JP2024014802A - 増幅ろ波ループバック（ａｆｌｂ）を有するマルチスパン光ファイバｄａｓシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＡＳ信号のレイリー散乱による損失を補償するセンシングシステムを提供する。【解決手段】分散型音響センシング（ＤＡＳ）システム１００は、ＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信するためのＤＡＳステーション１０４と、複数のスパンに沿って配置される複数のＤＡＳループバックアセンブリ１３０Ｎ，１４０Ｎと、を含む。複数のＤＡＳループバックアセンブリは、アウトバウンドＤＡＳ信号を個別に処理し、レイリー後方散乱信号を含む戻りＤＡＳ信号としてアウトバウンドＤＡＳ信号をＤＡＳステーションに戻す。複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの所定のＤＡＳループバックアセンブリは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と光ろ波機能を有するろ波機器とを含み、該増幅器は、ＤＡＳ信号のレイリー散乱による損失を補償し、且つ、該ろ波機器は、ＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送する。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０２２年７月２１日に出願された名称が「ＭＵＬＴＩＳＰＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＳＥＮＳＩＮＧ」であって、米国仮出願番号が６３／３９１０３８である発明の特許出願に対して、優先権の利益を主張するものであり、その全体を引用により本願に援用する。

本開示の実施例は、光通信システムの分野に関する。特に、本開示は、海底光ケーブルにおける分散型音響センシング（ＤＡＳ）の感度を拡張して向上させる技術に関する。

分散型音響センシング（ＤＡＳ）システムにおいて、光ケーブルは、光ケーブル付近の外乱又は異常の連続的なリアルタイム又はほぼリアルタイムな監視を提供するために使用可能である。言い換えれば、光ケーブル自体は、センシング素子として、自然のもの又は人為的なものにかかわらず、光ケーブル付近のローカルＤＡＳ環境（例えば、陸地環境、海洋）内又は外で発生する異なるタイプの破壊、干渉、不規則性、音響振動及び他の活動を検出又は監視するために使用可能である。そのため、ＤＡＳシステム光ケーブルに結合された光電子デバイス／機器は、ＤＡＳ環境における特定距離の範囲内の反射光信号（例えば、レイリー後方散乱信号）を検出して処理することができる。

通常、ＤＡＳシステムは、戻った光後方散乱信号の位相変化を測定するコヒーレントレーザパルスを用いて、光ファイバ光ケーブルを探知するように、質問ユニット（ＩＵ）としてのステーションを含んでもよい。パルス間の光位相シフトは、光ファイバにおける歪みに比例することにより、このような外乱による位相への影響に対する測定のような、振動の検出又は類似する場合の能力をもたらすことができる。例えば、ＤＡＳシステムはレイリー散乱（レイリー散乱に基づいたＤＡＳシステムとも呼ばれる）に基づくことができる。

従来の方法では、分散型センシングが＜５０ｋｍ～１５０ｋｍに制限され、且つ、１つのみの光ファイバスパンをセンシング可能である。使用されるセンシング光ファイバは、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）又は他の正分散を有する光ファイバタイプであってもよく、通常、低損失を表現し、これにより、より高いセンシング感度をもたらす。しかしながら、長距離海底光ケーブルについて、光ファイバスパンは５０ｋｍ～１００ｋｍのオーダーにあり、マルチスパン光増幅海底光ケーブルシステムは合計数百又は数千キロメートルに延伸することができる。そのため、知られているＤＡＳシステムのＤＡＳ範囲及びセンシング能力は著しく制限される。

上記及び他の考慮に関し、本開示が提供される。

１つの実施例において、センシングシステムを提供する。センシングシステムは、ＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信するように分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションを含んでもよい。該システムは、複数のスパンに沿って配置される複数のＤＡＳループバックアセンブリを含んでもよく、複数のＤＡＳループバックアセンブリは、アウトバウンドＤＡＳ信号を個別に処理し、アウトバウンドＤＡＳを戻りＤＡＳ信号として戻すように構成され、該戻りＤＡＳ信号はＤＡＳステーションへのレイリー後方散乱信号を含む。これにより、複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの所定のＤＡＳループバックアセンブリは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）とろ波機能を有するろ波機器とを含んでもよく、エルビウム添加光ファイバ増幅器は、ＤＡＳ信号におけるレイリー散乱による損失を補償するように構成され、且つ、ろ波機器は、ＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送するように構成される。

他の実施例において、光通信システムが提供される。光通信システムは、第１の経路に沿ってＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信し、第２の経路に沿ってアウトバウンドＤＡＳ信号から導出された戻りＤＡＳ信号を受信するための分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションを含んでもよい。光通信システムは、複数のループバックアセンブリをさらに含んでもよく、ループバックアセンブリは互いに離間して複数のスパンを限定し、複数のＤＡＳループバックアセンブリは、それぞれアウトバウンドＤＡＳ信号を処理し、それぞれ複数のレイリー後方散乱信号としてＤＡＳステーションに戻すように構成される。これにより、複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの所定のＤＡＳループバックアセンブリは、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と、ろ波機能を有するろ波機器とを含んでもよく、該増幅器は、ＤＡＳ信号におけるレイリー散乱による損失を補償するように構成され、且つ、該ろ波機器は、ＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送するように構成される。

