JP6218142B2

JP6218142B2 - 分岐光線路の特性解析装置及び特性解析方法

Info

Publication number: JP6218142B2
Application number: JP2014139075A
Authority: JP
Inventors: 央高橋; 伊藤　文彦; 文彦伊藤; 千尋鬼頭; 和夫保立
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; University of Tokyo NUC
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; University of Tokyo NUC
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: JP2016017774A

Description

本発明は、光ファイバの損失分布を測定可能な分岐光線路の特性解析装置及び特性解析方法に関する。

光ファイバなどの光線路を使用する光通信システムでは、光線路の故障を検出し、または、故障位置を特定するために光パルス線路監視装置が用いられる。光パルス線路監視装置は、光が光線路内を伝搬するに伴い、その光と同じ波長の後方散乱光が生じて逆方向に伝搬することを利用する。すなわち、光線路に試験光として光パルスを入射すると、この光パルスが破断点に到達するまで後方散乱光を発生し続け、試験光と同じ波長の戻り光が光パルスを入射した光線路の端面から出射される。この後方散乱光の継続時間を測定することにより、光線路の破断位置を特定することが可能となり、この後方散乱強度を測定することにより光ファイバの損失を測定することができる。この原理に基づく監視装置としては、OTDR（Optical Time Domain Reflectometer）が代表的である。

しかしながら、PON（Passive Optical Network）型の光分岐線路については、OTDRで光スプリッタからユーザ装置側に位置する分岐光ファイバに対して、あるいは光デバイス（反射型フィルタ）、スプリッタやファイバ接続部品など光線路に接続されている光装置の状態に対して、個別に損失及び破断位置を測定することは困難である。すなわち、通信事業者設備ビルから敷設されている幹線光ファイバが光スプリッタにより複数の光ファイバに分岐されるため、試験光も光スプリッタによる複数の光ファイバに分岐され、光スプリッタによる分岐後の各光ファイバ（以下、「分岐下部光ファイバ」）に一様に分配される。その後、各光ファイバ心線からの戻り光が入射端に戻る際、光スプリッタで重なり合ってしまう。このため、入射端で観測される後方散乱光強度の時間波形(OTDR波形)からは、どの分岐光ファイバに故障が生じているかを判別できなくなる。このように既存のOTDRは基本的に1本の光線路に対してのみ有効であり、光分岐線路に対しては、そのまま適用することはできない。

そこで、光分岐線路に対する光線路監視装置の適用を可能とするための技術が提案されている（非特許文献１、特許文献１、非特許文献２、非特許文献３）。

非特許文献1では、試験光を反射する光フィルタをターミネーションフィルタとしてユーザ装置の手前に設置し、各ユーザからの反射光の強度を高分解能なOTDR装置により測定するというものであり、この測定によれば、光スプリッタより下流の分岐光ファイバにおける距離分解能として2mの精度を得られることが報告されている。しかしながら、この技術では故障心線の特定と、ユーザ装置か光線路のどちらが故障しているかといった故障位置の切り分けが可能であるにとどまっており、分岐下部光ファイバのどの位置で故障が発生しているかを特定することができない。

特許文献１では、光スプリッタとして、光の多光束干渉を利用するアレイ導波路回折格子型波長合分波器を用い、波長可変光源により試験光の波長を切り替えて被試験光線路を選択するという提案がなされている。波長可変光源の波長を掃引し、反射光の波長を光反射処理部で検出し、その波長を基準に試験光の波長を設定することで試験光の波長に対応付けて各光線路の個別監視を実現することができる。しかしながら、アレイ導波路回折格子型波長合分波器に代表される、波長ルーティング機能を持つ光分岐装置は一般的に高価であり、多くの加入者を収容するアクセス系光システムに用いることはコスト面で難しい。更には、このような光部品は温度依存性が大きく、温度調整機能を付加する必要もあるため、システムを構築する際に必要となるコストが高くなり好ましくない。

非特許文献２では、ポンプ光パルスとプローブ光パルスの二つの試験光パルスを入射し、両試験光の衝突位置でのブリルアン利得を解析することにより、分岐下部光ファイバ個別の損失分布を得るという提案がなされている。しかしながら、パルス法を用いたブリルアン利得解析は、分岐ファイバ識別分解能１ｍ以下である。これは、パルス法において、パルス幅がブリルアン散乱のフォノン寿命(〜１ｍ)より狭いときに感度が著しく劣化するためである。特許文献２に記載の手法は、試験光のパルス幅以上の分岐ファイバ長差がないと測定できない。そのため、集合住宅などの隣同士が近く、分岐ファイバ長差が１ｍ以下の場合には測定できない。

