JP2005229598A

JP2005229598A - ファイバ損失の能動型モニタ装置及び方法

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Publication number: JP2005229598A
Application number: JP2005026353A
Authority: JP
Inventors: Alan F Evans; フランクエバンスアラン; Stuart Gray; グレイスチュアート; Venkatapuram S Sudarshanam; スリラマンスダルシャナンヴェンカタプラン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2004-02-11
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2005-08-25
Also published as: EP1564913A2; CN1655481A; EP1564913A3; US20050174563A1

Abstract

【課題】ファイバ上のファイバ小損失を検出するシステムである。
【解決手段】ファイバ１０４に接続されて第１波長を有する第１チャネル１０６と、ファイバ１０４に接続されて前記第１波長とは異なる第２波長を有する第２チャネル１０８とを含む。少なくとも１つの光検出回路１１０が、モニタ点１１２においてファイバ１０４に接続されて第１チャネルと第２チャネルとの間のパワー比率の変化を検出してファイバ１０４に沿った何れかの位置のファイバ通信小損失１０２を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ通信に関し、特に、光ファイバ通信におけるファイバ故障検出に関する。

光ファイバ通信ネットワークは、光信号形状のデータを非常に良好な信号品質で高データレートにて搬送するのに光ファイバを用いる。信号品質は、例えば、経年変化の他、部品故障等の自然発生的な損失事象により劣化するはずである。ネットワークにおいて、光信号は送信機により発生されて光ファイバをわたって受信機に送信される。

ネットワークの機密性は益々重要になって来ている。残念なことには、光ファイバは攻撃に対して脆弱である。例えば、攻撃者は、単一モード又はマルチモード光ファイバを曲げることでファイバを通る伝播光の１部を傍受すなわちタッピング（tapping）することができる。攻撃者は、次いで、受信機において有意な信号損失をもたらすとなく、光ファイバにより搬送される光信号にて伝播するデータを盗聴することができる。かくの如くして、ネットワークの機密性は誰知ることなくファイバリンクで損なわれる得るのである。

現在の商用的なフィールド内光監視は、（通常はエルビウム増幅のＣ帯域に対して）１５１０ｎｍ又は（通常はエルビウム増幅のＬ帯域に対して）１６２５ｎｍの波長の単一の光監視チャネル（ＯＳＣ）を用いている。これらの波長の１つで廉価かつ広波長スペクトルのファブリ・ペロ・レーザが、増幅器ハット（hut）間すなわちノード間の伝送リンクの健全性情報を低データレートにて送信する。前置及び後置増幅器の各組み合わせにて、ＯＳＣ信号が前置増幅器への入力点で光フィルタにより抽出されて電気的に検出され、後置増幅器の増幅出力点でＯＳＣフィルタにより該ファイバに再注入され、これによりフィードフォワード方向に伝播する。この監視チャネルの機能は、光学的導通性をチェックし、該増幅器のパワー損失をモニタし、次いで、従前のネットワーク要素から多様な種類の警報を送出することである。該受信機の雑音対信号比率が減少して検出ビットエラーが発生する如く、増幅器内の入力ＯＳＣ信号がある値、典型的には１ｄＢよりも下がる時に警報が起こされる。チャネルパワーにおける同様の変化は、ビットエラーレートまたはファイバ品質に影響を与えないことから必ずしも警報されない。

他の商業上入手多能なネットワークモニタとして、各チャネルのパワースペクトルを与えるものがある。光学的クロスコネクト、動的利得平坦化フィルタ、スペクトルパワー等価器、及び固定または可変の波長アド（add）／ドロップ（drop）ノードを介して光学的な透過性がシステムに導入されることから、全ての光学的スペクトル情報が重要になる。スペクトル上の知見は、何らかの波長依存装置、すなわち、パワースペクトルを制御するためのフィードバック制御ループ内で用いられる装置の信頼動作を保証する。かかる機能をファブリ・ペロ・キャビィティまたは回折格子を用いて行う多様な単品の光学装置またはファイバベースの商用装置が市場には存在する。

光学的モニタリングの第３の形態は、光学的時間領域反射率計（ＯＴＤＲ）である。ＯＴＤＲは、光ファイバにおける分散したまたは別々の光学的減衰の探針として、パルス化あるいは便宜的にゲート制御されたファブリ・ペロ・レーザ・ダイオードのレイリー後方散乱を用いる。しかし、ＯＴＤＲは、通常、初期設置時又は故障修理時の何れかの時に熟練者により用いられるスタンドアロン型の測定装置である。連続したフィールド内ＯＴＤＲモニタリングは通常はなされない。１つの理由は、通常、インライン光増幅器の入力及び出力アイソレータのために光伝送リンクが単方向性であることである。

本発明の課題は、光ファイバリンクをモニタリングして管理するための改善された方法及びシステムを提供することである。特に、ファイバリンクの完全性及び品質をコスト上有効にモニタリングして管理することが求められる。

本発明の１つの特徴は、ファイバ上のファイバ小損失を検出する方法及びシステムであり、該ファイバに接続され第１波長を有する第１チャネルと、該ファイバに接続され該第１波長と異なる第２波長を有する第２チャネルとを含み、少なくとも１つ光検出回路がモニタ点において該ファイバに接続され該第１チャネルと第２チャネルとの間のパワー比率の変化を検出して該ファイバに沿った何れかの位置におけるファイバ通信小損失を検出する。