他の実施例において、方法が提供される。該方法は、第１の経路でＤＡＳステーションからＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信することと、複数のループバックアセンブリのうちのＤＡＳループバックアセンブリでアウトバウンドＤＡＳ情報を処理することとを含んでもよい。該方法は、ＤＡＳループバックアセンブリにより処理された後に、アウトバウンドＤＡＳ信号から導出された戻りＤＡＳ信号をＤＡＳステーションに戻し、戻りＤＡＳ信号はレイリー後方散乱信号を含むことをさらに含んでもよい。したがって、ＤＡＳループバックアセンブリのアウトバウンドＤＡＳ信号の処理は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いてＤＡＳ信号におけるレイリー散乱による損失を補償することと、光フィルタを用いてＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送することとを含んでもよい。

本開示の実施例によるＤＡＳシステムの例示を示す。 １－スパン又は２－スパンを用いて１００ｋｍリンクのノイズフロアパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を監視することを示す図である。 １－スパン又は２－スパンを用いて１００ｋｍリンクの歪み感度を監視することを示す図である。 １－スパンを用いて４７ｋｍを監視し、１－スパンを用いて９８ｋｍを監視し、１３個の増幅スパン（６８１ｋｍリンク）を用いて最後のスパンを監視する条件間のノイズフロアＰＳＤ比較を示す図である。 １－スパンを用いて４７ｋｍリンクを監視し、１３個の増幅スパン（６８１ｋｍリンク）を用いて最後のスパンを監視する歪み感度を示す図である。 本開示の実施例による他のＤＡＳシステムのアーキテクチャを示す。 図４Ａにおけるシステムの操作の１つのシーンを示す。 本開示の実施例によるＤＡＳステーションのアーキテクチャを示す。

現在、以下で図面を参照しながら本実施例をより十分に説明し、例示的な実施例を示す。実施例の範囲は、本明細書で説明される実施例に制限されるものと解釈されるべきではない。逆に、これらの実施例は、本開示を徹底且つ完全にし、且つ実施例の範囲を当業者に完全に伝えるように提供される。図面において、類似する数字は常に類似する要素を指す。

図面に関する具体的な実施例を詳細に説明する前に、実施例に関する一般的な特徴を振り返る。ＤＡＳセンシング能力、特に地上と地下光ケーブルを含む海底システムの複数のスパンにわたるＤＡＳセンシング能力を向上させるように、新しいＤＡＳ装置、システム、アーキテクチャ及び技術が提供される。様々な実施例によれば、以下で説明するように、ＤＡＳセンシングの範囲が拡張され、同時にスパン特定の戻り信号検出部材を提供することにより位置決め能力を向上又は保持する。

いくつかの実施例において、海底光ケーブルにおける分散型音響センシング（ＤＡＳ）の範囲を向上させるための技術が提供される。いくつかの実施例によれば、アウトバウンドＤＡＳ信号（例えば、光信号）は、ＤＡＳ機器又はＤＡＳステーションによって、光ケーブルの第１の端から伝送可能である。レイリー後方散乱信号などのＤＡＳ戻り信号をセンシングするために、本実施例は新しいアーキテクチャを提供し、該アーキテクチャは、海底光通信システムと組み合わせるか、又は分離して実施可能である。以下のように、ＤＡＳアウトバウンド信号の送信及びＤＡＳ戻り信号（例えば、レイリー後方散乱信号）の受信のためのＤＡＳステーションに加えて、本実施例によるアーキテクチャは、サーキュレータ、専用レイリー増幅器（Ｒａｙ_ＥＤＦＡ）、ＤＡＳフィルタ及び光スイッチをさらに含んでもよい。マルチスパンシステムでは、本開示のいくつかの実施例によれば、後者の３つの部材のそれぞれは、マルチスパンのシステムの各光中継器で実施可能である。