非特許文献３では、非特許文献２に対して、正弦波の周波数変調をしたポンプ光とプローブ光を入射し、両試験光の光相関が最大となる位置でのブリルアン利得を解析することにより、分岐下部光ファイバ個別の損失分布を得る手法の提案がなされている。しかしながら、正弦波などの一周期内に同じ周波数の値を持つ周波数変調を用いた、光相関法によるブリルアン利得解析では、ポンプ光とプローブ光の光相関が最大となる位置の近傍以外でもブリルアン利得を同時に得てしまう。そのため、得られたブリルアン利得の強度から光ファイバの損失を正確に得ることは困難である。

さらに、非特許文献２及び非特許文献３では、被測定ファイバの温度や歪及びファイバパラメータの異なるファイバが接続された場合、ポンプ光とプローブ光の光周波数差を変更しながら測定を繰り返すことでブリルアン利得強度を取得する。そのため、ポンプ光とプローブ光の光周波数を変更した回数だけ測定時間が倍増してしまう。

特開平７-８７０１７号公報

Y. Enomoto et al., "Over 31.5dB dynamic range optical fiber line testing system with optical fiber fault isolation function 32dB-branched PON", OFC2003 Technical Digest, paper ThAA3(2003), pp. 608-610 H. takahashi et al., "Individual fault location in PON using pulsed pump-probe Brillouin analysis", Electronics letters, vol.47, pp.1384-1385(2011). H. Takahashi et al., "Correlation-based End-reflection-assisted Brillouin Analysis for Discriminating Small Branch Length Difference," OFC 2014, Tu3C.6(2014).

そこで、PON型の光分岐線路において、光スプリッタからユーザ装置側の分岐下部光ファイバ、および装置（光スプリッタなどの光デバイス）を監視するにあたり、新たに光デバイスや光線路構成を変更することなく（既設設備を変更することによりコストをかけることなく）、所外既設設備（同一特性の分岐光ファイバと同一波長光反射フィルタ）を使用するのみで、光線路特性を個別に測定ことを可能とし、分岐ファイバ長差が１ｍ以下の短い場合でも光ファイバの損失分布を正確に測定可能な技術が求められている。

本発明の目的は、現在のＰＯＮ型光線路を取り替えることなく、光スプリッタ下部側における個別の分岐光ファイバの損失分布を精密に測定し得る分岐光線路の特性解析装置及び特性解析方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一観点は、被測定光線路の基幹光ファイバの一方端を複数系統に分岐する光分岐器の分岐端部それぞれに一端が接続され、他端にそれぞれ試験光を反射する光反射フィルタを備えた複数の分岐光線路の損失分布を解析する分岐光線路の特性解析装置であって、それぞれ第１の周波数を有する第１試験光、第２試験光及びローカル光を光符号化する符号化手段と、前記符号化手段により光符号化された第１試験光、第２試験光及びローカル光を出力する光源モジュールと、前記光源モジュールから出力される第１試験光とローカル光を、前記第１の周波数から第２の周波数へ周波数変換する光周波数変更手段と、第１または第２試験光のみをパルス化する光パルス化手段と、前記光パルス化手段から出力される前記第１試験光と前記第２試験光を合波する第１の合波素子と、前記第１の合波素子で合波した第１及び第２試験光を前記被測定光線路の基幹光ファイバに入射し、当該基幹光ファイバの入射端から出射される戻り光を抽出する光サーキュレータと、前記戻り光から誘導ブリルアン後方散乱光を抽出する光フィルタと、前記光フィルタの出力光と前記光周波数変更手段から出力されるローカル光を合波する第２の合波素子と、前記第２の合波素子の出力光を受光して電気信号に変換する光受信器と、前記電気信号から前記誘導ブリルアン散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する演算処理装置とを具備し、前記演算処理装置は、前記符号化手段で生成される前記第１試験光及び前記第２試験光及び前記ローカル光の符号を変化させつつ、前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定する。

