WO2024079819A1 - 光モニタデバイス及び光強度測定方法 - Google Patents

光モニタデバイス及び光強度測定方法 Download PDF

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WO2024079819A1
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optical
optical fibers
propagating
intensity
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良 小山
宜輝 阿部
和典 片山
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for

Definitions

  • This disclosure relates to an optical monitor device and a method for measuring optical intensity.
  • optical communication systems using optical fibers are used in the access networks between communication stations and user homes, and in the core networks (backbones) that connect communication stations.
  • One example of a means for evaluating the operating state of an optical communication system is to detect the intensity of light propagating in the optical fiber within the system.
  • One example of the device disclosed in Patent Document 1 is to detect leaked light caused by bending the fiber. By using this device, it is possible to check the connection of optical fibers in an access network and measure the intensity of optical signals.
  • the light receiving sensor in the device of Patent Document 1 can only measure one optical fiber. If this device is applied to an optical cable that contains multiple optical fibers, it is necessary to separate the multiple optical fibers one by one, making the work complicated. Furthermore, the number of optical fibers in one optical fiber cable is likely to continue to increase in the future. Furthermore, with further increases in communication capacity in the future, wavelength division multiplexing (WDM) transmission may also be used in access networks.
  • WDM wavelength division multiplexing
  • signal light in all communication wavelength bands in WDM transmission is incident on a single light receiving unit, making it impossible to measure the light intensity for each communication wavelength band.
  • the present disclosure has been made in consideration of these points, and aims to provide an optical monitor device and an optical intensity measurement method that can simultaneously measure the intensity of light of multiple wavelengths propagating through multiple optical fibers.
  • An optical monitor device includes a bending section that forms a bend in each of a plurality of optical fibers, and a leakage light measuring device that receives the leakage light from the bend of the propagating light having a plurality of wavelengths that propagates through each of the optical fibers and separates the wavelengths of the propagating light.
  • a light intensity measurement method forms a bend in each of a plurality of optical fibers, separates the wavelengths of the propagating light that propagates through each of the optical fibers and leaks from the bend, and receives the light. Based on the intensity of the received leaked light and a preset correspondence between the intensities of the propagating light and the leaked light, the intensity of the propagating light in each of the plurality of optical fibers is calculated for each wavelength.
  • the present disclosure provides an optical monitor device and an optical intensity measurement method that can simultaneously measure the intensity of light of multiple wavelengths propagating through multiple optical fibers.
  • FIG. 1A is a block diagram illustrating an example of a configuration of an optical monitor device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1B is a block diagram showing an example of the configuration of a calculation processing unit applied to an optical monitor device.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a bent portion of an optical monitor device and its surrounding structure.
  • FIG. 3 is a front view showing an example of a light receiving surface of a photodetector.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a first state of an example of a configuration for acquiring the correspondence relationship between propagated light and leaky light.
  • FIG. 4B illustrates a second state of the configuration shown in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an image of leakage light appearing on the light receiving surface of a photodetector.
  • optical monitor device according to an embodiment of the present disclosure will be described. Note that common parts in each figure are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
  • light propagating within the optical fiber will be referred to as propagating light
  • light leaking from a bent portion of the optical fiber will be referred to as leaking light.
  • a bending portion which will be described later, moves to form a bent portion in the optical fiber. This moving direction will be referred to as the S direction.
  • the S direction is perpendicular to the longitudinal direction (extension direction) of the optical fiber and the arrangement direction of the optical fiber.
  • the optical monitor device separates the wavelengths of the leaked light from the bent parts of the optical fibers when light with wavelengths in multiple bands is propagating through each of the optical fibers, and then measures them all at once.
  • the optical monitor device can calculate the intensity of the propagated light in each optical fiber at the time of measurement for each wavelength band at once, based on the intensity of each leaked light and a preset correspondence between the propagated light and the leaked light (described later).
  • the intensity of the propagated light here refers to the intensity of the propagated light in the portion of each optical fiber upstream of the bend, or the intensity of the propagated light in the portion of each optical fiber downstream of the bend.
  • FIG. 1A is a block diagram showing an example of the configuration of the optical monitor device 10 described above.
  • FIG. 1B is a block diagram showing an example of the configuration of the calculation processing unit 20 applied to the optical monitor device 10.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the bending unit 11 of the optical monitor device 10 and the optical configuration around it.
  • FIG. 3 is a front view showing an example of the light receiving surface 15 of the light detection unit 14.
  • the optical monitoring device 10 includes a bending section 11, a leaking light measuring device 12, and an arithmetic processing section 20.
  • the optical monitoring device 10 measures the leaking light 8 leaking from the bent sections 6 of the multiple optical fibers 5.
  • the multiple optical fibers 5 may be built into an optical ribbon core wire 4 having an outer jacket covering them. For ease of explanation, it is assumed below that the four optical fibers 5 to be measured constitute the optical ribbon core wire 4.
  • each optical fiber 5 is connected to a corresponding optical transmitter 31, and the other end of each optical fiber 5 is connected to a corresponding optical receiver 32. Therefore, the light output from the optical transmitter 31 propagates through each optical fiber 5 and is then received by the optical receiver 32.
  • the communication at this time is assumed to be wavelength division multiplexing (WDM) communication. Therefore, propagating light 7 of multiple wavelengths propagates within each optical fiber 5.
  • the wavelengths of the propagating light 7 are set, for example, to wavelengths in different communication wavelength bands.
  • the bending portion 11 forms a bending portion 6 in the optical fiber 5.
