JP4213219B2 - Ｏｔｄｒを使ったインターロック高出力ファイバシステム - Google Patents
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Description
発明の背景
本発明は、光ファイバ通信システムに関し、特にＯＴＤＲを使った安全にインターロックされた高出力ファイバシステムに関する。
ファイバ光技術はレーザの発明以来、著しい進歩を遂げている。半導体レーザ、ファイバ及び装置は、ますます複雑化するファイバ通信システムを支えるものとして改良されつづけている。しばらくの間、実際のファイバ通信システムは、１０ｍＷより低い光出力レベルを用いていた。新しい世代のレーザ及び装置は現在、一層大きい出力を生成することが可能である。
かつては数ミリワットの光出力しか生成できなかった半導体レーザダイオードは、現在は数百ミリワットを伝搬することができる。高出力のクラスIVレーザは、赤外線コヒーレントファイバ結合出力のワット数よりも多く出力するよう希土類ドープファイバ増幅器およびファイバレーザにポンピングするために、単独で、あるいは組み合わせて使うことができる。
高出力ファイバ伝送システムを実際に実現するために、扱われるべき１つの問題は、高出力搬送ファイバの安全配置である。ある国の工業基準及び法律は、レーザからの高エネルギー光レベルの不本意な放出を避けるために、いくつかのタイプのインターロック安全システムなしでのクラスIVレーザの動作あるいは取り付けを禁止している。出願人が知る限りは、閉ファイバ伝送システムに対して除外は特に存在しない。高出力ファイバ伝送システムにおけるファイバ接続の場合、破断されたファイバからの有害なレーザ放射は極端な危険をもたらし、網膜の燃焼あるいは他の生体組織へのダメージといったような重大な障害を引き起こしかねず、また火災あるいは他の財産への障害を引き起こすかもしれない。さらに、破断されたファイバを有するシステムに高出力レーザを注入することは、ファイバの溶断を起因とする重大なダメージを光ファイバシステムにもたらしかねない。従って、多くの理由のために、延長されたファイバシステムにおいて破断あるいは故障が発生したあとはできるだけ早く高出力レーザをシャットダウンすることが重要である。ファイバに破断があるときは、高出力レーザを自動的にシャットダウンするための延長されたファイバシステムにおいて使われる安全システムは存在しない。
従って、延長ファイバシステムにおいて故障あるいは破断が検出されたときレーザを自動的にシャットダウンあるいはディスエーブルするための、高出力レーザにインターロックする安全インターロックシステムの存在が必要となる。
発明の概要
本発明のファイバ内安全インターロックシステムは、拡張ファイバシステムを監視し、ファイバ経路の保全性（integrity）の検出に基づいて高出力レーザ源を自動的にイネーブルあるいはディスエーブルするためのシステムを提供する。
本発明の実施例によれば、高出力（クラスIV）レーザは、（局部的で行きやすい、例えば沿岸の）端子部及び、（遠隔で行きにくい、例えば海底の）延長部を有するファイバシステム上で高出力光信号を伝送する。複数のＷＤＭデータ信号は、ファイバシステムを介して伝送され得る。端子部は局部光増幅器を有し、延長部は遠隔光増幅器を有してもよい。レーザは、光増幅のためのポンプエネルギーを提供する。
レーザは光時間領域反射計（optical time domain reflectometer:OTDR）にインターロックされ、このＯＴＤＲは端子部及び延長部の両方を有するファイバシステムの保全性を監視する。ＯＴＤＲは周期的又は連続的な低出力（クラスI）光パルス列を伝送することによって光経路の保全性を監視し、リターン信号を監視する。この手法では、ＯＴＤＲは、ファイバシステムにおける経路の保全性及び、ファイバ破断あるいは構成部品の問題のような、あらゆる故障の存在を検出することができる。
制御回路はレーザ及びＯＴＤＲの両方に接続される。ＯＴＤＲが経路の保全性を感知したとき、高出力レーザ源はイネーブルされる。ＯＴＤＲが光伝送経路における故障を検出したとき、ＯＴＤＲ及び制御回路はレーザを自動的にディスエーブル（イネーブルの中止）あるいはシャットダウンするよう動作する。この手法では、本発明は、高出力レーザが安全に用いられるように延長ファイバシステムの保全性を連続的に感知するＯＴＤＲを使ったファイバ内インターロックシステムを提供する。
本発明の別の実施例では、異なる波長でそれぞれ動作する複数の高出力レーザが単一のファイバシステムに接続されており、このシステムは遠隔光増幅器を有してもよい。各レーザは、ユニークな波長を有するそれ自身の感知中のＯＴＤＲに個別にインターロックされる。各ＯＴＤＲは、それ自身のリターン信号だけを監視するように選別バンドパスフィルタ（discriminating bandpass filter）に接続される。