また、本発明の一観点は、被測定光線路の基幹光ファイバの一方端を複数系統に分岐する光分岐器の分岐端部それぞれに一端が接続され、他端にそれぞれ試験光を反射する光反射フィルタを備えた複数の分岐光線路の損失分布を解析する分岐光線路の特性解析方法であって、それぞれ第１の周波数を有する第１試験光、第２試験光及びローカル光を光符号化する第１の工程と、光符号化された第１試験光とローカル光を、前記第１の周波数から第２の周波数へ周波数変換する第２の工程と、前記第１または第２試験光のみをパルス化する第３の工程と、パルス化された前記第１試験光と前記第２試験光を合波して前記被測定光線路の基幹光ファイバに入射し、当該基幹光ファイバの入射端から出射される戻り光を抽出する第４の工程と、前記戻り光から誘導ブリルアン後方散乱光を抽出する第５の工程と、前記誘導ブリルアン後方散乱光と、周波数変換されたローカル光を合波して電気信号に変換する第６の工程と、前記電気信号から前記誘導ブリルアン散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する第７の工程とを含み、前記第７の工程は、前記第１の工程で生成される前記第１試験光及び前記第２試験光及び前記ローカル光の符号を変化させつつ、前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定する。

本発明によれば、光スプリッタ下部側における個別の分岐光ファイバの特性分布を取得するために、分岐光ファイバ長が異なることと分岐光ファイバ終端に試験光波長を反射する光反射フィルタを備えていればよいため、現在のPON型光線路を一切取り替えることなく低コストで精密に測定可能であり、必要となる分岐光ファイバ長が１ｍ以下の場合でも、ブリルアン周波数シフトが異なる被測定ファイバであっても正確な損失分布を測定可能な分岐光線路の特性解析装置及び特性解析方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る分岐光線路の特性解析装置の構成を示すブロック図。同実施形態の光符号化手段の注入電流の一例を示す図。同実施形態における損失分布を示す図。同実施形態におけるブリルアンプロファイルを示す図。

以下、図面を用いて本発明の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る分岐光線路の特性解析装置の構成を示す図である。図１に示す分岐光線路の特性解析装置は、第一試験光が被測定ファイバ中で受けたブリルアン利得の特性分布を求めることができるものである。

光源１１から出力された連続光は分岐素子１２により分岐され、この分岐された光の一方を第一試験光(プローブ光)、他方を第二試験光(ポンプ光)とする。第一試験光は、光周波数変更手段１３により光周波数をf_Bだけ変化される。光周波数変更手段１３は、具体的には駆動する正弦波発生器１４からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、LiNbO₃を用いた位相変調器、振幅変調器やSSB変調器でよい。

光周波数変更手段１３の出力光は、分岐素子１５を介して光パルス化手段１６に供給されて、パルス化される。一方、分岐素子１２により分岐された第二試験光は、光遅延手段１７を介して光パルス化手段１８に供給されて、パルス化される。この光パルス化手段１８の出力光は、光増幅器１９で増幅された後、合波素子２０に供給される。

合波素子２０により合波された第一試験光と第二試験光は、光サーキュレータ２１を通過して被測定ファイバ２２に入射される。被測定ファイバ２２は、光分岐器となる光スプリッタ２２１と、光スプリッタ２２１の分岐端部にそれぞれ一端が接続される分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）と分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）終端に設置された光反射フィルタ２２３（＃１）〜２２３（＃Ｎ）により構成される。被測定ファイバ２２の基幹光ファイバの一方端は、光スプリッタ２２１に接続される。

光スプリッタ２２１でＮ分岐された第一試験光と第二試験光は、分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）中でインタラクションし、誘導ブリルアン散乱の後方散乱光が発生する。この誘導ブリルアン後方散乱光と第一試験光と第二試験光は光サーキュレータ２１に入力され、光フィルタ２３により誘導ブリルアン後方散乱光のみが出力され、第一試験光を分岐素子１５で分岐したローカル光と合波素子２４で合波されて光受信器２５で受信される。光受信器２５からの出力電流は、演算処理装置２６に入力される。

第一試験光、第二試験光、ローカル光ともに、光符号化手段２７により符号化する。光符号化手段２７は具体的には、レーザの注入電流を任意波形変調した光源で構成される。ここで、光符号化手段２７は第一試験光及び第二試験光及びローカル光を符号化する任意波形を、図２のように、時間的に連続で出力する。この連続光は、光パルス化手段１６，１８により時間分割される。これにより、符号化した第一試験光及び第二試験光及びローカル光の発生を１台の光源１１で生成可能となる。

このとき、光源１１から出力される光は、第一試験光及び第二試験光及びローカル光が連続することになる。この出力光は、光パルス化手段１６，１８により、符号化した第一試験光のみ、または符号化した第二試験光のみにパルス化されることで、第一試験光と第二試験光とが生成される。