他の特徴において、本発明は、該第１及び第２チャネルのためのＯＳＣフィルタを含む。

本発明の付加的な特徴及び利点は、引き続く詳細な説明において述べられると共に、当該記載から或いは添付の図面のみならず引き続く詳細な説明及び請求項を含む記載のように本発明を部分的に実施することにより当業者にとって容易に明らかとなる。

前述の概要延び引き続く詳細な説明の両方は本発明を単に例示ものであり、請求される如き本発明の性質及び性格の理解を与えるために、その全体像又は骨格を提供することが意図される。添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれるものであり、本開示に組み入れられて本明細書の一部を構成する。該図面は、本発明の１つ以上の実施例を示し、本説明と共に本発明の原理と動作の解説を供する。

ファイバを曲げることは、権限の無い利用者が情報盗聴の目的のために接続光出力をなす１つの方法である。他の自然発生的ファイバ損失事象は波長依存性を有するはずである。

図２を参照すると、マンドレルの周りにファイバを曲げることに起因する波長依存損失がグラフ化されている。この波長依存性によって、２つの異なる波長における光パワーの比率がどの変化に対しても連続して測定され、ファイバタッピングまたは更なる検証を要する自然発生事象の印として用いられ得る。金属マンドレル周りに巻かれるコーニング社製ＳＭＦ２８の如き単一モードファイバの波長依存製損失が例として示されている。マンドレル半径及び巻き角（ここでは１回巻きは３６０度である）が損失量を画定し、この例では、角度を変化させることで１５５０ｎｍ波長において、０．２５ｄＢ（曲線２０２）、０．５ｄＢ（曲線２０４）または１ｄＢ（曲線２０６）に設定されている。半径における変化は、波長曲線で若干の異なる歪みを伴うものの同様の単調増加を呈している。マルチモードファイバまたは他のタイプの適当なファイバは他の波長依存損失値を有するであろう。

ここで、添付の図面に示されている本発明の好ましい実施例が詳細に参照される。可能な限り、各図面を通して同一の参照符号は同一または同様の部分を指示している。本発明によるシステムの１つの例示が図１に示され、該システムは全体を通して参照符号１０で参照される。

図１を参照すると、システム１０は、ファイバ１０４に接続され、第１波長を有する第１チャネル１０６を用いてファイバ１０４におけるファイバ小損失１０２を検出する。第１波長とは異なる第２波長を有する第２チャネル１０８もファイバ１０４に接続される。少なくとも１つの光検出回路１１０がモニタノード点１１２でファイバ１０４に接続され、該第１及び第２チャネル間のパワー比率における変化を検出し、ファイバ１０４に沿った何れかの位置におけるファイバ小損失１０２を検出する。前の値または閾値から現在値へのこのパワー比率変化は、図１の光検出回路１１０と協働して検出器すなわち検出回路の一部を役割を担うコントローラ１２０により検出される。

従って、ファイバ経路１０４により結合された少なくとも２つのノード１１２及び１１４を有するこのシステム１０において、多様な構成にてノード１１２または１１４のうちの１つにおいてファイバ小損失状態を検出する方法が達成され得る。該方法は、第１及び第２マーカ波長を発生するステップを含む。選択される何れかのノードで、発生された第１波長と第２波長との間のパワー比率の変化がコントローラ１２０により連続してモニタされ得る。

何らかの適切な光ファイバがファイバセグメントすなわちリンク１０４の一部として用いられ得る。ファイバ１０４の単一スパンのみの完全性を維持するだけに、上流側の１端に送信機１０１を用い下流側の他端に受信機（図１には図示されず、図７において参照符号１０７により示されている）を用いるシステム１０の単純な使用がある。ファイバ１０４の単一スパンのみの完全性を維持するだけに、上流側の１端に送信機１０１を用い下流側の他端に受信機（図示せず）を用いるシステム１０の単純な使用の代わりに、ファイバタッピングを検出するシステムもまた増幅器を備えるシステムに適用できる。

図１のシステム１０が長距離光ファイバに用いられた場合には、光パワーは距離に従って通常減衰することからインライン増幅器を用いて光パワーレベルを増強することが必要である。インライン増幅を提供するには、エルビウムアドファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が用いられる。通常、前置及び後置増幅器からなる１組が１つのＥＤＦＡを形成する。通常、光ファイバネットワークは、ノード１１２に有り得る送信ターミナル１０１と、ファイバ１０４の如き伝送路と、ノード１１４にある受信機ターミナルとを含む。変形例として、システム１０は、網状ネットワーク、環状ネットワーク、アド／ドロップ線形チェイン、或いは他のネットワークの一部であっても良い。もちろん、送信及び送信ターミナルが、２方向伝送ラインまたは１対の伝送ラインを用いて送信受信の両方の動作を各々が行っても良い。また、伝送ラインすなわちファイバ１０４は、１つ以上の光ファイバまたは光ファイバセグメントを含むんでも良い。波長分割多重器（WDM）の如きマルチチャネル伝送ターミナルが、別々の波長の各々において幾つかの光信号（またはチャネル）を提供する。異なる容量のために例えば１６または３２個のチャネルの如きある数のチャネルが用いられ得る。

