JP5202485B2 - 光線路反射分布測定方法と装置及び光線路設備監視システム - Google Patents
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OTDRでは、パルス幅で決まる距離分解能で測定するために、それに相当する時間分解能で測定しなければならない。前述のw = 1[ns]の例では、1/w = 1[GHz]のサンプリング周波数で測定しなければならず、距離分解能を上げようとすると、それに比例して、受信するフォトディテクタの帯域とサンプリング周波数が大きくなってしまう。このため、現在一般的な受光系の帯域やサンプリング周波数が1[GHz]程度であるので、距離分解能は1[ns]パルスの10[cm]が限界となる。
(1)光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐し、該2分岐したレーザ光をそれぞれパルス変調し、パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波し、該合波した光信号をコヒーレント検波し、該検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める光線路反射分布測定方法であって、前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返すこととし、前記測定の手順として、前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定する態様とする。
(3)光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐する分岐手段と、前記分岐手段で2分岐されたレーザ光をそれぞれパルス変調するパルス変調手段と、前記パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波する合波手段と、前記合波した光信号をコヒーレント検波する検波手段と、前記検波手段で検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める波形算出手段と、前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返す解析手段とを具備し、前記解析手段は、前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定する態様とする。
(5)光線路に入射された光を光反射部で反射させ、その反射光を測定し光線路反射分布測定装置によって反射分布を解析することにより、当該光線路上の設備を識別せしめる光線路設備監視システムにおいて、前記光線路内の識別すべき位置に、特定波長の入射光を反射させる光反射部を設置し、1つの光反射部から複数の光反射波を起こし、光反射波の有無によって符号化することで、光反射部に光線路上の設備の識別情報を埋め込んでおき、前記光線路反射分布測定装置として、(2)の構成、すなわち、光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐する分岐手段と、前記分岐手段で2分岐されたレーザ光をそれぞれパルス変調するパルス変調手段と、前記パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波する合波手段と、前記合波した光信号をコヒーレント検波する検波手段と、前記検波手段で検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める波形算出手段と、前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返す解析手段とを具備し、前記解析手段は、前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定するようにし、さらに、前記試験光と参照光の合波させる際に、合波した信号を位相がπ/2ずれた2チャンネルに分離してそれぞれを2回測定し、一方のチャンネルには前記反射光のみに前記レーザ光のコヒーレンス時間以内の遅延を与えて前記反射波形の光振幅と位相を同時に測定し、前記反射波形の光振幅と位相の測定結果波形から、前記反射波形が存在する部分を抽出し、前記反射波形から抽出した部分の光振幅と位相をまとめてフーリエ変換して周波数領域のデータに変換し、前記変換したデータの位相部分から、前記被測定線路の波長分散と反射位置によって決まる試験パルスと反射光の光線路通過時間に対応した位相変化量を引くことによって波長分散による位相の変化を打ち消し、その位相変化を引いた周波数領域の反射波形データを逆フーリエ変換して時間領域の反射波形に戻し、波長分散による位相変化を打ち消したことによって前記試験光パルスの広がりを補償することで、前記光線路上の設備情報を識別する態様とする。
(7)(5)の構成において、前記線路上には、予め設置される位置に環境に関する情報を埋め込んだ反射部を設置しておき、前記光線路反射分布測定の測定により前記光線路上の環境情報を監視する態様とする。
(第1の実施形態)
図1は本発明に係る光線路特性測定方法を利用した測定装置の第1の実施形態を示すブロック図である。図1において、レーザ光発生器1の後段に光カプラ4−1を接続して、光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐する。両分岐線路において、外部の周期パルス発生器2−1、2−2で発生されるパルス信号を入力させたEA変調器又はLN変調器などの強度変調器3−1、3−2を用いて、伝送光のパルス化を行う。2つのパルス光のうち、一方の光を被測定光ファイバ7へ入射する試験光として、他方のパルス光を参照光とする。