光遅延手段１７は、第一試験光と第二試験光の入射時間差を調整する手段である。入射時間差を調整された第一試験光及び第二試験光は、合波素子２０により合波され、光サーキュレータ２１を通過して被測定ファイバ２２に入射される。ここで、光遅延手段１７は、第一試験光と第二試験光の被測定ファイバ２２に入射する時間差をゼロにできればよく、光ファイバ自体でもよい。

演算処理装置２６では入力された電流値に対して下記で説明する分岐ファイバ情報の分離方法、ブリルアン利得解析方法、分布測定方法の演算処理を行い、図３に示すような距離に対する損失分布を求める。図３において、縦軸は分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）における損失（ｄＢ）を示し、横軸は分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）における距離を示す。

次に上述した本実施形態の光線路特性解析装置の動作について説明する。光周波数変更手段１３、光符号化手段２７、光受信器２５、被測定ファイバ２２には次の条件を満足する必要がある。

(条件１) 第一試験光を符号化する光符号化手段２７の符号φ_n(t)と第二試験光を符号化する光符号化手段２７の符号ψ_n(t)は、所望の位置zにおいて常に周波数差f₁が一定であり、それ以外の位置において周波数差が常にf₁と等しくないこと。

(条件２) 光周波数変更手段１３による周波数シフトは、被測定ファイバ２２に想定されるブリルアン周波数シフトf_Bと条件１記載の符号間周波数差f₁の差周波数に近しい値であればよい。

(条件３) 第一試験光及び第二試験光を符号化する光符号化手段２７の周波数変更幅ΔFは、被測定ファイバ２２のブリルアン周波数シフトの変化幅Δf_Bより十分大きいこと。

(条件４) 第一試験光を符号化する光符号化手段２７の符号φ_n(t)とローカル光を符号化する光符号化手段２７の符号θ_n(t)は、所望の時刻tにおいて相関が最大であり、それ以外の時刻において相関が十分低いこと。

(条件５) 分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）の最小のファイバ長差が、分岐ファイバ識別分解能ΔL以上であること。
(条件６) 光受信器２５の帯域は、(条件１)の周波数差f₁を受光可能な帯域であること。

ここで、条件１〜６は次のような意味を持っている。
条件１は、任意の位置zのみでブリルアン利得情報を取得するための条件である。条件１は、正弦波などの一周期内に同じ周波数の値を持つ周波数変調ではなく、単調に増加または減少する周波数変調である。

光符号化手段２７の符号特性が上記の場合、被測定ファイバ２２中の任意の位置zの近傍の位置z₁において、条件２と合わせることで、第一試験光と第二試験光の周波数差が常にブリルアン周波数シフトと等しくなるため、符号長に渡ってブリルアン増幅を受ける。それ以外の位置では第一試験光と第二試験光の周波数差はブリルアン周波数シフトと常に等しくないため、ブリルアン増幅を受けない。そのため、第一試験光の符号長に渡って積分することで所望の位置zまたはzの近傍(本実施形態の(ii)参照)のブリルアン利得を取得可能である。

条件２は、第二試験光により第一試験光がブリルアン増幅を受けるために必要となる条件である。

条件３は、被測定ファイバ２２のブリルアン周波数シフトが変化してもブリルアン利得を得るために必要となる条件である。

条件４および条件５は、分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）個別の損失情報を取得するために必要な条件である。

光符号化手段２７の符号特性が上記の場合、分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）終端で反射されて戻ってきた第一試験光を、符号θ_n(t)で変調したローカル光と符号長に渡って相関をとることで、例えば所望の分岐光ファイバ２２２（＃３）から戻ってきた第一試験光の強度を得ることが可能となる。

条件６は、光符号を精確に測定するために必要な条件である。
この条件を満足する場合の本発明を用いた分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）の特性解析方法を示す。

波長の異なる二つの試験光（第一試験光、第二試験光）を用い、第一試験光はプローブ光であり、光周波数f₀-f_Bとし、第二試験光はポンプ光であり、光周波数f₀とする。ここで、f₀はポンプ光の光周波数、f_Bは被測定ファイバ２２に想定されるブリルアン後方散乱による光周波数シフト量とする。

符号化した第一試験光と符号化した第二試験光を被測定ファイバ２２に入射する。例えば、線形に周波数変調した第一試験光と第二試験光を考える。
第一試験光と第二試験光は、光スプリッタ２２１によりＮ分岐される。