マーカ波長は、ＯＳＣ波長、ＯＴＤＲ信号または他の保証（guarantee）された波長で有り得る。何らかの適切な波長で該マーカ波長が常に存在することのみが求められる。これは、ファイバ１０４上でデータ搬送をなすデータ信号が在るか否かに関わらず、或いはマルチチャネル光システムにおけるファイバリンク１０４がその最小容量、その最大容量または該最小及び最大容量の間の中間容量で動作しているかに関わらずに求められる。かかるマーカまたは保証化チャネルが、外部の普通のデータ信号帯域から好適に選択される。該帯域は、（１つ以上のＯＳＣ波長及び他のテレメトリチャネル波長の如く）利得を与えるある波長または波長群になお在るか、或いは他の何らかの適切な波長または波長群に位置するものであっても良い。しかし、コントローラ１２０によりパワー比率を計算するために、保証化またはマーカチャネルの如き帯域内波長の使用もまたなされ得る。

図６を参照すると、第１及び第２波長λ１及びλ２は、図１におけるモニタ点１１２で、且つ該ファイバの単一モードカットオフ波長付近から、該ファイバの減衰が単一モードカットオフ波長での減衰から２ｄＢを超える最長波長に至る帯域内で、略０ｄＢを超えるパワーレベルを有する。好ましくは、該第１及び第２波長λ１及びλ２の選択においては、例えば、第１波長λ１が帯域内データ信号のためのＣ帯域またはＬ帯域の信号波長より短くなるように選択され、さらに、第２波長λ２がＣ帯域またはＬ帯域の信号波長よりも長く選択される。

これらの第１波長λ１及び第２波長λ２を提供するために、好ましくは、監視チャネルが該ファイバを接続される。かかるチャネルを接続するには幾つかの方法が有り、ＷＤＭまたはＯＳＣフィルタの如く、３ポートまたは４ポートのフィルタ装置の何れかを用いて図１に示される如く同一の包括的な機能を実現する。例として、３ポート装置を採った場合、米国特許６，４１７，９６４号に説明される如く、反射型アイソレータの縦体が３つ、４つまたはそれ以外のマルチポート光学装置であり得て、第１及び第２チャネルとして働く。

送信機または受信機ターミナルであるノードの代わりに、図１におけるかまたは図７の１０１及び１０３のように、幾つかの光増幅器構成が、図１に示される以外に、ノード１１２及び１１４に置かれ、ファイバを曲げる度合いの指標として波長依存性損失を連続的にモニタし得る。

図３を参照すると、波長依存性パワーモニタリングを介した不正操作（tamper）モニタリングを伴う光増幅器の第１実施例が示されている。前置増幅器であり得る第１増幅器３０４の入力点のパワータップカプラー３０２は総入力の小パーセント（〜１％）をタップする。これは、フィルタ化フォト検出器３２２及び３２４への入射である２つの部分に分岐されている。２つの波長間または波長帯域間の比率の変化はファイバすなわちケーブルの曲げ指標である。

図３に示されるように、前置増幅器３０４はその前端にパワータップ３０２を有し、該タップは、光のわずかな量（〜１％）を取得し、これをフィルタ化フォト検出器３２２及び３２４への入射である２つの経路３０３及び３０６に分岐して、フィルタ３１２及び３１４によりフィルタされる２つの波長λ１及びλ２間のパワー比率を提供し、コントローラ１２０により測定されるようにしている。２つの異なる波長間のパワー比率を測定するためには、帯域内パワーよりは好ましくは帯域外パワーであるべきである。というのは、該帯域内モニタパワーを抽出するのに用いられる入力タップ３０２またはフィルタ３１２及び３１４は、Ｃ帯域の場合で略１５３０ｎｍ乃至１５６５ｎｍの信号波長において損失を加え、増幅器３０の雑音対信号比率を劣化せしめるからである。可能な帯域外パワーの源は、増幅された自然放出、２つの帯域外光監視チャネル（ＯＳＣ）、または他の保証化されたチャネル若しくはマーカチャネルで有り得る。該ＯＳＣチャネルを用いた場合には、１つのＯＳＣチャネルは、予想される帯域内波長より短い波長（例えば１５１０ｎｍ）有するべきで、もう１つはより長い波長（例えば１６２５ｎｍ）を有するべきである。

図４を参照すると、波長依存性をパワーモニタを介した不正操作モニタリングを伴う光増幅器の第２実施例が示されている。図３におけるタップカプラー３０２及びこれに接続された１対のフィルタ３１２及び３１４の代わりに、１対のドロップフィルタ４０１及び４０２が第１増幅器３０４の入力点に挿入される。この例では、フィルタ４０１及び４０２が例示のＯＳＣ波長１５１０ｎｍ及び１６２５ｎｍの波長においてフィルタ処理を行い、フォト検出器３２２及び３２４に接続される。この代替的な構成は、第１増幅器３０４の入力点においてフィルタ４０１及び４０２を用い、帯域外光を２つのフォト検出器３２２及び３２４に切り替える。

第１及び第２のモニタ化波長すなわちチャネルを発生するために、好ましくは少なくとも２つの廉価な広波長域スペクトルのファブリ・ペロ・レーザ１１６及び１１８の各々が、１５１０ｎｍ（通常、Ｃ帯域のエルビウム増幅の場合）と１６２５ｎｍ（通常、Ｌ帯域のエルビウム増幅の場合）との波長における監視チャネル（ＯＳＣ）の如く、保証されたマーカ波長または他の波長の各１つで、複数の増幅器ハット間または複数ノード間の伝送リンク１０４の健全性に関する情報を低データレートにて送信する。前置及び後置増幅器の各組み合せにおいて、該ＯＳＣ信号が図４の前置増幅器３０４への入力点で光フィルタ４０１及び４０２により抽出され、電気的に検出されて、フィードフォワード方向に伝播するために後置増幅器５０６の増幅器出力点においてＯＳＣフィルタ５０２によりファイバ１０４に再注入される。好ましくは、１対の光監視チャネル（ＯＳＣ）フィルタ４０１及び４０２が前置増幅器の前に挿入されて、ＯＳＣ波長１５１０ｎｍ（Ｃ帯域増幅の場合）またはＯＳＣ波長１６２５ｎｍ（Ｌ帯域増幅の場合）からの光が対応するフォトダイオード（ＰＤ）３２２及び３２４上に切り替えられる。システム連続性の如きＯＳＣ情報はネットワーク管理システム４１０により解析される。新たな情報が生成されて伝送ファイバ１０４に再注入される。図示されないが、パワー比率情報のほかに他の重要な情報もまたネットワーク管理に適切に結びつけられる。