また別の実施例では、複数の冗長高出力レーザが局部増幅器に接続されており、その増幅器は、単一のファイバシステムにおいて高い信号出力を生成する。各レーザはそれ自身のＯＴＤＲにインターロックされる。ＯＴＤＲによって監視される経路は、高い出力に増幅された信号を搬送するファイバ経路の延長部を有する。レーザは、一緒に又は個別に動作してもよい。レーザの動作は、ファイバシステムの出力要件とレーザのいずれがディスエーブルであるかとに基づいて自動的に調節あるいは協調されてもよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
図２は、本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
図３は、本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
詳細な説明
類似の参照符号は類似の要素を示す図面を詳細に参照すると、図１は、本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図を例示している。安全インターロックシステム１０は、複数の光信号を搬送又は伝送するための、端子部１４及び延長部１６を有する光ファイバシステム１２を有する。端子部１４は局部光増幅器１５を有してもよく、一方で延長部１６は遠隔光増幅器１７を有してもよい。増幅器１５及び１７は、例えばドープされたファイバ増幅器又は誘発ラマン増幅器を備えてもよい。ファイバシステム１２は、例えば長距離運搬海底ファイバ光伝送システムにおいて使われてもよく、このシステムでは端子部１４は沿岸に位置し延長部１６は海底に位置する。ファイバシステム１２の延長部１６は、４０〜６０ｋｍあるいはそれより長く海底に延長されてもよい。それぞれが異なる波長で動作する１つあるいはそれより多い光信号を、波長分割多重（wavelength division multiplexing:WDM）を使ってファイバシステム１２上を同時に伝送することができる。
波長λ1，λ2，．．．，λnを有する複数のＷＤＭデータ信号１８はデータ信号経路２０上を搬送される。データ信号１８は光結合器２２によってファイバシステム１２に接続される。信号経路２０及びファイバシステム１２は双方向性であり得る。本発明はまた、代わりとなる光ファイバ構成で動作することもできる。
安全インターロックシステム１０はまた、波長λpで高電力を伝送する高出力（クラスIV）レーザ２４も有する。レーザ２４を、データ信号１８を増幅するためのファイバシステム１２内の光増幅器１５及び／又は光増幅器１７へ光エネルギーをポンピングするためのポンプレーザとして使ってもよい。光時間領域反射計（optical time-domain reflectometer:OTDR）２６は、光経路の導通（continuity）又は保全性を監視するが、その光経路はＯＴＤＲ２６の出力並びに（端子部１４及び延長部１６を有する）ファイバシステム１２から延長されるファイバを有してもよい。ＯＴＤＲ２６は、波長λsでの周期的あるいは連続的に低出力光パルスの列を伝送し、ＯＴＤＲ２６への波長λsの少量の後方散乱光を監視することによって、光経路の導通又は保全性を監視する。特に、ＯＴＤＲ２６内の検出回路、しきい値回路及び／又は比較回路は、システムの光ファイバ経路の導通又は保全性及び／又は経路の導通における重大な変化、又は光ファイバ経路のある長さのそれらを検出する。ＯＴＤＲ２６は、終端点３８へ延長される光経路の、導通あるいは保全性、及び／又は導通における変化、を検出することができる。結果として、インターロックシステム１０の保護範囲は終端点３８へ延長されるのみである。
ＯＴＤＲ２６は、システムの費用を低減するため、市販のＯＴＤＲにある特徴あるいは能力の部分集合を有するだけの簡略化されたＯＴＤＲを備えてもよい。商用のＯＴＤＲは一般的に多くの特徴及び能力を有するが、本発明は、特定の距離の光経路の保全性を決定する能力を有するＯＴＤＲを必要とするのみでよい。本発明のいくつかの態様はまた、システムにおいて検出されるあらゆる故障やファイバの破断の位置も識別するＯＴＤＲを必要としても（あるいはそのようなＯＴＤＲから利益を得ても）よい。
光結合器２８は、ファイバによってレーザ２４、ＯＴＤＲ２６及び結合器２２に接続され、レーザ２４（λp）及びＯＴＤＲ２６（λs）によって伝送される光信号を結合する。結合器２２は、ファイバシステム１２上での伝送に対してＯＴＤＲ出力信号（λs）、レーザ出力信号（λp）及びデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）を結合する。これらの信号のそれぞれは、異なる波長を有する。