プローブ光とポンプ光によるブリルアン利得解析方法
第一試験光(プローブ光)と第二試験光(ポンプ光)の線形周波数変調の始点周波数がf_Bだけ差があり、周波数変化幅ΔFが被測定ファイバ２２に想定されるブリルアン周波数シフトより大きい場合、第一試験光と第二試験光が対向伝搬すると、ブリルアン散乱が発生し、第一試験光は式(1)で表される増幅を受ける。

ここで、α_B(z,f)は入射端からzの位置でインタラクションし、ブリルアン周波数差fのときの誘導ブリルアンによる利得、g_B(f)はブリルアン周波数シフトfの場合の誘導ブリルアン散乱係数、z₁は分岐光ファイバ入射端からプローブ光とポンプ光がインタラクションした位置までの距離、ΔLは符号化したポンプ光と符号化したプローブ光の相互相関長、I_pump(z)は分岐光ファイバ入射端から距離zだけ離れた位置におけるポンプ光の強度である。分岐光ファイバ心線２２２（#i）の損失係数をα_i、分岐光ファイバ心線２２２（#i）を往復する場合の全損失を2L_iとすると、終端の光反射フィルタ２２３（#i）で反射された後、入射端から距離z₁の位置の近傍でのみポンプ光とインタラクションする。分岐光ファイバ入射端でのプローブ光の強度I_probe(2L_i,z)は、式(2)で表される。

式（2）より、分岐光ファイバ入射端での第一試験光の強度I_probe(2L_i,z₁,f)は、g_B(f)とI_pump(z)の関数となる。

ここで、I_pump(z)は、式(3)で表される。

また、プローブ光のみを入射した場合の入射端へ戻ってくる反射プローブ光強度I_ref(2L_i)は、式(4)で表される。

よって、式(2)は、式(3)及び式(4)を用いると式(5)として表される。

上記（5）式より、ブリルアン散乱光の利得を解析することにより、インタラクションした場所までの損失値とブリルアン散乱係数の積が取得可能である。ここで、ブリルアン利得スペクトルを周波数方向に積分した値は定数である。そのため、非特許文献２及び非特許文献３に記載の手法では、fを変化させて測定を繰り返し、ブリルアン利得の距離に対する強度を取得することで、下式の関数を取得することが可能ある。

そして、以下の演算を行うことで、ある地点z₀からの損失分布を取得することができる。

よって、誘導ブリルアン散乱光の特性を解析すれば、ある地点z₀を基準にした光ファイバの線路損失を測定することができる。

ここで、本発明の線形に周波数変調したポンプ光とプローブ光によるブリルアン利得解析によれば、図４のように、被測定ファイバ２２の長手方向の異なるブリルアン周波数点におけるブリルアン利得強度が同時に得られることを説明する。

図４の左図のようにポンプ光とプローブ光を線形に周波数掃引した場合、ポンプ光とプローブ光の周波数差は、図４の中央図のブリルアンゲインスペクトル分布のように被測定ファイバ２２の長手方向で線形に変化する。そこで、相互相関長点の近傍（距離分解能内）においてブリルアン利得プロファイルを一定と仮定すると、図４の右図のようにブリルアンプロファイルの複数点を一度に取得することができる。

また、相互相関長点の近傍においてブリルアン利得プロファイルが変化している場合にも、周波数方向に変化したブリルアン利得プロファイルの複数点を同時に取得可能である。そのため、fを変化させて測定を繰り返すことなく、ブリルアン利得スペクトルの積分した値を取得できる。つまり、本実施形態によれば、ポンプ光とプローブ光の周波数を変更して測定を繰り返す必要がないため、測定時間を倍増することなくブリルアン周波数シフトが異なる場合においても損失情報を測定可能である。

また、正確な損失情報を得られる理由を説明する。非特許文献3のような正弦波の周波数変調では、所望の相関位置z₁から離れた位置のブリルアン利得を受けてしまうため、急峻な損失変動のある被測定ファイバ２２において、損失変動が生じる位置より先（被測定ファイバ遠端側）の位置を測定する場合、損失変動が生じる位置より先から得られる所望の小さなブリルアン利得は、損失変動が生じる位置より手前（試験光入射側）で発生した不要な、大きなブリルアン利得が足し合わされてしまい、正確な損失情報を得ることができない。一方、線形に周波数変調したポンプ光とプローブ光によるブリルアン利得解析では、正弦波の周波数変調のように同じ周波数の値を持つ点が存在しないため、所望の相関位置z₁から離れた位置のブリルアン利得を受けることはない。