  • the bending portion 11 bends the optical fiber 5.
  • the bending portion 11 has a curved surface 11a facing the optical fiber 5, and is provided so as to be able to move back and forth along the S direction.
  • the curved surface 11a is a convex surface that protrudes toward the optical fiber 5, and its tip is curved with a predetermined radius of curvature.
  • a receiving portion (not shown) including a concave surface having the same radius of curvature as the curved surface 11a may be provided at a position facing the curved surface 11a.
  • a holder (not shown) for the optical fiber 5 may be provided on both sides of the bending unit 11 in the longitudinal direction of the optical fiber 5.
  • the bending unit 11 may be moved manually or automatically by a drive mechanism (not shown) controlled by the calculation processing unit 20.
  • the leak light measuring device 12 receives the leak light 8 from the bent portion 6 of the propagating light 7, which has multiple wavelengths and propagates through each optical fiber 5, after separating the wavelengths (see FIG. 2).
  • the leak light measuring device 12 also outputs a detection signal according to the intensity and position of the received light.
  • the leaked light measuring device 12 includes a wavelength separation unit 13 and a light detection unit 14.
  • the wavelength separation unit 13 is a wavelength dispersive optical element such as a prism or a diffraction grating, and disperses the leaked light 8 according to the wavelength of the leaked light 8.
  • a wavelength dispersive optical element such as a prism or a diffraction grating
  • the light detection unit 14 receives the leaked light 8 from each optical fiber 5 dispersed by the wavelength separation unit 13.
  • the light detection unit 14 includes a plurality of light receiving elements (pixels) 16 arranged so as to be able to individually receive the leaked light 8 for each optical fiber 5 and for each wavelength set in the propagating light 7. That is, the number of light receiving elements (pixels) 16 is set to a value equal to or greater than the product of the number of optical fibers 5 and the number of wavelengths (wavelength bands) set. For example, when a wavelength dispersion type optical element is used as the wavelength separation unit 13, the light detection unit 14 needs to detect the leaked light 8 whose position on the light receiving surface 15 has changed according to the wavelength for each optical fiber 5.
  • the light detection unit 14 includes, as the above-mentioned plurality of light receiving elements 16, an element row 17 (see FIG. 3) including light receiving elements 16 in a number equal to or greater than the number of wavelengths set in the propagating light 7, and the number of elements is equal to or greater than the number of optical fibers 5.
  • the light detection unit 14 has a plurality of light receiving elements 16 arranged two-dimensionally on its light receiving surface 15, and the number of the light receiving elements 16 is set to be equal to or greater than the product of the number of optical fibers 5 and the number of wavelengths set for the propagating light 7.
  • the light detection unit 14 is composed of a single light sensor (so-called light area sensor) in which multiple light receiving elements 16 are arranged two-dimensionally.
  • the light receiving elements 16 are, for example, InGaAs photodiodes.
  • the use of a single light sensor also contributes to the miniaturization of the leakage light measurement device 12 and the simplification of the circuit configuration.
  • the light receiving elements 16 are arranged in the X direction and the Y direction, which are mutually perpendicular, on the light receiving surface 15.
  • the X direction is parallel to the arrangement direction of the optical fibers 5.
  • the Y direction is parallel to the direction of light dispersion by the wavelength separation unit 13.
  • the number of light receiving elements 16 arranged in the X direction is set to be equal to or greater than the number of wavelengths set in the propagating light 7. Therefore, all images of the leaked light 8 with different wavelengths (see FIG. 5) can be individually (i.e., separably) received by the two-dimensionally arranged light receiving elements 16.
  • the X direction of the light receiving surface 15 and the arrangement direction of the optical fibers 5 are not limited to being strictly parallel. The same applies to the Y direction of the light receiving surface 15 and the direction of light dispersion. Such constraints can be alleviated, for example, by increasing the density of the light receiving elements 16.
  • the light detection unit 14 may be configured with a plurality of light sensors (so-called optical line sensors) in which the light receiving elements 16 are arranged in one dimension.
  • the light detection unit 14 includes a number of light sensors equal to the number of optical fibers 5.
  • these light sensors are arranged so that their light receiving elements 16 are arranged as an element row 17 along the light dispersion direction. Since each light sensor needs to receive the leaked light 8 of the corresponding optical fiber 5, the wavelength separation unit 13 is configured, for example, with a plurality of arrayed waveguide gratings (AWG: Arrayed Waveguide Grating).
  • Each arrayed waveguide grating receives the leaked light 8 of the corresponding optical fiber and guides the leaked light 8 to different positions on the light receiving surface 15 of the light detection unit 14 (optical line sensor) according to the wavelength of the leaked light 8. Note that when an arrayed waveguide grating is used as the wavelength separation unit 13, it is easy to identify the position of the emitted light, so each of the plurality of light receiving elements 16 may be configured with a single photodiode instead of the above-mentioned light sensor.
  • leakage light 8 of each of the two propagating lights 7 traveling in opposite directions is emitted from the bent portion 6 of the optical fiber 5.
  • the leakage light 8 leaks most strongly as primary leakage light from the point where the optical fiber 5 begins to bend in the propagation direction of the propagating light 7 (i.e., the upstream portion of the bent portion 6). Therefore, in the case of bidirectional communication, two leakage light measuring devices 12 may be arranged to receive each of these lights.
  • the calculation processing unit 20 is, for example, a general-purpose computer as shown in FIG. 1B.