図１は本開示の実施例による第１のＤＡＳシステムの例示を示し、ＤＡＳシステム１００に示されるとおりである。ＤＡＳシステム１００は、ＤＡＳステーション１０２と呼ばれる第１のＤＡＳユニットを含み、該ユニットは、分散型音響センシング信号（ＤＡＳ信号）と呼ばれる光信号を、第１の経路１１０に沿ってＤＡＳ信号を伝送する光ファイバ（例えば、専用ＤＡＳ光ファイバ）に送信する。いくつかの実施例において、ＤＡＳ光ファイバは、海底通信システムの光ケーブルの一部に形成可能であり、該光ケーブルは、通常、第１の経路１１０に沿ってペイロード信号を運ぶ。本明細書で使用される「経路」という用語とは、第１のＤＡＳステーションと第２のＤＡＳステーションの間のリンク全体を含む、信号が１つの点と他の点の間で伝搬される任意のルート又はルートの一部を指すことができる。以下に詳細に説明するように、ＤＡＳ信号は、ＤＡＳシステム１００の各部分（終端部分１１５Ｗ及び終端部分１１５Ｅ、中継器１２０Ａ、中継器１２０Ｎを介して、スパン１１７Ａ、１１７Ｂを介して、１１７Ｎ及び１１７Ｎ＋１に至るとして示される）により伝送可能であり、ここで、Ｎは任意の適切な数を表すことができる。中継器１２０Ａのような様々な中継器は、一連のＤＡＳループバック（ＤＡＳループバック１２２Ａとして示される）～ＤＡＳループバック１２２Ｎにより定義可能であり、これらのループバックのそれぞれは、以下に詳述するＤＡＳ部材を含む。いくつかの非限定的な実施例によれば、所定のＤＡＳループバックは、終端部分及び海底光通信システムの中継器の位置に取り付けることができる。いくつかの実施例によれば、所定のＤＡＳスパンは数十又は数百キロメートルまで延伸可能であり、これは、隣接するＤＡＳループバック間の距離も数十キロメートルから数百キロメートルまでであることを意味する。

ＤＡＳシステム１００は、第１の経路１１０に沿った各位置でＤＡＳ光ファイバを収容する光ケーブル又は他の部材付近の環境に対して質問するように操作することができる。所定のスパンが１００ｋｍまで延伸可能ないくつかの実施例において、例えば、第１の経路は、十数個以上のスパンを含み、且つ数千キロメートルまで延伸することができる。いくつかの実施例において、ＤＡＳステーション１０２は陸地に位置可能であり、ＤＡＳループバックのうちのいくつかは終端部分に位置し、残りは海底に位置し、間隔は５０ｋｍ、１００ｋｍ、２００ｋｍ又は他の適切な間隔である。以下に詳述するように、異なるＤＡＳループバックによってＤＡＳステーション１０２にルーティングするいくつかの戻り信号を測定することにより、ＤＡＳシステム１００は、第１の経路１１０の環境における外乱の位置特定に関する情報を導出することができる。特に、ＤＡＳシステム１００は、外乱に関する情報、例えば、外乱の位置、外乱の持続時間、外乱の幅などを決定するように、時分割多重方式で１つ又は複数のＤＡＳループバックによって逆方向経路でルーティングされるレイリー後方散乱信号を測定することができる。

図１にさらに示すように、それぞれのＤＡＳステーションはループバックアセンブリを含む。例えば、ＤＡＳステーション１０２はループバックアセンブリ１３０を含み、ＤＡＳステーション１０４はループバックアセンブリ１４０を含む。また、スパン１１７Ａ～１１７Ｎ＋１の間のすべての他のループバックについて、所定のＤＡＳループバックは、信号方向を与える第１のＤＡＳループバックアセンブリを含む。これらのループバックは図１に示し、例えば、第１のＤＡＳループバックアセンブリ１３０Ａ～１３０Ｎとして、異なるＤＡＳループバックに対応し、西から東方向へルーティングして東から西方向に戻すために用いられる。それぞれのＤＡＳアセンブリは、レイリー後方散乱信号を所定のＤＡＳループバックの所定逆方向経路に結合するように、それぞれのスパンの入力箇所でサーキュレータを含んでもよい。所定のＤＡＳループバックアセンブリ内には、レイリー散乱の損失（～３３ｄＢ）を補償するようにエルビウム添加光ファイバ増幅器（図１にＥＤＦＡとして示される）（該ＥＤＦＡはＲａｙ_ＥＤＦＡとして指定されてもよい）が提供される。増幅したレイリー信号をフルタリングすることで、センシング波長のみ伝送するようにフィルタ（図１に「λ_１」と表記し）（ＤＡＳ_{ｆｉｌｔｅｒ}）が提供され、該センシング波長はＤＡＳステーション１０２で送信されるＤＡＳ信号の波長に対応する（λ_１）。所定のＤＡＳループバックアセンブリには、光スイッチが閉じたときに増幅されてフィルタリングされたＤＡＳ信号を伝達するように光スイッチ（「スイッチ」と表記し）がさらに提供される。増幅されてフィルタリングされたＤＡＳ信号を第２の経路１１２に結合するようにカプラがさらに提供され、該経路は、ＤＡＳ信号がＤＡＳステーション１０２にルーティングして測定する戻り経路として使用可能である。所定の波長（λ_１）のＤＡＳ信号は、その後にＤＡＳステーション１０２で受信される。様々な実施例において、Ｒａｙ_ＥＤＦＡは、第１の経路１１０に沿って提供されるインラインＥＤＦＡとは異なる特性を有してもよい。インラインＥＤＦＡのゲインはスパン損失（例えば、５０ｋｍスパンは１０ｄＢ又は１００ｋｍスパンは２０ｄＢ）に依存し、Ｒａｙ_ＥＤＦＡのゲインは、第２の経路１１２に沿った経路平均ＤＡＳ信号パワーと第１の経路１１０に沿ったＤＡＳ信号の経路平均パワーとは同じである（又は類似する）ことを確保するように設計されることを注意すべきである。