ＯＳＣ波長でのパワーを測定し１６２５ｎｍ乃至１５１０ｎｍのパワーを取得する光監視チャネルを用いる好ましいケースの場合、それらの損失比率は図２の曲線２０６のマンドレル半径の場合でＳＭＦ２８について０．６２ｄＢである。システム１０は、丁度この値未満にあるパワー比率の変化がコントローラ１２０により検知された場合に、モニタ及び警報をなすように設定され得る。これ故に、該警報は、絶対値で略０．３ｄＢ乃至略０．６ｄＢを超えた上昇で前測定値から現在値への変動が何時あったかを示すことになる。しかし、該上昇変化は略０．２ｄＢ乃至０．２５ｄＢ程度に低いはずである。この変化は、該ファイバに沿った何れかの場所におけるファイバ機密性侵害にその故障が起因する場合には、第１及び第２波長のうちの少なくとも１つにおける変化の結果であるべきである。故に、タッピング事象の検知及び警報をなし得ることは、光データ伝送におけるより高いレベルで機密性向上をネットワークユーザに提供する。また、パワー比率変化は，信号ビットエラーレートに影響を与える程ではない小損失変化に対する警報もでき、更なる検証を必要とする自然発生的な事象を示すことができる。さらにまた、該パワー比率変化は、不良（rouge）光パワーが既存の光信号チャネルの頂上（top）でのファイバ非線形性を発生するのに用いられる時にファイバ妨害（jamming）に対する警報をもなし得る。

パワー比率をモニタする時、信号妨害のための図６における望ましくない不良パワー６１０もまた検出される。もし伝送妨害の目的で、過剰なファイバ非線形性を導入することによりこの不良光パワー６１０が該ファイバ中に注入されたなら、ラマン励起として作用する不良パワーにより引き起こされるモニタリング信号に基づいて、該モニタパワー比率もまたラマン利得差分に従って変化する。１６２５ｎｍの１５１０ｎｍに対する比率は、減少する（該パワー比率変化の場合には負値）代わりに、不正操作または自然損失状態のために増大する、次いで、定常状態パワーの変化をモニタするように再び警報が設定される。それ故、パワー比率変動の正負に依存して、該ファイバ機密侵害が該ファイバに沿った何れかの位置で、検出されたファイバタップか、あるいはラマン接続点に挿入された不良信号の何れからであるかを、警報することができる。ラマンの場合、０．３ｄＢオーダ（ちょうどパワー測定不確定性を超える）の正のパワー比率変化が妨害を示すことになる。

オプションの高速スイッチ３３０が、図１の送信機１０１のヘッドエンド保護スイッチ（図示せず）に警報３４０を戻し送信するのにかかる時間よりも早く、データフローを遮断することができる。これにより、ファイバ中にバッファされたより少ないデータしか盗聴されないようにする。オプションの高速遮蔽スイッチ３３０は、損失比率変化がコントローラ１２０により検出された後に、ファイバ１０４のダウンの持続からデータを守る。故に、ファイバタップ検出に対して警報される信号遮蔽スイッチ３３０は、実際の実装として局所化された増幅器ステージ内に局所設置される。このスイッチ３３０は、図１の送信機１０１のスイッチよりもより高速に信号アクセスを切る。このようにして、追加された機密化機能は、第２すなわち後置増幅器の５０６の入力ノードにおいて最近接する上流の光増幅器内に置かれた高速光遮断スイッチ３３０により提供され、タッピング攻撃に対するデータ消失を最少化する。図１の送信機サイト１０１からの保護スイッチに依拠することは、不許可ユーザへのデータフローを遮断するにはあまりに長く時間（〜５０秒）がかかることから好ましいことではない。可能な限り最近接の位置にスイッチ３３０を設置することにより、最近接する上流の増幅器５０６の下流のファイバのみが意図されないユーザに対して光バッファとして働くことから、データ消失が最小化される。該下流のファイバは、当該ファイバ部分のデータが、たとえ上流の増幅器５０６が連続されるデータ伝送を遮断しても盗聴を停止できないことから、光バッファとして働く。

説明のために図１を再び参照すると、上流の増幅器５０６からファイバ破断点１０２までのファイバ長を「ｚ」で表される。潜在的な消失量（Ｄ）は以下の式で表される。

Ｄ＝Ｂ×（Ｌ−ｚ）／ｖ（式１）
ここで、Ｂはデータレートであり、ｖは光のファイバ中の速度であり、Ｌはファイバリンクセグメント１０４の長さである。

本発明は、該光バッファの長さを最小化する方法を教示している。第１に、最も有り得そうなタッピンク位置として上流の増幅器５０６近くの光信号の強度を考える。すなわち、ｚ＜＜Ｌである。それ故、式１に従って、上流のモニタリングでは、タッピングが検出された前でも、おおよそデータのうちのＢＬ／ｖの分（worth）を失う。しかし、上流のモニタリングは、図４のフィードフォワード経路４０４とは対比をなすフィードバックワード経路７０４に、図１に示される如きデータ信号に関したモニタリング信号を反対伝播することにより達成される。

