JP2920233B2 - 光ケーブルの外的影響を検出するための方法 - Google Patents

光ケーブルの外的影響を検出するための方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光ケーブルの外的影響を検出するための方
法に関するものである。本発明は、ケーブルが埋設さ
れ、誰かがそれを踏みつけたときにアラームがトリガさ
れるような、侵入警告のセンサとして使用され得る。本
発明は、また、情報を伝送する光ケーブルに対する監視
システムとして使用され得る。今後、ますますコンピュ
ータ化が加速され、コンピュータを相互に直接接続する
ことが実施されるものと予想される。伝送のキャパシテ
ィおよび質に対する要求が、光ファイバを有するケーブ
ルを、伝送媒体として良好に適合するものとする。キャ
パシティに対する要求が増大すると同時に、光ケーブル
が完全に普及するようになる。
敏感な情報を処理する光ファイバ接続に関する要求に
は、ある種のセキュリティシステムが設置されることが
ある。唯一の可能な将来の通信媒体は光ファイバである
から、セキュリティシステムは、また光学的なものとな
る。光ファイバは、それ自体、情報の盗聴に対して非常
に大きな抵抗性を有する媒体である。光ファイバから情
報を盗み取ることは極めて困難であるが、不可能という
わけではない。
今日、光ファイバに関する許可されない影響を発見す
るためのいくつかのシステムが存在する。これらのシス
テムはすべて、ファイバのコア内を伝送される光学的効
果を監視することに基づいている。要するに、その原理
は、外的影響がファイバ内のエネルギーレベルを低下さ
せ、そのときアラームがトリガされるということであ
る。その方法は、最小感度センサタイプの強度変調セン
サと比較される。システムは、著しい欠点を有してお
り、セキュリティーの許容し得る程度でもって、光ファ
イバまたは光ケーブルの不正な操作を発見することはで
きない。
大きな蓋然性をもって、次世代のセキュリティーシス
テムは、光ファイバの不正操作を検出するより大きな可
能性を与える現にに基づいて、作動しなければならな
い。このような原理は、光ファイバに対する外的影響
は、すべて、光の位相を変調せしめ、この変調を受信機
が検出し得るという事実に基づいている。これは、最大
の感度を与えるセンサの原理である。本発明は、このシ
ステムを用い、請求の範囲に記載の構成によって、この
問題を解決するものである。
以下、本発明を添付図面を参照して、より詳細に説明
する。
図１は、レーザー、多モード光ファイバおよび光ファ
イバの後方に生じた干渉パターンを示す図である。
図２は、本発明による干渉検出器を示す図である。
図３は、１つの多モード光ファイバ内において多重伝
送される情報シグナルおよび監視シグナルを有する伝送
システムを示す図である。
図４は、情報シグナルが監視シグナルをディジタル的
に変調する伝送システムを示す図である。
本発明において、監視シグナルは、光ファイバ内を多
モードで伝送される。そして、市場においてよくテスト
されかつよく知られた光ケーブルおよび技術が使用され
るとき、有利な多モード光ファイバを利用することが可
能である。さらに、既に設置された多モード接続に、後
に、ケーブルを変更することなく、本発明による安全シ
ステムを追加することが可能である。本出願では、多モ
ードファイバという用語は、グレーデッドインデックス
形ファイバ、並びにステップインデックス形ファイバの
両方を意味する。情報の伝送のための単一モードのファ
イバを使用した場合にも、本発明による方法が依然とし
て使用され得る。そのとき、監視シグナルは、単一モー
ドファイバのカットオフ波長以下の波長で伝送される。
そしてこれは、監視光線をいくつかのモードにおいて伝
播せしめる。単一モードファイバは、そのとき、この光
線に対する多モードファイバとして機能する。
多モードファイバにおいて、入射光線が有する、ファ
イバに対する入射角による多くの伝播方向が存在する。
これらの伝播方向はモードと呼ばれる。図１に示したよ
うに、レーザー１からのコヒーレントな光がファイバ２
内を伝送され、そして照射光が、例えば白色紙を証明す
るとき、干渉パターン３が紙上に現れる。このパターン
は、多モードファイバの異なるモードの再生された、あ
るいは再生されない結合によって引き起こされる。この
干渉パターンは、相対的な位相関係が影響されて変化せ
しめられるとき、ファイバに対する外的影響に非常に敏
感となり、このことは、順次干渉パターンの運動を引き
起こす。もしこの運動が検出可能ならば、ファイバに対
する影響を検出する、非常に精度の高い方法が実現され
る。このような測定法における感度測定として、物理的
な影響によって生じる波長の僅かな差が計算され得る。
そしてこれは、わずか10-14ｍの波長差を与える。光に
対するコヒーレンス長は、最高モードおよび最低モード
間の距離の差よりも長くなければならない。
このパターンを検出する方法は、例えば、最大強度の
位置にフォトダイオードを配置し、強度の変化を監視す
ることである。この方法の欠点は、パターンが、照射モ
ード（これらのモードは一様に照射しない）間のランダ
ムな位相差によって弱められるということである。この
問題を解決するための方法が以下に与えられる。