  • the computer as the calculation processing unit 20 comprises a CPU (Central Processing Unit, processor) 21, a memory 22, a storage 23 (HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive), a communication device 24, an input device 25, an output device 26, and a display unit 27 such as a monitor.
  • the memory 22 and the storage 23 are storage devices.
  • the CPU 21 executes a specific program loaded onto the memory 22, thereby realizing the functions of the optical monitor device 10, such as measuring each leakage light 8, calculating intensity, and displaying intensity.
  • the arithmetic processing unit 20 may be configured by the above-mentioned computer, or may be a virtual machine implemented on a network.
  • the programs executed by the arithmetic processing unit 20 can be stored in a computer-readable recording medium such as a HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), or DVD (Digital Versatile Disc), or can be distributed via a network.
  • the computer-readable recording medium is, for example, a non-transitory recording medium.
  • the arithmetic processing unit 20 may output a signal to an external device for display on the display unit 27. In this case, the display unit 27 can be omitted.
  • the calculation processing unit 20 calculates the intensity of the propagating light 7 in each of the multiple optical fibers 5 for each wavelength based on the intensity of the leaked light 8 received by the leaked light measuring device 12 and a preset correspondence between the propagating light 7 and the leaked light 8. Specifically, this correspondence is the intensity ratio between the propagating light 7 and the leaked light 8 obtained for each optical fiber 5, and this intensity ratio can be used to back-calculate the intensity of the propagating light 7 from the intensity of the leaked light 8. Note that this correspondence is obtained by measurement, which will be described later, and is recorded in advance in, for example, the storage 23.
  • the light intensity measurement method can be performed as follows using the optical monitor device 10 described above. First, a bend 6 is formed in each of the multiple optical fibers 5 by moving the bend imparting unit 11. Next, the leaked light measuring device 12 receives the leaked light 8 from the bent unit 6 of the propagating light 7 having multiple wavelength bands that propagates through each optical fiber 5 after separating the wavelengths. Next, the arithmetic processing unit 20 calculates the intensity of the propagating light 7 in each of the multiple optical fibers 5 for each wavelength based on the intensity of the received leaked light 8 and the predetermined correspondence between the propagating light 7 and the leaked light 8.
  • FIG. 4A is a diagram showing a first state of an example of a configuration for acquiring the correspondence between the propagated light 7 and the leaked light 8.
  • FIG. 4B is a diagram showing a second state of the configuration shown in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of an image of the leaked light 8 appearing on the light receiving surface 15 of the light detection unit 14.
  • the M optical fibers 5 used to obtain the correspondence are referred to as optical fibers Fr1 to FrM.
  • N wavelength bands L1 to LN are set for the propagating light 7 of each of the optical fibers Fr1 to FrM, and the light detection unit 14 has I light receiving elements M1 to MI as the above-mentioned light receiving element 16 (see FIG. 3).
  • multiple light sources 33 an optical multiplexer 34, a variable optical attenuator 35, an optical switch (optical selector) 36, and an optical intensity meter (power meter) 37 are provided.
  • Each light source 33 generates light having one of the wavelength bands L1 to LN.
  • the wavelength bands are set assuming communication via optical fibers Fr1 to FrM.
  • the light generated by the light source 33 is output to the optical multiplexer 34 in the order of wavelength bands L1 to LN under the control of the calculation processing unit 20.
  • the optical multiplexer 34 combines the optical paths of the light from each light source 33 into a single optical path.
  • the optical multiplexer 34 is composed of, for example, an arrayed waveguide grating (AWG).
  • the light that passes through the optical multiplexer 34 passes through a variable optical attenuator 35 that adjusts the intensity of the light, passes through an optical switch 36, and is incident as propagating light 7 on one of the M optical fibers Fr1 to FrM. Note that the adjustment of the light intensity by the variable optical attenuator 35 and the switching of the optical path in the optical switch 36 are controlled, for example, by the calculation processing unit 20.
  • the optical intensity meter 37 receives the light emitted from the optical fibers F1 to FM and measures its intensity.
  • variable optical attenuator 35 the intensity of the propagated light 7 after passing through the bent portion 6 from the optical fiber Fr1 is adjusted to be the reference intensity Pr, and the intensity of the leaked light 8 at the light receiving elements M1 to MI at this time is measured.
  • This measurement makes it possible to obtain the intensities r 111 to r 11I of the leaked light 8 at the light receiving elements M1 to MI when the propagated light 7 in the wavelength band L1 propagates through the optical fiber Fr1 and the intensity of the propagated light 7 after passing through the bent portion 6 is the reference intensity Pr.
  • the same operation is performed on the optical fiber Fr1 for the wavelength bands L2 to LN.
  • the same operation is performed on the optical fibers Fr2 to FrM for the wavelength bands L1 to LN to obtain the following formula (1) showing the correspondence relationship between the intensities of the propagated light 7 and the leaked light 8 (in other words, the correspondence relationship between the optical fibers Fr1 to FrM and the light receiving elements M1 to MI).
  • the value r ABC is the light intensity received by the Cth light receiving element among the light receiving elements M1 to MI of the light detection unit 14 when light in the Bth wavelength band among the wavelength bands L1 to LN leaks from the Ath optical fiber among the optical fibers Fr1 to FrM.
  • This value r ABC hardly changes even if the optical fiber is changed. Therefore, the value r ABC is obtained once and stored in the storage 23 or the like of the calculation processing unit 20, and the intensity of the propagating light in the other optical fibers can be calculated by the following calculation processing.
  • the optical monitor device 10 is applied to an environment in which wavelength multiplexing communication of wavelength bands L1 to LN is performed.