図１の反対伝播すなわちバックワード経路７０４において、同一で少なくとも２つの廉価且つ広波長スペクトルを備える図４のファブリ・ペロ・レーザ１１６及び１１８は、保証された波長、マーカまたは他の波長、例えば、（通常、エルビウム増幅のＣ帯域に対して）１５１０ｎｍ及び（通常、エルビウム増幅のＬ帯域に対して）１６２５ｎｍの波長での監視チャネル（ＯＳＣ）の如き波長のうちの１つを各々が使って、増幅機ハット間すなわちノード間の伝送リンク１０４の健全性に関する情報を各々送信する。前置及び後置上流増幅器の各セットにおいて、ＯＳＣ信号は、図１における前のすなわち下流の後置増幅器５０６の出力点で１組の光フィルタ３１２により抽出され、電気的に検出され、フィードバックワードに伝播するために前置増幅器５０８の増幅器入力点でＯＳＣフィルタ１０６及び１０８によりファイバ１０４に再注入される。好ましくは、光監視チャネル（ＯＳＣ）フィルタ３１２の１対が後置増幅器５０６の後ろに挿入され、ＯＳＣ波長１５１０ｎｍ（Ｃ帯域増幅器の対して）または１６２５ｎｍ（Ｌ帯域増幅器の対して）からの光が対応するフォトダイオード（ＰＤ）３２２及び３２４上に切り替えられる。

反対伝播のケースでは、消失データはＢｚ／ｖだけである。双方向モニタリングがより好ましい。この双方向モニタリングは、図７において示されるように図１及び図４の組み合わせにより実装され得る。

図７を参照すると、双方向モニタリングが示され、ここではアクセスがタップ位置で独立に切断される得る。サーキュレータが用いられない場合、双方向モニタリングはフォワード及びバックワード方向のために異なる１対のＯＳＣ波長が必要となる。図１のシステムのスイッチ３３０により既に発生しているタッピング位置の上流の最初のノードに警報が搬送される必要がなおある。

検出回路が増幅器を通したデータにより採られる経路とは分離していることから、検出が２段増幅器のうちの前置及び後置増幅器間のみならず、なんらかの他の所望ファイバ経路を除いて、選択されたファイバスパンに含まれる０乃至１つまたはそれ以上の増幅器によって検出が可能である。例えば、ネットワークの完全性をモニタリングするためのＯＳＣ波長が、たとえシステム１０に増幅器を伴わなくても、存在するはずである。破線のブロックは、送信器１０１及び受信機１０３のみからなるシステムを表し、インターリーブＯＳＣフィルタ、検出器及びレーザがある。

他の例として、レーザ１１６及び１１８並びに１１６’及び１１８’、そしてフォトダイオード３２２及び３２４並びに３２２’及び３２４’の構成が、２段増幅器３０４及び５０６並びに３０４’及び５０６’間に置かれるファイバのスパンに対する双方向モニタリングを提供する。

他方、検出経路が単一の２段増幅器サイト内で有り得る。好ましくは、該検出経路が各ネットワークノードすなわち増幅器サイトの前置増幅器の３０４”の入力点に接続される。

より一般的な検出経路において、１対のフォトダイオード３２２””及び３２４””が前のノードから送信されるＯＳＣ波長λ４及びλ３を受信し、１対のＯＳＣフィルタ３１２’がフィードフォワード方向で前置増幅器３０４の前で、該ファイバの外でこれらの波長に繋がれる。１対のレーザ１１８”及び１１６”が、該ＯＳＣ波長λ４及びλ３を、２つのＯＳＣフィルタ１０６’及び１０８’を通して該ファイバ内に且つ次の増幅器３０４の方向に注入する。

フィードバックワード経路において、１対のレーザ１１６””及び１１８””が、該ＯＳＣ波長λ１及びλ２を、２つのＯＳＣフィルタ５０２を通して、前の２段増幅器の後置増幅器側にある前ノードに向けて該ファイバ内に戻り注入する。１対のフォトダイオード３２２”’及び３２４”’が、下流ノードにより送信されるＯＳＣ波長λ１及びλ２を検出し、１対のＯＳＣフィルタ４０１’及び４０２’が該ファイバの外でこれらの波長に繋がれる。

図８を参照すると、図７の反復化双方向モニタリングの１部分の場合のより単純な実施例が示されている。このケースでは、２つの波長セットを用いる代わりに、サーキュレータ８０１及び８０１’並びに８０２及び８０２’が増幅器と共に用いられ、フォワード及びバックワードのためにＯＳＣ波長の同一１対が用いられ。警報が再度、図１のシステムのスイッチ３３０で既に発生しているタッピング位置から上流の最初のノードに搬送される。