つまり、本実施形態によれば、取得するブリルアン利得は所望の相関位置の近傍の値のみであり、急峻な損失変動がある場合でも、所望の相関位置近傍の正確な損失情報を取得することが可能である。

（ｉｉ）分布測定方法
第一試験光の符号化をφ_n(t)、第二試験光の符号化をψ_n(t)とすると、φ_n(t)とψ_n(t)は、所望の位置zのときのみ周波数差がf₁で常に一定であり、それ以外の位置zにおいて周波数差が常にf₁でない符号である。

また、第一試験光の符号φ_n(t)とローカル光の符号θ_n(t)は、所望の時刻t₁において相関が最大であり、それ以外の時刻t₂において相関が十分低い符号である。

被測定ファイバ２２の入射端から分岐光ファイバ２２２（#a（1≦a≦Nの整数））の終端までの長さをl_aとする。符号化された第一試験光は、分岐光ファイバ２２２（#a）の終端に設置された光反射フィルタ２２３（#a）により反射される。反射して戻ってきた第一試験光と第二試験光は対向伝搬し、被測定ファイバ２２中でインタラクションする。ここで、第一試験光の符号をφ₁〜φ_nまで変化させ、第二試験光の符号をψ₁〜ψ_nまで変化させる。

例えば、以下のように周波数変調した場合を考える。

Δfは符号化の変調周波数帯域幅、x_n及びy_n はそれぞれ符号φ_n,ψ_nの初期位相である。このとき、φ_nとψ_nで符号化した第一試験光と第二試験光を被測定ファイバ２２中に入射した場合、遠端で反射した第一試験光と遠端に進む第二試験光の周波数差がf_Bの位置z₁は、光ファイバ中の光速をvとすると、式（9）で表される。

(ii-a) ここで、位置z₁におけるブリルアン周波数シフトがf_Bの場合、この位置z₁（ブリルアン相互作用位置）の近傍において、第一試験光と第二試験光は周波数差がブリルアン周波数シフトと等しくなるため、符号長に渡ってブリルアン増幅を受ける。ここで、式(9)より、初期位相x_nまたはy_nを変化させることで周波数差がf_Bの位置が変わり、ブリルアン相互作用位置を変化できる。そのため、初期位相x_nまたはy_nを変化させ、測定を繰り返すことでブリルアン利得の分布情報を取得可能である。

(ii-b) また、位置z₁におけるブリルアン周波数シフトがf_B+Δの場合、z₁の位置ではブリルアン周波数シフトと等しくないが、位置z₂（z₁の近傍）の近傍において、反射した第一試験光と第二試験光の周波数差がブリルアン周波数シフトf_B+Δと常に等しくなる。ここで、(ii-a)と同様に式(9)より、初期位相x_nまたはy_nを変化させることで周波数差がf_Bの位置が変わり、ブリルアン相互作用位置を変化できる。そのため、初期位相x_nまたはy_nを変化させ、測定を繰り返すことでブリルアン利得の分布情報を取得可能である。

(iii) 分岐光ファイバの分離方法
第一試験光が分岐光ファイバ２２２（#a）の終端の光反射フィルタ２２３（#a）で反射され、光受信器２５に到達する時間をt_daとすると、式(10)で表される。

ここで、vは分岐光ファイバ２２２（#a）中の光速、l_aは入射端から分岐光ファイバ２２２（#a）の終端の光反射フィルタ２２３（#a）までの距離である。

他の分岐光ファイバ２２２（#b）（1≦b≦Nの整数）から戻ってきた第一試験光が光受信器２５に到達する時間t_dbは、式(11)で表される。

よって、分岐光ファイバ２２２（#a）、分岐光ファイバ２２２(#b)から光受信器２５に戻る第一試験光の時間差は、式(12)で表される。

l_a ≠l_bのとき、異なる分岐光ファイバ２２２（#a）,２２２(#b)から反射されて戻ってきた第一試験光が光受信器２５に到達する時間が異なる。ここで、異なる分岐光ファイバ２２２（#a）,２２２(#b)から戻ってきた、符号化された第一試験光は、光スプリッタ２２１で合波される。異なる分岐光ファイバ２２２（#a）,２２２(#b)から戻ってきた第一試験光が光スプリッタ２２１で合波されるとき、符号の位相はずれている。受光側へ戻ってきた第一試験光は、以下の式で与えられる。

