それぞれの組が第１の信号と第２の信号を含む信号コピーの組を生成するステップと、
第１の経路に沿って前記第１の信号を導くステップと、
第２の経路に沿って前記第２の信号を導くステップであって、前記第１の経路と第２の経路がそれぞれ部分的に、前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って延びるものと、
前記第１の経路と第２の経路に沿って移動してきた各組の第１の信号と第２の信号とを結合するステップと、
を含む方法。
【請求項２７】
第２の導波管における外乱を基準にして第１の導波管における外乱を検知するための差動検知システムであって、
第１の信号と第２の信号を生成するための手段であって、前記第１の信号と第２の信号が互いのコピーであるものと、
前記第１の信号を第１の経路に沿って方向付け、及び前記第２の信号を第２の経路に沿って方向付けるための方向付け手段であって、前記第１の経路と第２の経路がそれぞれ部分的に前記第１の導波管と第２の導波管のそれぞれに沿って延びる方向付け手段と、
前記第１の経路と第２の経路に沿って移動してきた第１の信号と第２の信号を結合するための結合手段と、
を有するシステム。
【請求項２８】
前記方向付け手段及び前記結合手段は共通してカプラ構造を含む、請求項２７に記載の差動検知システム。
【請求項２９】
前記方向付け手段は反射体構造を含み、前記第１の導波管と第２の導波管はそれぞれ前記反射体構造と前記カプラ装置との間に延びる、請求項２８に記載の差動検知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公表番号】特表２００８−５２４５７３（Ｐ２００８−５２４５７３Ａ）
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４６１８９（Ｐ２００７−５４６１８９）
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００４８７３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６４２５８
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（３９００２８５８７）ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー (104)
【氏名又は名称原語表記】ＢＲＩＴＩＳＨ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１６日（２００５．１２．１６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００４８７３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６４２５８
【国際公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【出願人】（３９００２８５８７）ブリティッシュ・テレコミュニケーションズ・パブリック・リミテッド・カンパニー (104)
【氏名又は名称原語表記】ＢＲＩＴＩＳＨ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ ＰＵＢＬＩＣ ＬＩＭＩＴＥＤ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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