本開示の様々な実施例によれば、ＤＡＳステーション１０２は、ＤＡＳシステム１００の異なるＤＡＳループバックの操作を個別に制御するようにコントローラを含んでもよい。特に、コントローラ（個別に示せず）は、それぞれのＤＡＳループバック（１３０Ａ～１３０Ｎ）でのそれぞれの光スイッチを個別に制御することができる。したがって、ＤＡＳシステム１００は、関心のあるセンシングループバックを選択して関連するスパンで光スイッチをオンにするか、又は異なるスパンで順次に異なる光スイッチをオンとオフにすることで、一度に１つのスパンのレイリー後方散乱ＤＡＳ信号をスキャンするように行動することができる。

図１にさらに示すように、ＤＡＳシステム１００は、ＤＡＳステーション１０４として示され、ＤＡＳシステム１００のＤＡＳステーション１０２と対向する端部に位置する第２のＤＡＳステーションを含んでもよい。ＤＡＳステーション１０４は、他の光ファイバ（例えば、専用ＤＡＳ光ファイバ）に沿って他のＤＡＳ信号を送信することができ、該光ファイバは第２の経路１１２に沿ってＤＡＳ信号を伝送する。いくつかの実施例において、付加の光ＤＡＳ光ファイバは、海底通信システムの同一の光ケーブルの一部に形成可能であり、該光ケーブルは、通常、第１の経路１１０に沿ってペイロード信号を運ぶ。ＤＡＳステーション１０２により送信されるＤＡＳ信号と同様に、ＤＡＳステーション１０４により生成された他のＤＡＳ信号は、ＤＡＳシステム１００の様々はスパンで伝送可能である。ＤＡＳシステム１００はＤＡＳステーション１０４を含む該実施例において、ＤＡＳループバックのそれぞれ（中継器１２０Ｎ～１２０Ａにおいて）は、第２のＤＡＳループバックアセンブリ（ＤＡＳループバックアセンブリ１４０Ｎ～１４０Ａと総称する）が配置されてもよく、その部材及び操作は、前記した第１のＤＡＳループバックアセンブリ１３０Ａ～１３０Ｎの部材と同じでもよい。このような場合、ＤＡＳステーション１０４はλ_２として示される第２の波長でＤＡＳ信号を送信し、ＤＡＳステーション１０４から送信されるＤＡＳ信号は、増幅されてフィルタリングされたレイリー後方散乱放射としてＤＡＳループバック１４０Ｎ～１４０Ａのいずれか１つでルーティングして戻すことができ、該増幅されてフィルタリングされたレイリー逆方向放射は第１の経路１１０に沿ってＤＡＳステーション１０４に戻す。

図１に具体的に説明される実施例において、反対方向にＤＡＳ信号を送信するように２つのＤＡＳステーションが提供され、１つのみのＤＡＳステーションを有する類似するＤＡＳシステムに対して、スパンの長さが倍になり、同時に同じ性能を保持することができる。特に、ＤＡＳシステム１００の性能は、ＤＡＳステーション１０２から送信されるＤＡＳ信号の所定のスパンの前半とＤＡＳステーション１０４から送信されるＤＡＳ信号の所定のスパンの後半をセンシングすることにより強化させることができる。スパン数を半分に減らす（スパンの長さを倍にすることにより）ことにより、ＤＡＳシステムのシステムコスト（ここで、半分のＥＤＦＡが必要）を削減し、且つ非線形（非線形はシステム距離と実施されるスパン数により決定され）を著しく低下させることができる。

例えば、長さ１００ｋｍのリンクをセンシング／監視するために、１００ｋｍの光ファイバを有するシングルスパンリンクを構築したり、リンクを２つのスパン（それぞれのスパンの長さは５０ｋｍ）に分割したりして、２つのスパン間にＥＤＦＡを有することができる。本明細書で使用される「リンク」という用語とは、システム全体の長さ、例えば、通信システムの１つの終端と他の終端の間の長さを指し、「スパン」という用語とは、リンクに沿った隣接する中継器又は隣接する増幅器の間の距離を指すことができる。センシングスパンにおけるノイズフロアパワースペクトル密度（ＰＳＤ）と呼ばれるパラメータは、ノイズレベルに対する測定値であり、特定位置での感度を決定するものである。ＰＳＤの単位はｄＢ＿ｒａｄ^２／Ｈｚ又はｄＢ＿ｒａｄ／√Ｈｚである。ノイズフロアＰＳＤについて、該値は低いほどよい。図２Ａでは、１又は２つの増幅スパンを用いて１００ｋｍスパンを監視する実験で測定したノイズフロアＰＳＤを比較する。２－増幅スパン配置について（図１のシステムを参照し、スパンの数Ｎは２に設置し）、シングルスパン配置に対して、～８０ｋｍで１５ｄＢの感度を取得することができる。図２Ｂでは、２種のシーンの実験室で測定した歪み感度（ｐεを単位とし）を比較する。～９５ｋｍで、２－増幅スパン配置の歪み感度はシングルスパンよりも５倍よい。