上記構成において、以下、図2及び図3を参照してその処理動作について説明する。
まず、上記被測定光ファイバ7では、入射パルス列の周期をT、ファイバ長をL、ファイバ中の光速をVとすると、[2L/VT]個の反射分布波形がTずつずれて重ね合わされた波形が反射されることになる。ここで、[a]は、aを超える最小の整数を表す。この複数のパルスによる反射波形の重なりの様子を図2に示す。図2において、(a)はファイバ全体の反射分布波形を示し、(b)は(a)に示す波形が試験パルス周期Tずつずれるようすを示している。上記構成による測定装置は、重ね合わされた波形を参照光のパルス列と合波して、参照光パルス列によるサンプリング周波数の周波数帯域まで周波数帯域を落として測定する。
測定波形と分割波形をそれぞれ図3(a)、(b)に示し、測定波形の測定方法について述べる。
ここで、Δznは、AD変換によるサンプリング分解能を被測定光ファイバ7の距離で表したもので、パルスによる距離分解能Δzと同程度である。測定分解能は、ΔzとΔznのいずれかの大きい方で制限されることになる。
もし、測定波形上に、ファイバ内の2か所の反射が重なった場合を考える。これは、(5)式より、その2か所の反射の間の距離が入射パルス列周期の整数倍になった場合である。この場合は、2回測定すればその2つの反射は(9)式か(12)式のMが異なることになるので、2回目の測定では反射が2つに分離される。したがって、測定波形上で反射波形が重なることは問題にならない。
図4は、解析部8において、上記の一連の測定を実行するための処理の流れを示すフローチャートである。図4において、まずステップS11では、試験パルス周波数F、参照パルス列周波数F-Δfで1回測定(1回目)を行い、測定波形上の反射の位置zn1を記録する。このときのAD変換のサンプリング周波数はF-Δf、分割波形の周期T1は1/Fとなる。
ステップS14では、ステップS13の計算で求めた分割波形の番号Mと(13)式を用いて、反射の存在する位置zを計算する。
(第2の実施形態)
上記の実施形態以外の測定結果の1点のデータは、入射する試験光パルスの幅に対応した長さの反射光が含まれる。したがって、例えば、第1の実施形態のように1[ps]のサンプリング間隔を実施する場合、入射するパルスの幅を1[ps]以下にする必要がある。
図5は第1の実施形態の構成をベースとして、分散を補償して測定する場合の本発明に係る第2の実施形態の装置構成を示すブロック図である。尚、図5において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分を中心に説明する。
FFT処理した波形の位置(zであれば、往復で2z)を用いて、周波数領域のデータの位相項から(22)式の位相項の分を引いて、逆高速フーリエ変換によって時間領域のデータに変換すれば、波長分散の影響を補償することができる。このようにして、1[ns]以下の短いパルスと波長分散による反射波形の広がりを補償することができるため、波長分散を考慮せずに、パルス幅を細くして反射波形分布測定の分解能をあげることができる。
(第3の実施形態)
図7は本発明に係る光線路特性測定を利用した測定装置の第3の実施形態を示すブロック図である。図7において、20は本発明による光線路反射分布測定器、211〜21Nは光伝送路(第1または第2の実施形態の被測定光ファイバ7による光線路に相当)21上の任意の箇所において、識別符号のビットに合わせてファイバに切り込みを入れるなどの加工を施すことで反射構造を形成してなる反射部である。
例えば、上記実施形態では、反射部にて設備情報を埋め込む場合について説明したが、例えば予め設置位置に環境に関する情報を埋め込んだ反射部を設置しておき、前記光線路反射分布測定の測定により前記光線路上の環境情報を監視するようにしてもよい。
Claims (7)
- 光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐し、該2分岐したレーザ光をそれぞれパルス変調し、パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波し、該合波した光信号をコヒーレント検波し、該検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める光線路反射分布測定方法であって、
前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返すこととし、
前記測定の手順として、
前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、
次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、
2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定することを特徴とする光線路反射分布測定方法。 - 前記試験光と参照光の合波させる際に、合波した信号を位相がπ/2ずれた2チャンネルに分離してそれぞれを2回測定し、
一方のチャンネルには前記反射光のみに前記レーザ光のコヒーレンス時間以内の遅延を与えて前記反射波形の光振幅と位相を同時に測定し、
前記反射波形の光振幅と位相の測定結果波形から、前記反射波形が存在する部分を抽出し、
前記反射波形から抽出した部分の光振幅と位相をまとめてフーリエ変換して周波数領域のデータに変換し、
前記変換したデータの位相部分から、前記被測定線路の波長分散と反射位置によって決まる試験パルスと反射光の光線路通過時間に対応した位相変化量を引くことによって波長分散による位相の変化を打ち消し、