位相関係は、例えばレーザーダイオードの変調、光源
の温度変化、光ファイバに沿った温度変化、または光フ
ァイバ中のモードのランダムな分布、または連結点によ
って引き起こされる、光源のスペクトル特性の変化によ
って変化し得る。このような良性の変動は、アラームを
トリガしない。盗聴の試みによる悪性の変動のみがアラ
ームをトリガする。しかしながら、良性の変動は、偏光
のすべての方向において、光線に対する一様な効果を及
ぼすが、悪性の変動の場合には、そうではない。
こうして、図２に示したように、光ファイバの端部か
ら照射される光は、ビームスプリッタ４によって２本の
ビームに分離される。各ビームは、ファイバ内における
伝送によって生じる完全な干渉パターンを含んでいる。
必ずしも必要ではないが、ビームを、概して等しい強度
の２本のビームに分離することが適切である。２本のビ
ームは、そのとき、２つの偏光子５および６によって異
なる方向に平面偏光する。必ずしも必要ではないが、実
質上互いに直交する２つの方向を選択することが適切で
ある。本発明の好ましい実施例において、２本の照射ビ
ームが、検出器７および８によってそれぞれ独立に検出
され、振幅の差が、差動増幅器９によおいて比較され
る。差動増幅器９から発生するシグナルが、アラームが
発生せしめられるかどうかを決定するエレクトロニクス
10によって処理される。アラームに関する決定は、予め
決定されるアラーム基準に従ってなされる。アラーム基
準を導入する理由は、斑点状パターンが、検出器内にお
いて付加的なノイズを発生するからである。このノイズ
は、ゆらぎを伴う電子流を引き起こす斑点状パターンの
検出領域にわたるランダムな変動に起因する。このゆら
ぎは、パターンそれ自体における変動、並びに、例えば
接点および連結点のような伝送リンクのモードフィルタ
における変動からなり、光ファイバ内において位相位置
を不規則に変化させ、よって、強度変化を引き起こす。
そしてまた、ゆらぎに依存する直接強度は差シグナルの
形成によって互いに打ち消し合うにもかかわらず、ある
種のゆらぎが、計算された差シグナル内に存在する。ア
ラーム基準は、アラームが、発生したノイズシグナルを
かなり超える、斑点状パターン内の変動を引き起こすケ
ーブルへの接触によってのみ発生せしめられるように設
定される。
差シグナルを形成する代わりに、かかる接触を検出す
る別のタイプのシグナルを形成することが可能である。
すなわち、２つのシグナルの商の差を検出し、あるいは
それらの間の周波数分布における変動を検出することが
可能である。
本発明の第１の実施例、すなわちシステムＡにおいて
は、固定接続が２本の光ファイバからなっている。一方
のファイバがデータを送るために使用され、他方のファ
イバが監視のために使用される。２本のケーブルが同一
のケーブル内に配置されるとき、このケーブル内に入り
込もうとする企てが、センサファイバによって検出され
る。万一、気づかれずにケーブル内への侵入がなされ、
誰かがファイバ内の情報を盗み出そうとしたとき、アラ
ームが発生する。その理由は、悪いファイバをとる50％
の可能性が存在するから、また、各ファイバが非常に接
近して配置されており、両方のファイバが同時に接触さ
れるからである。数本の光ファイバを有するケーブル内
にいくつかのセンサシステムを設け、ケーブルを多数の
センサファイバおよび１本の情報伝送ファイバから形成
することによって、検出の可能性がさらに増大する。
１本のセンサファイバおよび数本の情報伝送ファイバ
を有するマルチファイバケーブルにおいて、センサシス
テムを用いることも可能である。そのとき、セキュリテ
ィ機能に対するコストは、ファイバケーブル内の伝送チ
ャンネルに分割される。ファイバケーブルおよびその一
部を構成する伝送チャンネルは、より高いコスト効率が
達成されると同時に、非常に安全なものとなる。
図３に示した本発明の第２の実施例、すなわちシステ
ムＢにおいて、部分的にセキュリティの理由から、１本
のファイバが接続ごとに使用されると仮定される。伝送
されるべきデータシーケンスは、１つの波長で送信器11
によって伝送される。そして、監視シグナルが、別の波
長で送信器１によって伝送される。ここで、システムＡ
の場合と同様に、データシーケンスは、アナログ的にま
たはディジタル的にコード化される。シグナルは、波長
マルチプレクサ12において波長多重化され、デマルチプ
レクサ13において分割される。すなわち、システムは同
一のファイバにおいて、データおよび監視シグナルを伝
送する。データは受信器14で検出され、監視シグナル
は、図２に示した干渉検出器15で検出される。このこと
は、情報を盗み出そうとするすべての企てが、干渉検出
器15によって検出され、そしてアラームが発生すること
を意味している。万一、誰かが気づかれずにファイバケ
ーブルの被覆を剥がし、光ファイバ２が盗聴の企てによ
って露出したとき、アラームが発生する。データが伝送
されないとき、干渉検出器15は依然として作動し、盗聴
の企てに対してアラームを発生する。データのフィード
バックおよび常時データを送信すべきという要件に関係
するステップは、このシステムでは全く必要がなく、こ
れは非常に有利な点である。
さらに、図４に示す、システムＣと呼ばれるシステム
Ｂの変形を案出することが可能である。システムＣの目