図７と同様に、レーザ１１６””及び１１８””並びに１１６’及び１１８’と、フォトダイオード３２２””及び３２４””並びに３２２’”及び３２４’”の構成が、フィルタ無しの使用であるが、図８における２段増幅器３０４及び５０６と２段増幅器３０４”及び５０６”との間に置かれるファイバ１０４のスパンに対して双方向モニタリングを提供する。フィードバックワード経路において、１対のフォトダイオード３２２”’及び３２４”’が前のノードにより送信されるＯＳＣ波長λ１及びλ２を受信し、サーキュレータ８０１’及び８０１と協働する１対のＷＤＭフィルタ４０１’及び４０２’が前置増幅器３０４”の前で該ファイバ外でこれらの波長に接続される。フィードバックワード経路上で連続して、１対のレーザ１１６””及び１１８””が、該ＯＳＣ波長λ１及びλ２を、２つのＷＤＭフィルタ３１２’及び１対のサーキュレータ８０２’及び８０２を通して、前の２段増幅器の後置増幅器側にある前のノードに向けて、該ファイバ内に戻り注入する。

フィードフォワード経路において、１対のフォトダイオード３２２””及び３２４””が上流ノードにより送信されるＯＳＣ波長λ１及びλ２を検知し、ＷＤＭフィルタ３１２’とサーキュレータ８０２’及び８０２とが、これらの波長に該ファイバ外で接続される。１対のレーザ１１８”及び１１６”が、ＯＳＣ波長λ３及びλ４を、２つのＷＤＭフィルタ４０１’及び４０２’とサーキュレータ８０１’及び８０１を通して、該ファイバ内に次の増幅器３０４に向けて注入する。

機密性光ネットワークにおける重要な機能は、システムとの疑わしい何らか干渉の位置を精確に特定する能力である。これは、光時間領域反射率計（OTDR）の技術を用いてなされ得る。ＯＴＤＲは、該ファイバ中に光パルスを送出し、レイリー散乱により該ファイバで反射された光をモニタする。反射光の時間依存性は、ファイバに沿った位置の関数としてその損失に関わる情報を提供する。しかし、在来の光ファイバ伝送リンクは、増幅器内の入力及び出力アイソレータがために単方向である。これらのアイソレータは、ＯＴＤＲパルスからレイリー散乱を遮蔽することにより、全リンク上でＯＴＤＲが実行されるを妨げる。

図９を参照すると、この問題を回避する１つの方法は、実証されるように後方散乱光のために代替経路を提供することである。この構成においては、前置増幅器３０４の入力点と後置増幅器の出力点とのアイソレータがサーキュレータ８０１及び８０２により置き換えられる。２つのサーキュレータ８０１及び８０２を接続することは、伝送リンクの開始点において用いられる図５の単一ＯＴＤＲユニット５４０に戻るように後方散乱光のための経路を提供する。後方散乱されるＯＴＤＲ光のための経路は、該ＯＴＤＲ波長を通過せしめるだけに選択されるフィルタ５１２と、光増幅器５３５として好ましくはＳＯＡとをオプションとして含み、ＯＴＤＲ信号に対して利得を提供する。

図５を参照すると、機密性増幅器の他の実施例が示され、ＯＴＤＲにパワー比率変化検出及び高速遮蔽スイッチングの２つの進歩的機能とを結合している。局所化の第３の進歩的機能が、在来の後方伝播経路５０４に、ＯＳＣドロップフィルタ４０１及び４０２とＯＳＣアドフィルタの対応セットと共になってレイリー散乱のためのオプション増幅を提供し、在来の入力及び出力アイソレータを各々代替している。ＯＳＣアドフィルタブロック５０２は図１と同一の個別ＯＳＣアドフィルタ１０６及び１０８で有り得るが、モニタ検出のフィードフォワード方向または反対伝播方向の何れが適切なアドまたはドロップフィルタを用いるのに望ましいかに依存して反対方向に配置される。

該増幅器の後置増幅器側に、ＯＳＣアドフィルタ５０２に接続された１対のＯＳＣレーザ源１１６及び１１８がある。また、該増幅器のこの側にスイッチ５３０’があり、ＯＳＣレーザ源１１６及び１１８とＯＴＤＲ経路５０４との間でスイッチングをなす。

同様に、もう１つの光スイッチ５３０がＯＳＣドロップフィルタ４０１及び４０２に接続される。光スイッチ５３０は、コントローラ１２０の１つの設定においてタップ方向に対して波長依存モニタ光を、あるいは、バックワード経路５０４のための他の設定において後方伝播レイリー散乱を切り替え得る。また、意図されるユーザにデータが失われる前に、第１増幅器３０４の入力点から図４のネットワーク管理センタ４１０に戻る警報３４０が用いられて、保護スイッチング再経路を初期設定する。スイッチ５３０及び５３０’はＯＴＤＲ５４０のために用いられるだけであり、信号のための保護スイッチング経路の一部をなすものではないことが評価される。

フォワードまたはバックワードモニタリングの何れにおいても、好ましくは、高速光スイッチ３３０は半導体光増幅器（ＳＯＡ）であり、これは実証される高速スイッチング時間１ｎｓで非常に高速にスイッチすることができる。

スイッチ５３０及び５３０’はより在来の光スイッチである。かかる在来の光スイッチは、光機械式装置、あるいはスイッチ内可動光部品を含む他のタイプであって、入力ファイバからの光を選択出力ファイバに光を切り替えることができる。かかるファイバ光スイッチの例としてはＪＤＳユニフェーズ社から入手可能なＭＯＭシリーズがある。

光ＳＯＡ５３５は、バックワード経路５０４においてＯＴＤＲ信号に更なる利得を提供すのに用いられ得る。それ故、増幅器内で局所的配置されたファイバタップ検出器３２２及び３２４に警報される信号遮蔽スイッチ３３０が本発明により教示される。