その位相変化を引いた周波数領域の反射波形データを逆フーリエ変換して時間領域の反射波形に戻し、波長分散による位相変化を打ち消したことによって前記試験光パルスの広がりを補償することを特徴とする請求項1記載の光線路反射分布測定方法。 - 光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐する分岐手段と、
前記分岐手段で2分岐されたレーザ光をそれぞれパルス変調するパルス変調手段と、
前記パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波する合波手段と、
前記合波した光信号をコヒーレント検波する検波手段と、
前記検波手段で検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める波形算出手段と、
前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返す解析手段とを具備し、
前記解析手段は、
前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、
次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、
2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定することを特徴とする光線路反射分布測定装置。 - 前記解析手段は、
前記試験光と参照光の合波させる際に、合波した信号を位相がπ/2ずれた2チャンネルに分離してそれぞれを2回測定し、
一方のチャンネルには前記反射光のみに前記レーザ光のコヒーレンス時間以内の遅延を与えて前記反射波形の光振幅と位相を同時に測定し、
前記反射波形の光振幅と位相の測定結果波形から、前記反射波形が存在する部分を抽出し、
前記反射波形から抽出した部分の光振幅と位相をまとめてフーリエ変換して周波数領域のデータに変換し、
前記変換したデータの位相部分から、前記被測定線路の波長分散と反射位置によって決まる試験パルスと反射光の光線路通過時間に対応した位相変化量を引くことによって波長分散による位相の変化を打ち消し、
その位相変化を引いた周波数領域の反射波形データを逆フーリエ変換して時間領域の反射波形に戻し、波長分散による位相変化を打ち消したことによって前記試験光パルスの広がりを補償することを特徴とする請求項3記載の光線路反射分布測定装置。 - 光線路に入射された光を光反射部で反射させ、その反射光を測定し光線路反射分布測定装置によって反射分布を解析することにより、当該光線路上の設備を識別せしめる光線路設備監視システムにおいて、
前記光線路内の識別すべき位置に、特定波長の入射光を反射させる光反射部を設置し、1つの光反射部から複数の光反射波を起こし、光反射波の有無によって符号化することで、光反射部に光線路上の設備の識別情報を埋め込んでおき、
前記光線路反射分布測定装置は、
光伝送路に入射されたレーザ光を2分岐する分岐手段と、
前記分岐手段で2分岐されたレーザ光をそれぞれパルス変調するパルス変調手段と、
前記パルス変調された一方のパルス光を試験光として被測定光線路に入射し、パルス変調された他方のパルス光を参照光として前記被測定光線路からの反射光に合波する合波手段と、
前記合波した光信号をコヒーレント検波する検波手段と、
前記検波手段で検波された信号を用いてサンプリングよるOTDR(Optical Time Domain Reflectometry:光時間領域反射率測定)波形を求める波形算出手段と、
前記被測定光線路からの反射光の帯域を前記参照光のパルス列の周波数に落とし、前記参照光パルス列の周期を、前記試験光パルスの送出周期の周波数からずらすことにより、前記反射光と参照光パルスが合波されるタイミングを、試験光パルスごとにずらしながら、測定を繰り返す解析手段とを具備し、
前記解析手段は、
前記被測定光ファイバ全体の反射波形として、前記試験光パルスの送出周期の時間に対応する長さに分けた反射光分布の重ね合わせ波形を測定し、
次に、前記試験光パルスの送出周期と前記参照光パルスの送出周期をずらし、前記重ね合わせ波形の周期をずらすことで反射位置をずらし、
2種類の重ね合わせ波形での反射位置のずれから、反射が存在する位置を特定することによって反射光分布を測定するものであって、
前記試験光と参照光の合波させる際に、合波した信号を位相がπ/2ずれた2チャンネルに分離してそれぞれを2回測定し、
一方のチャンネルには前記反射光のみに前記レーザ光のコヒーレンス時間以内の遅延を与えて前記反射波形の光振幅と位相を同時に測定し、
前記反射波形の光振幅と位相の測定結果波形から、前記反射波形が存在する部分を抽出し、
前記反射波形から抽出した部分の光振幅と位相をまとめてフーリエ変換して周波数領域のデータに変換し、
前記変換したデータの位相部分から、前記被測定線路の波長分散と反射位置によって決まる試験パルスと反射光の光線路通過時間に対応した位相変化量を引くことによって波長分散による位相の変化を打ち消し、
その位相変化を引いた周波数領域の反射波形データを逆フーリエ変換して時間領域の反射波形に戻し、波長分散による位相変化を打ち消したことによって前記試験光パルスの広がりを補償することで、前記光線路上の設備情報を識別することを特徴とする光線路設備監視システム。 - 前記反射部の符号は、1ビット目が必ず反射を起こすように符号化することを特徴とする請求項5記載の光線路設備監視システム。
- 前記線路上には、予め設置される位置に環境に関する情報を埋め込んだ反射部を設置しておき、前記光線路反射分布測定の測定により前記光線路上の環境情報を監視することを特徴とする請求項5記載の光線路設備監視システム。
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