  • the optical monitor device 10 forms a bent portion 6 of optical fibers F1 to FM using a bend imparting portion 11.
  • propagating light 7 having a wavelength in the wavelength bands L1 to LN propagates through the optical fibers F1 to FM.
  • the intensities of the propagating light 7 after passing through the bent portion 6 are P11 to PMN , respectively.
  • PMN is the intensity of light having a wavelength in the wavelength band LN, among the propagating light 7 that has passed through the bent portion 6 of the optical fiber FM.
  • the intensities O1 to OI of the leaked light 8 detected by each of the light receiving elements M1 to MI are the sum of the intensities of the light having respective wavelengths in the wavelength bands L1 to LN and reaching the light receiving surface 15 via the bent portions 6 of the optical fibers F1 to FM, and are expressed by the following equation (2).
  • the intensity of the propagating light 7 propagating through each of the optical fibers F1 to FM in each of the wavelength bands L1 to LN after passing through the bent portion 6 can be calculated by the following formula (3).
  • the subscript "+" on the right shoulder of the matrix represents a generalized inverse matrix.
  • the arithmetic processing unit 20 performs a calculation using formula (3), thereby making it possible to calculate the intensity of the propagating light 7 after passing through the bending portion 6 for each of the optical fibers F1 to FM and for each wavelength band.
  • the arithmetic processing unit 20 displays the calculated values on the display unit 27 or the like, allowing the operator of the optical monitor device 10 to confirm the intensity.
  • the intensity of the propagating light 7 before passing through the bending portion 6 can also be calculated for each of the optical fibers F1 to FM and for each wavelength band.
  • the bending portion 11 is retracted from the optical fibers Fr1 to FrM to set a second state in which the bending portion 6 is not formed.
  • a reference intensity Pr for each of the wavelength bands L1 to LN is set for each of the optical fibers Fr1 to FrM.
  • the state shifts to the first state shown in FIG. 4A, and the intensities r 111 to r MNI of the leaking light 8 are obtained. Thereafter, the intensities O 1 to O I of the leaking light 8 from the optical fibers F1 to FM (see FIG.
  • the leakage light from each of multiple optical fibers can be measured collectively for each wavelength band.
  • the intensity of the light propagating through multiple optical fibers can be measured collectively for each optical fiber and for each wavelength band.