図２Ａのデータから、１ｋＨｚの電気帯域幅で約－３０ｄＢ＿ｒａｄ^２／Ｈｚ又は０ｄＢ＿ｒａｄ^２のＰＳＤ耐えうる限界があると仮定すると、シングルスパンセンシング能力は約１００ｋｍの距離に制限可能であることが明らかである。図１に示すＤＡＳシステムのアーキテクチャを用いて、且つ適切な間隔（例えば、１００ｋｍ）でＤＡＳループバックを構築する能力を与えると、人々はＤＡＳステーションから数千ｋｍの総距離で戻りＤＡＳ信号を測定することができる。図３Ａでは、１－スパンを用いた４７ｋｍセンシング距離、シングルスパンを用いた９８ｋｍセンシング距離、及び１３－増幅スパンを用いた６８１ｋｍセンシング距離（１３個のＥＤＦＡを含み、それぞれ１３個のＤＡＳループバックのそれぞれに配置され）という３種の異なるシーンで実験により測定したノイズフロアＰＳＤを比較する。～６８０ｋｍ後のノイズレベルＰＳＤは～－４０ｄＢ＿ｒａｄ^２／Ｈｚであり、ほぼシングルな９８ｋｍスパンの６７ｋｍセンシング距離でのノイズレベルに相当する。図３Ｂでは、シングルスパンの４７ｋｍと６８０ｋｍセンシング（１３個の増幅スパンを有し）の歪み感度（ｐεを単位とし）を比較する。シングルスパンセンシングの０ｋｍで及び１３個の増幅スパンセンシングの６３４ｋｍでの歪み感度はほぼ同じであり、センシングスパンの末端で（シングルスパンセンシングの４７ｋｍ及び１３個の増幅スパンセンシングの６８０ｋｍ）感度は確実に低下する（感度の数字が高くなり）ことを注意すべきである。このような低下は、インライン光増幅器からの累積増幅自発放射（ＡＳＥ）ノイズによるものである。

いくつかの実施例において、それぞれのセンシングスパンについて、１つのみのセンシング波長が増幅されて後方にＤＡＳ受信機に送信する必要があるため、波長の選択的な増幅は、ループバックアセンブリ（１３０Ａ～１３０Ｎ、１４０Ａ～１４０Ｎ）内のＥＤＦＡとフィルタの組み合わせの代わりに使用可能である。特に、実施例において、波長の選択的な増幅は、既知のパラメータ増幅器（位相マッチングＦＷＭ過程）又は既知の位相制御の非線形光ループミラーにより実現可能である。

図１に関する上記実施例は、１つ又は２つのＤＡＳステーションを採用可能であるため、長距離（例えば、数千キロメートル）で外乱をセンシングする経済的方法が提供される。ＤＡＳ質問パルス重複率により、次の質問パルスが発生する前にＤＡＳ受信機ですべての後方散乱信号を受信すれば、ループバックにおけるすべてのスイッチを閉じることにより、すべてのスパンを監視することができる。このような遅い質問率で、低周波数干渉（＜１０Ｈｚ）のみ監視する。しかしながら、ＤＡＳ質問パルス重複率により、次の質問パルスがＤＡＳ受信機ですべての後方散乱信号を受信する前に発生すれば、ループバックにおける１つのみのスイッチを閉じることにより、１つのみのループバックを有効にする必要がある。１つのみのスイッチを閉じることにより、より速い質問率でスイッチに関連するスパンを監視することで、より高い周波数の干渉（＞５００Ｈｚ）を監視することができる。