そこで、分岐#Nから戻ってきた第一試験光に合わせて、ローカル光の符号θ_N(t)を生成する。

ここで、w_Nは符号θ_Nの初期位相である。このとき、θ_a(t)と受光した信号の相関を取ることで、分岐光ファイバ２２２(#a)の位置z₁でのブリルアン利得が得られる。また、θ_b(t)と受光した信号の相関を取ることで、分岐光ファイバ２２２(#b)の位置zでのブリルアン利得が得られる。つまり、受光側へ戻ってきた第一試験光I_dと符号θ_N(t)の相関を取ることで、分岐光ファイバ２２２(#N)の情報を分離して取得可能である。

ここで、分岐ファイバを分離識別する分解能は、符号化した第一試験光の符号特性により決まる。符号化した第一試験光は、符号同士の相関により復号する。式(6)で符号化した場合の分岐光ファイバ２２２（#1）〜２２２(#N)を識別する分解能(分岐ファイバ識別分解能)ΔLは、式(15)となる。

ここで、Δfは変調周波数帯域幅である。このため、分岐ファイバ識別分解能は、パルス幅ではなく、符号特性により決まるため、分岐ファイバ識別分解能をフォノン寿命より短くすることが可能となる。式(15)より、Δfを100 MHz以上で変調することで、分岐ファイバ識別分解能は1m以上を実現できる。

つまり、受光側で得られた第一試験光を、初期位相を変化させて復号化することで、分岐毎の情報に分離することが可能となる。また、線形周波数変調を用いた場合、Δfを100 MHz以上で変調することで、分岐ファイバ識別分解能は1m以上を実現でき、ΔFを10 GHzにすることで約1 cmの分岐ファイバ識別分解能を実現できる。

(i)〜(iii)の各測定結果と、条件(1)〜(6)を満たした場合、本発明によりPON型光分岐線路の分岐下部個別の損失分布測定が、既設所外設備（光スプリッタ２２１と分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）と分岐光ファイバ終端に設置された光反射フィルタ２２３（＃１）〜２２３（＃Ｎ）の構成のみで測定可能であり、分岐光ファイバ長差が１ｍ以下の短い場合でも、ブリルアン周波数シフトが異なる分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）においても、測定時間を倍増させることなく、被測定ファイバ２２の損失分布を正確に測定可能である。

以上のように上記実施形態では、ＰＯＮ型光線路における光スプリッタ２２１の下部側に一端がそれぞれ接続され、他端にそれぞれ試験光を反射する光反射フィルタ２２３（＃１）〜２２３（＃Ｎ）を備えた複数の分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）の損失分布を解析する光線路特性解析装置において、光符号化手段２７にてそれぞれ光符号化（光周波数が鋸歯状に変化する光周波数変調）された第一試験光と第二試験光とローカル光を生成し、このうち第一試験光とローカル光を光周波数変更手段１３で光周波数変換し、第一試験光または第二試験光を光パルス化手段１６，１８でパルス化し、パルス化した第一試験光と第二試験光を合波素子２０で合波して光スプリッタ２２１の上部側に一端が接続された基幹光ファイバの他端に入射し、基幹光ファイバの他端から出射される戻り光を光サーキュレータ２１で抽出し、合波素子２４で戻り光に含まれるブリルアン増幅を受けた第一試験光とローカル光を合波し、第一試験光とローカル光のビート信号を光受信器２５で電気信号に変換し、演算処理装置２６により変換された電気信号に基づいて誘導ブリルアン後方散乱光を測定する処理を、第一試験光と第二試験光とローカル光を光符号化する光符号を変化させつつ実行するようにしている。

従って、現在のＰＯＮ型光線路を取り替えることなく、光スプリッタ２２１の下部側における個別の分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）の損失分布を精密に測定することができる。
また、本実施形態の演算処理装置２６は、第一試験光及び第二試験光による誘導ブリルアン散乱の測定と、複数の分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）それぞれの距離に対するブリルアン散乱光分布の測定とを行い、これらの測定結果から分岐光ファイバ２２２（＃１）〜２２２（＃Ｎ）における個別の損失分布を解析することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１１…光源、１２，１５…分岐素子、１３…光周波数変更手段、１４…正弦波発生器、１６，１８…光パルス化手段、１７…光遅延手段、１９…光増幅器、２０…合波素子、２１…光サーキュレータ、２２…被測定ファイバ、２２１…光スプリッタ、２２２（#1）〜２２２（#N）…分岐光ファイバ、２２３（#1）〜２２３（#N）…光反射フィルタ、２３…光フィルタ、２５…光受信器、２６…演算処理装置。