  • Reference Signs List 4 Optical ribbon fiber 5 Optical fiber 6 Bending section 7 Propagating light 8 Leaking light 8a to 8c Image 10 Optical monitor device 11 Bending section 12 Leaking light measuring device 13 Wavelength separation section 14 Light detection section 15 Light receiving surface 16 Light receiving element (pixel) 17 Element array 20 Computation processing unit 31 Optical transmitter 32 Optical receiver 33 Light source 34 Optical multiplexer 35 Variable optical attenuator 36 Optical switch (optical selector) 37 Light intensity measuring device (power meter) F1 to FM Optical fiber Fr1 to FrM Optical fiber

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Abstract

光モニタデバイス（１０）は、複数の光ファイバ（５）のそれぞれに曲げ部（６）を形成する曲げ付与部（１１）と、各光ファイバ（５）内を伝播し複数の波長をもつ伝播光（７）の曲げ部（６）からの漏洩光（８）を波長分離した上で受光する漏洩光計測装置（１２）とを備える。

Description

光モニタデバイス及び光強度測定方法
　本開示は、光モニタデバイス及び光強度測定方法に関する。
　近年、インターネットにおけるトラフィックの増大に伴い、通信容量の増大が強く求められている。この要求に応えるため、光ファイバを用いた光通信システムが、通信局とユーザ宅間のアクセスネットワークや、通信局同士を結ぶコアネットワーク（バックボーン）に使用されている。
　光通信システムの動作状態を評価する手段の一例として、当該システム内の光ファイバ内を伝播する光の強度を検出することが挙げられる。特許文献１が開示する装置は、その一例としてファイバに曲げを付与することによって生じる漏洩光を検出している。この装置を用いることによって、アクセスネットワークにおける光ファイバの接続確認や光信号の強度測定などを行うことができる。
特公平０７－０７８５６７号公報
　しかしながら、特許文献１の装置が備える受光センサは、１本の光ファイバしか測定できない。複数本の光ファイバを内蔵する光ケーブルに対して、この装置を適用した場合、複数の光ファイバを１本ずつ分離する必要があり作業が煩雑化する。しかも光ファイバケーブル１本あたりの光ファイバの本数は、今後も増加していく傾向がある。また、今後の更なる通信容量の増大により、アクセスネットワークにおいても波長多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)伝送が使用される可能性がある。しかしながら、従来の技術ではＷＤＭ伝送の全ての通信波長帯域の信号光が１つの受光部に入射してしまうため、通信波長帯域ごとの光強度が測定できない。
　本開示はこのような点を鑑みてなされたものであり、複数の光ファイバ内を伝播する複数の波長の光の強度を一括に測定できる光モニタデバイス及び光強度測定方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る光モニタデバイスは、複数の光ファイバのそれぞれに曲げ部を形成する曲げ付与部と、各前記光ファイバ内を伝播し複数の波長をもつ伝播光の前記曲げ部からの漏洩光を波長分離した上で受光する漏洩光計測装置とを備える。
　本開示の一態様に係る光強度測定方法は、複数の光ファイバのそれぞれに曲げ部を形成し、各前記光ファイバ内を伝播し複数の帯域の波長をもつ伝播光の前記曲げ部からの漏洩光を波長分離した上で受光し、受光した前記漏洩光の強度と、予め設定された前記伝播光と前記漏洩光の間の強度の対応関係とに基づいて、前記複数の光ファイバのそれぞれにおける前記伝播光の強度を波長ごとに算出する。
　本開示によれば、複数の光ファイバ内を伝播する複数の波長の光の強度を一括に測定できる光モニタデバイス及び光強度測定方法を提供することができる。
図１Ａは、本開示の実施形態に係る光モニタデバイスの構成の一例を示すブロック図である。 図１Ｂは、光モニタデバイスに適用される演算処理部の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、光モニタデバイスの曲げ部とその周囲の構成の一例を示す斜視図である。 図３は、光検出器の受光面の一例を示す正面図である。 図４Ａは、伝播光と漏洩光の間の対応関係を取得するための構成の一例の第１状態を示す図である。 図４Ｂは、図４Ａに示す構成の第２状態を示す図である。 図５は、光検出器の受光面に現れる漏洩光の像の一例を示す図である。
　以下、本開示の実施形態に係る光モニタデバイスについて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、説明の便宜上、光ファイバ内を伝播する光を伝播光、光ファイバの曲げ部から漏洩した光を漏洩光と称する。また、後述の曲げ付与部が光ファイバに曲げ部を形成するために移動する。この移動方向をＳ方向と称する。Ｓ方向は、光ファイバの長手方向（延伸方向）及び光ファイバの配列方向と直交している。
　本実施形態に係る光モニタデバイスは、複数の帯域の波長をもつ光が複数の光ファイバのそれぞれを伝播している状態において、複数の光ファイバのそれぞれの曲げ部からの漏洩光を波長分離した上で一括に測定する。
　また、本実施形態に係る光モニタデバイスは、それぞれの漏洩光の強度と、予め設定された伝播光と漏洩光の間の対応関係（後述）とに基づいて、測定時における各光ファイバ内の伝播光の強度を、波長帯域ごとに一括して算出することができる。ここで言う伝播光の強度とは、各光ファイバにおいて曲げ部よりも上流側の部分における伝播光の強度、或いは、各光ファイバにおいて曲げ部よりも下流側の部分における伝播光の強度を指す。