ファイバの波長依存性損失における何らかの変化を検出するために、ファイバリンク１０４の連続したパワー比率モニタリングを提供するために付け加えられる二、三の付加的なコンポーネントは、比較的安価且つ容易に入手可能である。連続したモニタリングは、タップ検出のレイテンシー（latency）を最小化する。教示の如く、より小さい損失（＜１ｄＢ）を目標とすることは、ビットストリーム中にエラーを引き起こすであろう光リンクの健全性に関してシステム管理者をして簡易フィードバックを可能とする。ＯＳＣ波長を用いることは、例えば、比較的大容量且つ標準的なレーザ１１６及び１１８、並びにフィルタ１０６、１０８及び３１２へのアクセスを保証する。これらの波長は既に使用されており、該波長を抽出し検出するコンポーネントが既に増幅器中にパッケージ化されている。本発明の教示によれば、進歩的な点は、ＯＳＣチャネルとそれらのパワー比率の連続モニタリングとの両方の使用にある。従来の商用的に入手可能な装置により提示されていない本発明の課題の幾つかは、ファイバタッピング事象の指標となる小パワードロップの検出及び局所化である。

また、ネットワーク不正操作警報３４０による警報は，図４のネットワーク管理４１０による伝送損失リンク特性化処理を起動し、波長依存損失が本当のタッピング事象であるか否かを判別する。タッピング損失は、高程度に局所化（＜１０ｃｍ）され、機密性中継機ハット設備外である傾向がある。損失の現場及び広がりを測定することは、集約化された位置にいるシステム管理オペレータをして波長依存性損失警報がタッピングに依るものかまたは自然事象に依るものであるかを判別することを可能とする。もしこれが自然事象に依る不具合警報である場合、ネットワーク管理コントロール３４０を介したオペレータは、保護スイッチ３３０をリセットして、元々の経路１０４に沿ったデータ伝送に復帰再切替することができる。

本発明の他の特徴は、単一の集約化事務局のＯＴＤＲ５４０と、全リンクに沿ったレイリー後方散乱を可能とする損失局所化のための特別設計のインライン増幅器の教示にある。在来の増幅器は、反対伝播信号パワーを遮蔽する入力及び出力アイソレータを有する。本発明は、フォワード方向経路１０４上のデータ信号（これは、レイリーフィルタ５１２により伝送されるＯＴＤＲ信号も信号帯域外であることを示している）ではないが、反対伝播経路５０４に沿ったＯＴＤＲ信号の後方散乱を優先的に通過せしめる構成を教示している。

ＯＴＤＲ５４０の波長を選択するには幾つかの候補がある。入力及び出力サーキュレータが、ＯＳＣフィルタの代わりに、２段増幅器の前または後ろに用いられたならば、ＯＴＤＲパルスがファイバスパン間で増幅される必要があるであろうことから、ＯＴＤＲ５４０は帯域内動作をなすことができる。既存の複数の増幅器内に、後方散乱されたＯＴＤＲ信号が送信機１０１でＯＴＤＲ５４０に戻るのを妨げるアイソレータが含まれていることから、バックワード伝播経路５０４が要求される。

他方、図５におけるようなＯＴＤＲフィルタを用いてＯＴＤＲ波長が好ましくはＯＳＣ波長すなわち帯域外である波長の１つで動作する。ファイバ１０４を介しネットワークを通してデータが送られている通常の動作において、ＯＴＤＲ５４０は使用されないが、ＯＳＣフィルタ４０１、４０２及び５０２が機密性をモニタするために用いられている。このケースでは、入力及び出力ノードの光スイッチ５３０及び５３０’が、ＯＳＣレーザ源１１６及び１１８並びにフォトダイオード３２２及び３２４をファイバ１０４に接続する。タッピング事象が疑われた時、データトラヒックは、別の保護ルートにスイッチされ、後方伝播ループ５０４における光スイッチ５３０及び５３０’はＯＳＣ波長の１つであるＯＴＤＲ信号が２段増幅器を迂回するように切り替える。

オプションとして、フィルタ５１２がどの選択波長にあってもＯＴＤＲ信号を送信し、帯域内信号をフィルタ処理する。伝送帯域対反射帯域のフィルタ設計が双方向信号を分離することで十分なクロストークを保証する。

在来の非機密化増幅器のための入力及び出力サーキュレータの如く、アド／ドロップフィルタ４０１、４０２及び５０２、あるいは進歩的な完全機密化された増幅器のための他の同様のコンポーネントは、フォワード伝播データ信号に対するアイソレータとして働き、反対伝播レイリー信号がバックワード方向５０４の増幅器を迂回するように切り替える。

バックワード経路５０４は、オプションのＳＯＡ増幅器５３５を有することで、集約化ＯＴＤＲのダイナミックレンジ制限を超えないようにしている。広帯域ＳＯＡ５３５からの利得は、伝送リンク全体を通して信号の要求ダイナミックレンジを保証する。さらに、ＳＯＡ５３５の利得を制御することで、フィルタ５１２の帯域内のＯＴＤＲ波長がスプリアス後方反射に基づいてレイジング（lasing）を行わないようにする必要がある。

多数経路干渉はレイリー信号がデータ信号帯域内にないため問題とはならない。第２光スイッチ５３０が、通常伝送動作モードにおいてフォワード方向伝播光をフォト検出器３２２及び３２４上への選択と、バックワードレイリー経路５０４でのＯＴＤＲ損失特性動作モードにおいてレイリー散乱光の再注入の選択とに用いられる。