図４Ａは、本開示の実施例による他のＤＡＳシステムのアーキテクチャを示す。ＤＡＳシステム４００は、複数の部分を含み、再度終端部分１１５Ｗ及び１１５Ｅ、中継器１２０Ａ～中継器１２０Ｎ及びスパン１１７Ａ～１１７Ｎ＋１として示される、図１のアーキテクチャとほぼ同じアーキテクチャを有してもよい。所定の中継器はＤＡＳループバック、例えば、ＤＡＳループバック４２２Ａ～４２２Ｎを含み、それぞれのループバックは、反対方向に信号をルーティングするための２つの異なるループバックアセンブリを含む。これらのループバックアセンブリは、信号を初期の西から東方向へルーティングして東から西に戻すためのループバックアセンブリ４３０Ａ～４３０Ｎ及び信号を東から西方向へルーティングして西から東に戻すためのループバックアセンブリ４４０Ａ～４４０Ｎとして示される。中継器１２０Ａ～１２０Ｎについて、連続的な中継器及びそれで関連する連続的なループバックは、１つのスパンの距離だけ離れることを注意すべきである。該実施例において、所定のＤＡＳステーション、例えば、ＤＡＳステーション４０２は、複数のＤＡＳユニット又は質問機（個別に図示せず）が配置される。それぞれのＤＡＳユニットは、レーザーなどの光源を含んでもよく、該光源は、決定される波長で発光するように構成され、異なるＤＡＳユニットに対応する異なる波は、λ_１～λ_ｎとして示される。いくつかの実施例において、ＤＡＳステーション４０２又はＤＡＳステーション４０４における異なるＤＡＳユニットの数は、スパン１１７Ａ－１～１７Ｎ＋１の数Ｎに対応してもよい。このように、すべてのスパン１１７Ａ～１１７Ｎ＋１は、同時にＤＡＳステーション（例えば、ＤＡＳステーション４０２）からそれぞれの所定の波長λ_１～λ_ｎで同一の光ファイバに信号を送信することにより、同時に質問することができる。所定のＤＡＳ信号を正確に処理及び質問するために、それぞれの所定のループバック４３０Ａ～４３０Ｎは、複数の波長λ_１～λ_ｎにおける所定の波長を伝送するために配置される。特に、ＤＡＳステーション４０２を参照し、それぞれのＤＡＳループバックに一連のＤＡＳループバックアセンブリ４３０Ａ～４３０Ｎが提供される。図４Ａに示すように、サーキュレータに加えて、所定のＤＡＳループバックアセンブリは、前述の増幅ＤＡＳ信号（例えば、レイリー後方散乱信号）のＥＤＦＡをさらに含む。また、それぞれのＤＡＳループバックアセンブリには、前方ＤＡＳ信号を破棄してレイリー後方散乱信号を所定のＤＡＳステーションのループバックに追加するように光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）が提供される。

図４Ｂは、図４Ａのシステムの操作の１つのシーンを示す。該シーンは、ＤＡＳステーション４０２から送信される信号のための信号経路４５０、４５２及びＤＡＳステーション４０４から送信される信号のための信号経路４６０、４６２を示す。この例示において、示される信号経路は、波長λ_１及びλ_ｎに対応し、信号経路はそれに応じて終端ループバック４０３Ａ及び４０５Ａで対応する送信ＤＡＳステーションにルーティングして戻す。異なるスパンに対応する異なるＤＡＳループバックを通過するようにルーティングするレイリー信号の波長はいずれも異なってもよく、そのため、異なる戻りＤＡＳ信号はコヒーレント干渉がない場合、一緒にＤＡＳステーション４０２に伝送してもよい。したがって、ＤＡＳステーション４０２に適切な波長逆多重化部材（個別に示せず）を提供すれば、ＤＡＳステーション４０２は同時にすべてのスパンからの戻りＤＡＳ信号をセンシングすることができる。特に、ＤＡＳステーション１０２でのＤＡＳは送信機により生成されたλ_１～λ_ｎのすべてのＤＡＳ信号は、ＤＡＳステーション１０２でのＤＡＳ受信機に返送することができ、図５に示すように、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）によって異なる波長で受信されるＤＡＳ信号を分離する必要がある。いくつかの実施例において、同じＷＤＭは、ＤＡＳ送信機から送信されるすべてのＤＡＳ信号を組み合わせるために使用可能である。

要約すると、図１の実施例とは異なり、図４Ａの実施例の顕著な特徴は、それぞれのＤＡＳループバックアセンブリには、それぞれのＲａｙ_ＥＤＦＡにＯＡＤＭが提供されることと、所定のＤＡＳステーションの送信機及び受信機でそれぞれ光波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサが提供されることである。ＯＡＤＭは、前方ＤＡＳ信号を破棄して他の方向からの後方反射レイリー信号を追加する。該実施形態において、所定のＯＡＤＭはろ波機能を実行するため、所定のＤＡＳループバックアセンブリに付加のＤＡＳ_{ｆｉｌｔｅｒ}が必要ではない。

いくつかの実施例において、図５に示すＷＤＭの代わりに、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）又はカプラは、異なる波長のＤＡＳ信号を組み合わせるか又は分離するために使用可能である。

図４Ａにさらに描かれているように、図１に係るアーキテクチャと類似し、第２の群のＤＡＳ機器（波長中心はλ_１～λ_ｎ）はＤＡＳステーション４０４として示され、類似する方式でスパン１１７Ａ～１１７Ｎ＋１に沿ってＤＡＳ信号をセンシングするために使用可能である。前文に検討されたように、各方向から所定のスパンの前半をセンシングすることにより、スパンの長さは性能を損なうことなく倍になることができる。スパンの数を半分に減らすことにより、システムコストを削減し、且つ非線形を著しく低下させることができる。