　図１Ａは、上述した光モニタデバイス１０の構成の一例を示すブロック図である。図１Ｂは、光モニタデバイス１０に適用される演算処理部２０の構成の一例を示すブロック図である。図２は光モニタデバイス１０の曲げ付与部１１とその周囲の光学的構成の一例を示す斜視図である。図３は光検出部１４の受光面１５の一例を示す正面図である。
　図１Ａに示すように、光モニタデバイス１０は、曲げ付与部１１と、漏洩光計測装置１２と、演算処理部２０とを備えている。光モニタデバイス１０は、複数の光ファイバ５のそれぞれの曲げ部６から漏洩した漏洩光８を測定する。複数の光ファイバ５は、これらを覆う外被を有する光テープ心線４に内蔵されていてもよい。以下、説明の便宜上、測定対象としての４本の光ファイバ５が、光テープ心線４を構成していることを想定する。
　光テープ心線４内では、複数の光ファイバ５が並列に（換言すれば一列に）配置されている。各光ファイバ５の一端は、対応する光送信器３１に接続し、各光ファイバ５の他端は、対応する光受信器３２に接続している。従って、光送信器３１から出力した光は、各光ファイバ５内を伝播し、その後、光受信器３２によって受光される。このときの通信は、波長多重(WDM: Wavelength Division Multiplexing)通信を想定している。従って、各光ファイバ５内には、複数の波長の伝播光７が伝播している。なお、伝播光７の波長は、例えば、異なる通信波長帯域の波長に設定される。
　曲げ付与部１１は光ファイバ５に曲げ部６を形成する。換言すれば、曲げ付与部１１は、光ファイバ５に曲げを付与する。曲げ付与部１１は、光ファイバ５に面した曲面１１ａを有し、Ｓ方向に沿って往復可能に設けられている。曲面１１ａは、光ファイバ５に向けて突出する凸面であり、その先端部は所定の曲率半径で湾曲している。
　各光ファイバ５が曲げ付与部１１の曲面１１ａに接触した状態で、曲げ付与部１１はＳ方向に移動する。これにより、光ファイバ５は曲面１１ａに沿って曲げられ、所望の曲げ部６が形成される。なお、曲面１１ａと対向する位置には、曲面１１ａと同一の曲率半径を有する凹面を含む受け部（図示せず）が設けられてもよい。或いは、光ファイバ５の長手方向における曲げ付与部１１の両側には、光ファイバ５の保持部（図示せず）が設けられてもよい。また、曲げ付与部１１の移動は手動で遂行されてもよく、演算処理部２０によって制御された駆動機構（図示せず）によって自動で遂行されてもよい。
　漏洩光計測装置１２は、複数の波長をもち且つ各光ファイバ５内を伝播する伝播光７の曲げ部６からの漏洩光８を波長分離した上で受光する（図２参照）。また、漏洩光計測装置１２は、受光した光の強度と位置に応じた検出信号を出力する。
　漏洩光計測装置１２は、波長分離部１３と、光検出部１４とを備える。波長分離部１３は、例えばプリズム又は回折格子などの波長分散型の光学素子であり、漏洩光８の波長に応じて漏洩光８を分散させる。波長分散型の光学素子を採用することにより、複数の漏洩光の波長を一括して分散させることでき、漏洩光計測装置１２の構成を簡略化できる。
　光検出部１４は、波長分離部１３によって分散した各光ファイバ５からの漏洩光８を受光する。光検出部１４は、漏洩光８を光ファイバ５ごと且つ伝播光７に設定される波長ごとに個別に受光可能に配置された複数の受光素子（画素）１６を含む。即ち、受光素子（画素）１６の数は、光ファイバ５の本数と設定される波長（波長帯域）の数の積以上の値に設定される。例えば、波長分離部１３として波長分散型の光学素子を採用した場合、光検出部１４は、光ファイバ５毎に、波長に応じて受光面１５上での位置が変化した漏洩光８を検出する必要がある。従って、光検出部１４は、上述の複数の受光素子１６として、伝播光７に設定される波長の数以上の数の受光素子１６を含む素子列１７（図３参照）を、光ファイバ５の本数以上含む。換言すれば、光検出部１４は、その受光面１５に二次元に配列した複数の受光素子１６を有し、複数の受光素子１６の数は、光ファイバ５の数と伝播光７に設定される波長の数の積以上に設定されている。
　例えば図３に示すように、光検出部１４は、複数の受光素子１６が二次元に配列した単一の光センサ（所謂光エリアセンサ）によって構成される。受光素子１６は、例えばＩｎＧａＡｓフォトダイオードである。単一の光センサの採用は、漏洩光計測装置１２の小型化、及び回路構成の簡略化にも寄与する。
　受光素子１６は、受光面１５において互いに直交するＸ方向及びＹ方向に配列している。例えばＸ方向は光ファイバ５の配列方向と平行である。この場合、Ｙ方向は波長分離部１３による光の分散方向と平行である。Ｘ方向に配列する受光素子１６の数は、伝播光７に設定される波長の数以上に設定されている。従って、波長の異なる漏洩光８の像（図５参照）の全てを、二次元に配列した受光素子１６で個別に（即ち分離可能に）受光することができる。なお、受光面１５のＸ方向と光ファイバ５の配列方向は、厳密な平行に限られない。これは、受光面１５のＹ方向と光の分散方向についても同様である。このような制約は、例えば受光素子１６の密度を増やすことで緩和できる。
　光検出部１４は、受光素子１６が一次元に配列した複数の光センサ（所謂光ラインセンサ）によって構成されてもよい。この場合、光検出部１４は、光ファイバ５の本数に等しい数だけ光センサを含む。また、これらの光センサは、その受光素子１６が、素子列１７として光の分散方向に沿って配列するように配置される。各光センサは、対応する光ファイバ５の漏洩光８を受光する必要があるため、波長分離部１３は、例えば、複数のアレイ導波路回折格子(AWG: Arrayed Waveguide Grating)によって構成される。各アレイ導波路回折格子は、対応する光ファイバの漏洩光８を受け、その漏洩光８の波長に応じて、光検出部１４（光ラインセンサ）の受光面１５上の異なる位置に当該漏洩光８を導く。なお、波長分離部１３としてアレイ導波路回折格子を採用した場合は、出射光の位置が特定しやすいため、上述の光センサに変えて、複数の受光素子１６のそれぞれを単一のフォトダイオードで構成してもよい。