パススルーＯＴＤＲ構成はタップ検出を志向するものであるが、故障位置または損失検出事象においても大きな利点を有する。中継器ハットを修理出動するのに熟練技術者を必要とする損失欠損を、送信機１０１に置かれる単一ＯＴＤＲ５４０は時単位ではなく秒単位で見つけることができる。オプションとして、多数パススルー波長の設計はとりわけ損失態様のより良い描写を与える。該設計はどのＯＴＤＲ信号波長と共に用いることのできる十分な柔軟性を有する。

ドロップ／アドフィルタをサーキュレータで置き換える如き、本発明の多様な改変及び変様が本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることは当業者にとって明らかである。従って、本発明は、かかる改変及び変様をそれらが添付の請求項の記載及び当該均等する範囲にあるならば包含することが意図されている。

本発明の第１の実施例を示している略図である。本発明に従って、図１の構成を使用した場合のパワー比率変化の基礎として、コーニング社の単一モードファイバＳＭＦ２８の波長依存損失を示しているグラフである。本発明の第２の実施例を示し、１つの増幅器ハット内の形態を示している略図であり、タップカブラ３０２並びにフィルタ３１２及び３１４で図１のＯＳＣフィルタ３１２が置き替えられ、図１における帯域外信号の代わりに帯域内信号のパワー比率の変化を検出している。本発明の第３の実施例を示している略図であり、フィードフォワード検出モニタリング経路４０４で、図１のフィードバックワード検出モニタリング経路７０４が置き替えられている。本発明の第４の実施例を示している略図であり、ＯＴＤＲバックワード経路５０４が図４のフィードフォワード検出経路４０４に付け加えられている。本発明に従って図１の構成を使用した場合の例示的なパワースペクトルである。本発明の第５の実施例を示している略図であり、本発明による双方向モニタリングが教示される。本発明の第６の実施例を示している略図であり、本発明に従って教示されるように、図７の双方向モニタリングを単純化するのにサーキュレータが用いられる。本発明の第７の実施例を示している略図であり、本発明に従って教示されるように、後方散乱光を経路設定している。

Claims

ファイバのファイバ小損失を検出するシステムであって、
前記ファイバに接続され、第１波長を有する第１チャネルと、
前記ファイバに接続され、前記第１波長とは異なる第２波長を有する第２チャネルと、
前記第１チャネルと前記第２チャネルとの間のパワー比率の変化を検出するモニタ点で前記ファイバに接続され、前記ファイバに沿った何れかの位置におけるファイバ小損失を検出する少なくとも１つの光検出回路と、
を含むことを特徴とするシステム。
請求項１記載のシステムであって、警報を発すると共に、前記モニタ点に近接する増幅器ハット内のスイッチ点で前記ファイバを切り離す警報スイッチをさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項１記載のシステムであって、前記モニタ点に接続されるスイッチ自在ＯＴＤＲフィードバック経路にＯＴＤＲパルスを送出する送信機の所に、前記ファイバ小損失のファイバに沿った位置を判別する光学的時間領域反射率計をさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項３記載のシステムであって、前記スイッチ自在ＯＴＤＲフィードバック経路において前記ファイバと接続されて、前記ＯＴＤＲパルスを増幅する半導体光増幅器（ＳＯＡ）をさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項１記載のシステムであって、前記第１及び第２チャネルは、第１及び第２光監視チャネル（ＯＳＣ）を発生する回路を含むことを特徴とするシステム。
請求項５記載のシステムであって、前記少なくとも１つの光検出回路は、以前に測定された値から検出される比率上の変化が略零である場合にはファイバ完全性が損なわれていないことを示し、前記変化が零を超えている場合には前記ファイバ完全性が損なわれていることを示す回路をさらに含むことを特徴とするシステム。
請求項６記載のシステムであって、前記第１及び第２ＯＳＣチャネルは、第１及び第２ＯＳＣフィルタの各々に対応して接続される第１及び第２レーザを含み、前記第１及び第２レーザは、略１５１０ｎｍの第１波長及び略１６２５ｎｍの第２波長を各々提供することを特徴とするシステム。
ファイバ経路により接続された少なくとも２つのノードを備えるシステムにおいて、前記ファイバ経路に沿ったファイバ状態を検出する方法であって、
前記ファイバ経路と接続されてフィードバックループをなすフィードバック経路を準備する準備ステップと、
前記ファイバ経路に沿って検出される変化に応じて、前記ファイバ経路のファイバ状態を測定する測定ステップと、
を含むことを特徴とする方法。
請求項８記載の方法であって、前記測定ステップは、
前記フィードバックループにおいて第１マーカ波長を発生するステップと、
前記フィードバックループにおいて第２マーカ波長を発生するステップと、
前記ノードの１つにおいて、該発生された第１マーカ波長と第２マーカ波長との間のパワー比率を検出する検出ステップと、
前記検出ステップが以前に測定された値から略零を超える比率上の変化を示している場合に、ファイバ完全性が損なわれていると判別するステップと、
前記検出ステップが以前に測定された値から略零に等しい比率上の変化を示している場合に、ファイバ完全性が損なわれていないと判定するステップと、を含み、
前記第１及び第２マーカ波長の各々は、異なる波長依存性ファイバ減衰を有する異なる波長を各々有する第１及び第２光監視（ＯＳＣ）チャネルであることを特徴とする方法。
請求項９記載の方法であって、前記準備ステップは、前記ファイバ経路において増幅器アイソレータをサーキュレータで置き換えるステップと、前記ファイバ経路の測定のために、前記フィードバック経路に信号増強をなす増幅器及びフィルタを挿入するステップと、を含むことを特徴とする方法。