Claims

被測定光線路の基幹光ファイバの一方端を複数系統に分岐する光分岐器の分岐端部それぞれに一端が接続され、他端にそれぞれ試験光を反射する光反射フィルタを備えた複数の分岐光線路の損失分布を解析する分岐光線路の特性解析装置であって、
それぞれ第１の周波数を有する第１試験光、第２試験光及びローカル光を符号長の一周期内において同じ周波数の値がない周波数変調符号によって光符号化する符号化手段と、
前記符号化手段により光符号化された前記第１試験光、第２試験光及びローカル光を出力する光源モジュールと、
前記光源モジュールから出力される前記第１試験光とローカル光を、前記第１の周波数から第２の周波数へ周波数変換する光周波数変更手段と、
前記第１または第２試験光のみをパルス化する光パルス化手段と、
前記光パルス化手段から出力される前記第１試験光と前記第２試験光を合波する第１の合波素子と、
前記第１の合波素子で合波した前記第１及び第２試験光を前記被測定光線路の基幹光ファイバに入射し、当該基幹光ファイバの入射端から出射される戻り光を抽出する光サーキュレータと、
前記戻り光から誘導ブリルアン後方散乱光を抽出する光フィルタと、
前記光フィルタの出力光と前記光周波数変更手段から出力される前記ローカル光を合波する第２の合波素子と、
前記第２の合波素子の出力光を受光して電気信号に変換する光受信器と、
前記電気信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する演算処理装置と
を具備し、
前記演算処理装置は、前記符号化手段で生成される前記第１試験光及び前記第２試験光及び前記ローカル光の符号を変化させつつ、前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定することを特徴とする分岐光線路の特性解析装置。
前記第１及び第２試験光の周波数差は、前記被測定光線路内で想定される誘導ブリルアン後方散乱光が生じるブリルアン周波数シフト量に相当することを特徴とする請求項１記載の分岐光線路の特性解析装置。
前記符号化手段は、光源の注入電流を任意波形変調するものとし、光源モジュールに注入する任意波形変調した電流を時間的に連続して注入して出力した連続光を、前記光パルス化手段により時間分割することを特徴とする請求項１記載の分岐光線路の特性解析装置。
前記演算処理装置は、
前記第１及び第２試験光による誘導ブリルアン散乱の測定と、前記複数の分岐光線路それぞれの距離に対するブリルアン散乱光分布の測定とを行い、
それらの測定結果から前記複数の分岐光線路における個別の損失分布を解析することを特徴とする請求項１記載の分岐光線路の特性解析装置。
被測定光線路の基幹光ファイバの一方端を複数系統に分岐する光分岐器の分岐端部それぞれに一端が接続され、他端にそれぞれ試験光を反射する光反射フィルタを備えた複数の分岐光線路の損失分布を解析する分岐光線路の特性解析方法であって、
それぞれ第１の周波数を有する第１試験光、第２試験光及びローカル光を符号長の一周期内において同じ周波数の値がない周波数変調符号によって光符号化する第１の工程と、
光符号化された前記第１試験光とローカル光を、前記第１の周波数から第２の周波数へ周波数変換する第２の工程と、
前記第１または第２試験光のみをパルス化する第３の工程と、
パルス化された前記第１試験光と前記第２試験光を合波して前記被測定光線路の基幹光ファイバに入射し、当該基幹光ファイバの入射端から出射される戻り光を抽出する第４の工程と、
前記戻り光から誘導ブリルアン後方散乱光を抽出する第５の工程と、
前記誘導ブリルアン後方散乱光と、周波数変換された前記ローカル光を合波して電気信号に変換する第６の工程と、
前記電気信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する第７の工程と
を含み、
前記第７の工程では、前記第１の工程で生成される前記第１試験光及び前記第２試験光及び前記ローカル光の符号を変化させつつ、前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定することを特徴とする分岐光線路の特性解析方法。
前記第７の工程では、
前記第１及び第２試験光による誘導ブリルアン散乱の測定と、前記複数の分岐光線路それぞれの距離に対するブリルアン散乱光分布の測定とを行い、
それらの測定結果から前記複数の分岐光線路における個別の損失分布を解析することを特徴とする請求項５記載の分岐光線路の特性解析方法。