的は、構成要素の数を最小にし、システムコストを減じ
ることにある。ここで、セキュリティファンクションレ
ーザー１が、変調器16によって、伝送されるべきデータ
シーケンスで変調される。この場合、シーケンスはディ
ジタル的にコード化される。このシステムにおいて、シ
ステムＢの特別な送信器11および受信器14は、データの
伝送のを意図されるのみであり、取り除かれている。他
方、干渉検出器15は、データ検索のための回路17が負荷
されたものとしてより複雑になっている。レーザー１が
ディジタル的に変調されるとき、干渉パターンは、デー
タビット間のフランク内で変化せしめられる。このこと
は、アラームがトリガされることを意味している。した
がって、アラームの決定は、伝送されるべきデータビッ
ト間のフランクにおいてブロックされなければならな
い。これは、アラーム回路10のブロッキングを制御する
回路17からのシグナル18によってなされる。
こうして、システムＣに伴う利得は経済的である。節
約された構成要素は、１個の送信ダイオード、２つの波
長マルチプレクサおよび１つの受信器である。付加的さ
れた構成要素は、電気的なものであり、これの接続は安
価である。
データが伝送されないとき、レーザーが、システムＢ
におけるように、情報システムが作動しない間に、情報
の読み取りの企てを検出するために作動する。
データが伝送されるとき、アラームがデータビットの
フランク内において接続を断たれる。このことは、シス
テムの欠点を意味するものではない。なぜならば、アラ
ームがせつぞくを断たれている時間は、システムのデー
タ転送速度の逆比となるからである。この時間は数ナノ
秒であり、このような短時間にデータの盗み取りを行う
ことは不可能だからである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G08B 13/186 G02B 6/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】コヒーレントな光が、監視のためにファイ
    バ中をマルチモードで伝送せしめられ、受信側で、前記
    監視のための光が２本のビームに分離され、前記分離さ
    れた各ビームは前記ファイバ中の伝送によって生じる完
    全な干渉パターンを含んでおり、前記各ビームが２つの
    異なる方向に平面偏光し、前記各ビームの振幅および／
    または周波数の内容が検出され、前記振幅および／また
    は周波数の測定であるシグナルが形成され、前記シグナ
    ルが時間および／またはレベルにおいて予め設定される
    値を超えたとき、アラーム機能が作動することを特徴と
    する光ケーブル中の光ファイバの外的影響を検出するた
    めの方法。
  2. 【請求項２】前記監視のための光が、概して同じ強度を
    有する２本のビームに分離されることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ビームが、２つの概して垂直な方向に
    平面偏光することを特徴とする請求項１または請求項２
    に記載の方法。
  4. 【請求項４】情報が、前記ケーブル内の１本またはそれ
    以上の光ファイバ中を伝送されることを特徴とする請求
    項１〜請求項３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記ケーブル中の独立な光ファイバが、情
    報の伝送のためおよび監視のために使用されることを特
    徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記ケーブル内の１本の光ファイバが、監
    視のために使用され、数本が情報の伝送のために使用さ
    れることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】同一の光ファイバが、情報の伝送のためお
    よび監視のために使用され、前記同一の光ファイバ中
    を、２つのタイプのシグナルが異なる波長で伝送され、
    すなわち波長多重化され、前記各シグナルが、前記受信
    側で分割されて、それぞれ独立に検出されることを特徴
    とする請求項４に記載の方法。
  8. 【請求項８】多モード光ファイバが使用され、前記多モ
    ード光ファイバを通じて、前記監視シグナルが伝送され
    て、前記情報信号によってディジタル的に変調され、前
    記受信側において、前記情報シグナルが、１本の平面偏
    光されたビームからの電位的シグナルから再び発生せし
    められることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  9. 【請求項９】前記２本のビーム間の差が形成されること
    を特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】前記２本のビーム間の商が形成されるこ
    とを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記
    載の方法。
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