　光ファイバ５が双方向通信に用いられている場合、光ファイバ５の曲げ部６からは、互いに反対方向に進行する２つの伝播光７のそれぞれの漏洩光８が出射する。漏洩光８は、伝播光７の伝播方向において光ファイバ５が曲がり始めた箇所（即ち、曲げ部６における上流側の部分）から、一次の漏洩光として最も強く漏洩する。従って、双方向通信の場合は、これらの光のそれぞれを受光するように、２つの漏洩光計測装置１２を配置してもよい。
　演算処理部２０は、例えば、図１Ｂに示すような汎用的なコンピュータである。演算処理部２０としてのコンピュータは、ＣＰＵ(Central Processing Unit、プロセッサ)２１と、メモリ２２と、ストレージ２３(HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive)と、通信装置２４と、入力装置２５と、出力装置２６と、モニタ等の表示部２７とを備える。メモリ２２及びストレージ２３は記憶装置である。このコンピュータにおいて、ＣＰＵ２１がメモリ２２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、各漏洩光８の測定、強度計算、及び強度表示などの光モニタデバイス１０の機能が実現される。
　演算処理部２０は、上述のコンピュータによって構成されてもよく、ネットワーク上に実装される仮想マシンであってもよい。演算処理部２０によって実行されるプログラムは、HDD、SSD、USB (Universal Serial Bus)メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、例えば非一時的な(non-transitory)記録媒体である。なお、演算処理部２０は表示部２７に表示させるための信号を外部の装置に出力してもよい。この場合、表示部２７は省略できる。
　演算処理部２０は、漏洩光計測装置１２が受光した漏洩光８の強度と、予め設定された伝播光７と漏洩光８の間の対応関係とに基づいて、複数の光ファイバ５のそれぞれにおける伝播光７の強度を波長ごとに算出する。この対応関係は、具体的には各光ファイバ５に対して得られる伝播光７と漏洩光８の間の強度比であり、この強度比を用いて漏洩光８の強度から伝播光７の強度を逆算することができる。なお、この対応関係は後述の測定によって取得され、例えばストレージ２３に予め記録されている。
　本実施形態に係る光強度測定方法は、上述の光モニタデバイス１０を用いて次のように遂行できる。まず、曲げ付与部１１の移動により、複数の光ファイバ５のそれぞれに曲げ部６を形成する。次に、漏洩光計測装置１２を用いて、各光ファイバ５内を伝播し複数の帯域の波長をもつ伝播光７の曲げ部６からの漏洩光８を波長分離した上で受光する。次に、演算処理部２０を用いて、受光した漏洩光８の強度と、予め設定された伝播光７と漏洩光８の間の対応関係とに基づいて、複数の光ファイバ５のそれぞれにおける伝播光７の強度を波長ごとに算出する。
　次に、伝播光７と漏洩光８の間の対応関係を取得する手順について説明する。図４Ａは、伝播光７と漏洩光８の間の対応関係を取得するための構成の一例の第１状態を示す図である。図４Ｂは、図４Ａに示す構成の第２状態を示す図である。図５は、光検出部１４に受光面１５に現れる漏洩光８の像の一例を示す図である。
　説明の便宜上、対応関係の取得に使用されるＭ本の光ファイバ５を光ファイバＦｒ１～ＦｒＭと称する。また、光ファイバＦｒ１～ＦｒＭのそれぞれの伝播光７に対してＮ個の波長帯域Ｌ１～ＬＮの波長が設定されるものとし、光検出部１４は上述の受光素子１６としてＩ個の受光素子Ｍ１～ＭＩを有するものとする（図３参照）。
　図４Ａに示すように、上述した光モニタデバイス１０の各構成に加えて、複数の光源３３、光合波器３４、可変光減衰器３５、光切替器（光選択器）３６、及び光強度測定器（パワーメータ）３７が用意される。
　各光源３３は、波長帯域Ｌ１～ＬＮの何れかの波長をもつ光を生成する。波長帯域は光ファイバＦｒ１～ＦｒＭによる通信を想定して設定される。光源３３によって生成された光は、演算処理部２０の制御によって、波長帯域Ｌ１から波長帯域ＬＮまで順番に光合波器３４に出力される。
　光合波器３４は各光源３３から光の光路を単一の光路に合流させる。光合波器３４は、例えば、アレイ導波路回折格子(AWG: Arrayed Waveguide Grating) によって構成される。
　光合波器３４を通過した光は、当該光の強度を調整する可変光減衰器３５を通過し、光切替器３６を経て、Ｍ本の光ファイバＦｒ１～ＦｒＭのうちの何れか１つに伝播光７として入射する。なお、可変光減衰器３５による光の強度調整、及び光切替器３６における光路の切り替えは、例えば演算処理部２０が制御する。光強度測定器３７は光ファイバＦ１～ＦＭから出射した光を受け、その強度を測定する。
　図４Ａに示す第１状態では、曲げ付与部１１によって光ファイバＦｒ１～ＦｒＭに曲げ部６が形成されている。従って、曲げ部６からは漏洩光８が出射し、出射した漏洩光８は漏洩光計測装置１２によって測定される。
　例えば、伝播光７に３つの波長帯域の波長が設定され、且つ、その光が伝播光７として４本の光ファイバＦｒ１～Ｆｒ４に入射した場合、光検出部１４の受光面１５には、光ファイバＦｒ１～Ｆｒ４に対応する４つの列のそれぞれに、波長に応じて位置の異なる３つの漏洩光８の像８ａ、８ｂ、８ｃが出現する（図５参照）。なお、これらの像のうちの互いに隣接する２つの一部は、互いに重畳していてもよい。
　可変光減衰器３５を用いて、光ファイバＦｒ１から曲げ部６を通過した後の伝播光７の強度が基準強度Ｐｒとなるように調整し、このときの受光素子Ｍ１～ＭＩでの漏洩光８の強度を測定する。この測定によって、光ファイバＦｒ１内を波長帯域Ｌ１の伝播光７が伝播し、且つ、曲げ部６を通過した後の伝播光７の強度が基準強度Ｐｒだったときの、受光素子Ｍ１～ＭＩにおける漏洩光８の強度ｒ１１１～ｒ１１Ｉを取得することができる。光ファイバＦｒ１に対して同様の操作を波長帯域Ｌ２～ＬＮについて行う。更に光ファイバＦｒ２～ＦｒＭに対しても、同様の操作を波長帯域Ｌ１～ＬＮについて行い、伝播光７と漏洩光８の間の強度の対応関係（換言すれば、光ファイバＦｒ１～ＦｒＭと受光素子Ｍ１～ＭＩとの対応関係）を示す次の式（１）を得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、値ｒＡＢＣは、光ファイバＦｒ１～ＦｒＭのうちのＡ番目の光ファイバから、波長帯域Ｌ１～ＬＮのうちのＢ番目の波長帯域の光が漏洩したときに、光検出部１４の受光素子Ｍ１～ＭＩのうちのＣ番目の受光素子が受光した光強度である。この値ｒＡＢＣは、光ファイバを変えても殆ど変化しない。従って、値ｒＡＢＣを一度取得し、演算処理部２０のストレージ２３等に記憶させておき、以下の演算処理によって、他の光ファイバの伝播光の強度を算出することができる。