上記の実施例において、ＤＡＳシステム１００又はＤＡＳシステム４００などのＤＡＳセンシングは、例えば、第１の経路１１０及び第２の経路１１２を示す単一の光ファイバペアにより実行可能であることを注意すべきである。しかしながら、従来の海底光通信システムは、１６個を超える光ファイバペア（ＦＰ）を支持可能であり、且つこの業界は、より大きい数の光ファイバペアを支持する技術を開発している。例えば、地上システムは、数千ペアの光ファイバを支持可能である。他の実施例において、ＤＡＳシステムに複数の光ファイバペアを含む能力を利用することにより、異なる光ファイバペアを用いて複数のスパンを含むリンク全体をセンシングすることができる。例えば、第１の光ファイバペアＦＰ１は、第１のスパン１をセンシングするために使用可能であり、ＦＰ２は、スパン２をセンシングするために使用可能であるなどがある。この場合、すべてのＤＡＳ機器は、同じ波長で操作することにより、光スイッチ又はＯＡＤＭをＤＡＳループバックから省略することができ、これは、所定の戻りＤＡＳ信号を運ぶ所定の光ファイバはシングルスパンに対応するためである。

本開示の付加実施例において、いずれの適切な方式で複数の光ファイバペア、複数の光スイッチ及び複数のＯＡＤＭを組み合わせて、より経済的な干渉を受けるセンシングネットワークを構築することができる。

本明細書は、ＤＡＳセンシング能力を改良するための新規的で創造的なの装置、システム及び技術を提供し、複数のスパンで同時又はシリアル方式でセンシングし、２つの反対の方向に送信されるＤＡＳ信号によって、より効果的にセンシングすることにより、複数のスパンをカバーするより長い距離上でＤＡＳセンシング能力を拡張することを含み、スパン特定のＤＡＳ情報を提供することを含む。

本開示の範囲は、本明細書で説明された具体的な実施例により制限されるものではない。実際には、本明細書で説明された内容に加えて、本開示の他の様々な実施例及び本開示に対する修正は、当業者にとって、上記説明及び図面から明らかとなる。したがって、このような他の実施例及び修正は、本開示の範囲内に含まれることを意図している。また、本開示が特定の環境で特定の目的のために特定の実施形態の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がこれらに限定されず、且つ本開示が任意の数の環境で任意の数の目的のために有利に実施可能であることを認識する。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載された本開示のすべての幅及び精神に基づいて解釈されるべきである。

Claims (15)

1. ＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信するための分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションと、
   複数のスパンに沿って配置される複数のＤＡＳループバックアセンブリであって、前記アウトバウンドＤＡＳ信号を個別に処理し、且つ、レイリー後方散乱信号を含む戻りＤＡＳ信号として前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記ＤＡＳステーションに戻すように構成される複数のＤＡＳループバックアセンブリと、を含むセンシングシステムにおいて、
   前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの所定のＤＡＳループバックアセンブリは、
   前記ＤＡＳ信号のレイリー散乱による損失を補償するように構成されるエルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）と、
   前記ＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送するように構成される光ろ波機能を有するろ波機器とを含む、
   センシングシステム。
2. 前記ろ波機器は、ＤＡＳ_{ｆｉｌｔｅｒ}又は光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）を含む、
   請求項１に記載のセンシングシステム。
3. 前記ＤＡＳステーションは、光通信システムの第１の端に位置し、前記ＤＡＳステーションは、前記光通信システムの第１のリンクで前記アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するように構成され、且つ、前記複数のＤＡＳループバックアセンブリは、前記光通信システムの第２のリンクで前記戻りＤＡＳ信号をルーティングするように設置される、
   請求項１に記載のセンシングシステム。
4. 前記ＤＡＳステーションは第１のＤＡＳステーションであり、前記アウトバウンドＤＡＳ信号は第１のアウトバウンドＤＡＳ信号であり、且つ、前記戻りＤＡＳ信号は第１の戻りＤＡＳ信号であり、前記センシングシステムは、
   前記光通信システムの第２の端に位置する第２のＤＡＳステーションであって、前記光通信システムの第２のリンクで第２のアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するように構成され、且つ、
   前記複数のＤＡＳループバックアセンブリは、前記光通信システムの第１のリンクで前記第２のアウトバウンドＤＡＳ信号から導出された第２の戻りＤＡＳ信号を前記第２のＤＡＳステーションにルーティングするように構成される第２のＤＡＳステーションをさらに含む、
   請求項３に記載のセンシングシステム。
5. 前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの隣接するＤＡＳループバックアセンブリ間の距離は、数十キロメートルから数百キロメートルまでである、
   請求項１に記載のセンシングシステム。
6. 前記所定のＤＡＳループバックアセンブリは、閉じたときに前記戻りＤＡＳ信号を前記ＤＡＳステーションに伝達するための光スイッチをさらに含む、
   請求項１に記載のセンシングシステム。
7. 前記ろ波機器はＯＡＤＭであり、
   前記ＤＡＳステーションは、複数の波長で前記アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するように構成される複数の光源を含み、
   前記所定のループバックアセンブリでの第１のＯＡＤＭは、前記複数の波長のうちの第１の波長での前記レイリー後方散乱信号を第１のレイリー後方散乱信号として追加するように構成され、且つ、
   前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの第２のループバックアセンブリは、第２のＯＡＤＭを含み、前記第２のＯＡＤＭは、前記複数の波長のうちの前記第１の波長とは異なる第２の波長での第２のレイリー後方散乱信号を追加するように構成される、
   請求項２に記載のセンシングシステム。
8. 前記ＤＡＳステーションは、前記第１のレイリー後方散乱信号と前記第２のレイリー後方散乱信号とを分離するように構成される波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサをさらに含む、
   請求項７に記載のセンシングシステム。
9. 前記ＤＡＳ信号は、複数のＮ個の光ファイバペアで送信され、前記複数のスパンは、Ｎ個のスパンを含み、且つ、前記ＤＡＳ信号は、所定のＤＡＳループバックアセンブリによって前記複数のＮ個の光ファイバペアでの専用光ファイバペアでルーティングされる、
   請求項１に記載のセンシングシステム。
10. ＤＡＳステーションから第１の経路でＤＡＳ信号をアウトバウンドＤＡＳ信号として送信することと、
    複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちのＤＡＳループバックアセンブリで前記アウトバウンドＤＡＳ信号を処理することと、
    前記ＤＡＳループバックアセンブリにより処理された後に、前記アウトバウンドＤＡＳ信号から導出された戻りＤＡＳ信号を前記ＤＡＳステーションに戻し、前記戻りＤＡＳ信号はレイリー後方散乱信号を含むことと、を含む方法において、
    前記ＤＡＳループバックアセンブリの前記アウトバウンドＤＡＳ信号を処理することは、
    エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を用いて前記ＤＡＳ信号のレイリー散乱による損失を補償することと、
    光フィルタを用いて前記ＤＡＳ信号のセンシング波長のみを選択的に返送することとを含む、
    方法。
11. 前記光フィルタは、ＤＡＳ_{ｆｉｌｔｅｒ}又は光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）を含む、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記ＤＡＳステーションは、光通信システムにおける第１のＤＡＳステーションであり、前記アウトバウンドＤＡＳ信号は第１のアウトバウンドＤＡＳ信号であり、且つ、前記戻りＤＡＳ信号は第１の戻りＤＡＳ信号であり、前記方法は、
    前記光通信システムの第２の端に位置する第２のＤＡＳステーションから、前記光通信システムの第２の経路で第２のアウトバウンドＤＡＳ信号を送信し、且つ、
    複数のＤＡＳループバックアセンブリを用いて、第２のアウトバウンドＤＡＳ信号から導出された第２の戻りＤＡＳ信号を光通信システムの第１の経路で前記第２のＤＡＳステーションにルーティングすることをさらに含む、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記ＤＡＳステーションは、複数の波長で前記アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するように構成される複数の光源を含み、
    前記ＤＡＳループバックアセンブリでの第１の光アドドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）は、前記複数の波長のうちの第１の波長での前記レイリー後方散乱信号を第１のレイリー後方散乱信号として追加するように構成され、且つ、
    前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの第２のループバックアセンブリは、第２のＯＡＤＭを含み、前記第２のＯＡＤＭは、前記複数の波長のうちの前記第１の波長とは異なる第２の波長での第２のレイリー後方散乱信号を追加するように構成される、
    請求項１０に記載の方法。
14. 前記複数のＤＡＳループバックアセンブリは、それぞれ複数の光スイッチを含み、前記方法は、
    比較的低い周波数の干渉を監視するために、前記複数の光スイッチのうちのすべての光スイッチを閉位置にし、且つ十分に遅い第１の質問率で前記ＤＡＳ信号を一連の質問パルスとして送信し、前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちのすべてのループバックアセンブリで受信されたレイリー後方散乱信号セット内のすべての信号は、第１の質問パルスと前記第１の質問パルスの直後の次の質問パルスの間に前記ＤＡＳステーションで受信されることをさらに含む、
    請求項１０に記載の方法。
15. 比較的高い周波数の干渉を監視するために、前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの１つのみのループバックアセンブリで、１つのみの光スイッチを閉位置にするとともに、前記複数のＤＡＳループバックアセンブリのうちの他のループバックアセンブリをそれぞれ開位置に保持し、且つ前記第１の質問率より大きい第２の質問率で前記ＤＡＳ信号を送信することを含む、
    請求項１４に記載の方法。