　次に、波長帯域Ｌ１～ＬＮの波長多重通信を行う環境に対して、光モニタデバイス１０を適用した場合を想定する。例えば図１に示すように、光モニタデバイス１０は、曲げ付与部１１を用いて光ファイバＦ１～ＦＭの曲げ部６を形成する。一方、波長帯域Ｌ１～ＬＮの波長の伝播光７が、光ファイバＦ１～ＦＭ内を伝播している。このような状態において、曲げ部６を通過した後の伝播光７の強度がそれぞれＰ１１～ＰＭＮであると仮定する。ここで、ＰＭＮは光ファイバＦＭの曲げ部６を通過した伝播光７のうち、波長帯域ＬＮの波長の光の強度である。
　各受光素子Ｍ１～ＭＩで検出される漏洩光８の強度Ｏ１～ＯＩは、波長帯域Ｌ１～ＬＮのそれぞれの波長をもち、光ファイバＦ１～ＦＭの曲げ部６を介して受光面１５に到達する光の強度の和となり、以下の式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　従って、各光ファイバＦ１～ＦＭを伝播する伝播光７が曲げ部６を通過した後の各波長帯域Ｌ１～ＬＮにおける強度は以下の式（３）で算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 但し、行列の右肩の添え字「＋」は一般逆行列を表している。例えば、演算処理部２０が式（３）を用いた演算を行うことによって、曲げ部６を通過した後の伝播光７の強度を、光ファイバＦ１～ＦＭ毎に且つ波長帯域毎に算出することができる。また、演算処理部２０が、算出した値を表示部２７等に表示させることで、光モニタデバイス１０の操作者はその強度を確認することができる。
　なお、曲げ部６を通過する前の伝播光７の強度を、光ファイバＦ１～ＦＭ毎に且つ波長帯域毎に算出することもできる。この場合、図４Ｂに示すように、曲げ付与部１１を光ファイバＦｒ１～ＦｒＭから退避させ、曲げ部６が形成されていない第２状態を設定する。次に、この状態を維持したまま、光ファイバＦｒ１～ＦｒＭのそれぞれに対して波長帯域Ｌ１～ＬＮ毎の基準強度Ｐｒを設定する。さらに、図４Ａに示す第１状態に移って、漏洩光８の強度ｒ１１１～ｒＭＮＩを取得する。その後、図１Ａに示す光ファイバＦ１～ＦＭ（図１参照）からの漏洩光８の強度Ｏ１～ＯＩを光モニタデバイス１０によって測定し、その測定値に対して式（３）の演算を行うと、曲げ部６を通過する前の伝播光７の強度を、光ファイバＦ１～ＦＭ毎に且つ波長帯域毎に算出することができる。
　本実施形態によれば、複数の光ファイバのそれぞれの漏洩光を一括して、波長帯域毎に測定することができる。また、伝播光と漏洩光の間の強度の対応関係（光ファイバと受光素子との対応関係）を予め取得し、この対応関係に基づいて上述の演算を実行することによって、複数の光ファイバを伝播する光の強度を、光ファイバ毎に且つ波長帯域毎に一括で測定することができる。
　なお、本開示は上述の実施形態に限定されない。即ち、これらの実施形態は例示したものに過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
４　光テープ心線
５　光ファイバ
６　曲げ部
７　伝播光
８　漏洩光
８ａ～８ｃ　像
１０　光モニタデバイス
１１　曲げ付与部
１２　漏洩光計測装置
１３　波長分離部
１４　光検出部
１５　受光面
１６　受光素子（画素）
１７　素子列
２０　演算処理部
３１　光送信器
３２　光受信器
３３　光源
３４　光合波器
３５　可変光減衰器
３６　光切替器（光選択器）
３７　光強度測定器（パワーメータ）
Ｆ１～ＦＭ　光ファイバ
Ｆｒ１～ＦｒＭ　光ファイバ

Claims (7)

  1. 　光モニタデバイスであって、
    　複数の光ファイバのそれぞれに曲げ部を形成する曲げ付与部と、
    　各前記光ファイバ内を伝播し複数の波長をもつ伝播光の前記曲げ部からの漏洩光を波長分離した上で受光する漏洩光計測装置と
    を備える光モニタデバイス。
  2. 前記漏洩光計測装置は、
    　各前記光ファイバの前記漏洩光の波長を分離する波長分離部と、
    　前記波長分離部から出射した前記漏洩光を受光する光検出部と
    を含み、
    　前記光検出部は、前記漏洩光を前記光ファイバごと且つ前記伝播光に設定される前記波長ごとに個別に受光可能に配置された複数の受光素子を含む
    請求項１に記載の光モニタデバイス。
  3. 　前記光検出部は、前記複数の受光素子として、前記伝播光に設定される前記波長の数以上の数の受光素子を含む素子列を、前記複数の光ファイバの本数以上含む
    請求項２に記載の光モニタデバイス。
  4. 　前記光検出部は、前記素子列の並列によって前記受光素子が二次元配列した単一の受光面を有する
    請求項３に記載の光モニタデバイス。
  5. 　前記波長分離部は波長分散型の光学素子によって構成されている
    請求項２～４のうちの何れか一項に記載の光モニタデバイス。
  6. 　前記漏洩光計測装置が受光した前記漏洩光の強度と、予め設定された前記伝播光と前記漏洩光の間の強度の対応関係とに基づいて、前記複数の光ファイバのそれぞれにおける前記伝播光の強度を波長ごとに算出する演算処理部を更に備える
    請求項１～４のうちの何れか一項に記載の光モニタデバイス。
  7. 光強度測定方法であって、
    　複数の光ファイバのそれぞれに曲げ部を形成し、
    　各前記光ファイバ内を伝播し複数の帯域の波長をもつ伝播光の前記曲げ部からの漏洩光を波長分離した上で受光し、
    　受光した前記漏洩光の強度と、予め設定された前記伝播光と前記漏洩光の間の強度の対応関係とに基づいて、前記複数の光ファイバのそれぞれにおける前記伝播光の強度を波長ごとに算出する
    光強度測定方法。
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