制御回路３０は、ＯＴＤＲ２６から受信される情報に基づいてレーザ２４を選択的にイネーブル又はディスエーブルするためにレーザ２４及びＯＴＤＲ２６に接続される。制御回路３０はマイクロプロセッサ及び／又は他の回路を備えてもよい。制御回路３０からの「試験距離（test distance）」入力３２は、ＯＴＤＲ２６に対し、監視されるべき光経路の距離を示す。ＯＴＤＲ２６は、内蔵自己試験（built-in self test）を実行することができ、ＯＴＤＲが適切に動作していることを示す「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号を出力３４上に出力する。ＯＴＤＲ２６の検出及びしきい値回路は、導通あるいは保全性の有無、及び／又は「試験距離」入力３２によって特定される、ＯＴＤＲ２６からの距離を延長する光経路の光経路損失における重大な変化の有無を検出し、出力３４上に「クリア経路の有／無（clear-path present/absent）」信号を出力する。制御回路３０は、ＯＴＤＲ２６が（「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号の状態に基づいて）適切に動作し、かつＯＴＤＲ２６が（「クリア経路の有／無」信号の状態に基づいて）光経路の保全性又は導通を確認しているときのみ、出力３６上に「レーザイネーブル」信号を出力することによってレーザ２４をイネーブルにする。そうでなければ、制御回路３０は、出力３６上に「レーザディスエーブル」信号を出力することによってレーザ２４をディスエーブルあるいはシャットダウンする。
本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムの動作は、図１を参照することにより理解できる。高出力レーザ２４は、制御回路３０を介してＯＴＤＲ２６にインターロックされる。レーザ２４を起動する前に、システムにおける破断されたファイバ又はその他の故障からの有害レーザ放射を避けるために、ＯＴＤＲは自己試験されなければならず、システムのファイバ経路の保全性を確認しなければならない。
動作の前、及び／又はその動作の間、ＯＴＤＲ２６は内蔵自己試験を実行する。ＯＴＤＲがその内蔵自己試験で不合格とされた場合、ＯＴＤＲ２６が適切には動作していないことを示す信号が、出力３４上をＯＴＤＲ２６から制御回路３０へ出力される。故障しているＯＴＤＲ２６では、システムの光経路の保全性を正確に監視することについて当てにすることができないので、制御回路は「クリア経路無」信号をレーザ２４に対して出力３４上に出力し、それによって、レーザ２４はディスエーブルする（あるいはイネーブルしない）。代わりに、制御回路３０を削除してもよく、出力３４上の「クリア経路有／無」信号を直接レーザ２４に入力してもよい。
ＯＴＤＲ２６がその内蔵自己試験に合格したとき、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して、ＯＴＤＲ２６が適切に動作していることを示す「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号を出力３４上に出力する。次に、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０から「試験距離」入力３２を受信する。上述のように、「試験距離」入力３２は、ＯＴＤＲ２６が監視すべき特定の光経路距離を示している。
次に、ＯＴＤＲ２６はシステムの光経路、すなわち、結合器２８及び２２、並びにファイバシステム１２を通じて、ＯＴＤＲ２６から延長される光経路の特定の距離の初期の保全性を確認する。システムの光経路の、保全性を確認するために、ＯＴＤＲ２６は、光経路に沿って波長λsで複数の光パルスを伝送する。ＯＴＤＲ２６における検出及びしきい値回路は、波長λsでの拡散光の戻りに基づいて、光ファイバ経路の保全性を判定する。
ＯＴＤＲ２６が、光経路におけるファイバの破断又はその他の故障を検出する場合には、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して、「クリア経路無」信号を出力３４上に出力する。「クリア経路無」信号に応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をディスエーブルするための「レーザディスエーブル」信号を出力する。
ＯＴＤＲ２６が光経路の保全性を確認する場合（すなわち、経路において検出される破断及び故障がない場合）、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して「クリア経路有」信号を出力３４上に出力する。「クリア経路有」信号に応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をイネーブルあるいは起動するための「レーザイネーブル」信号を出力する。
一度レーザ２４がイネーブルされると、ＯＴＤＲ２６は、複数の光パルスを伝送し、リターン信号を監視することにより連続的に光経路の保全性を監視する。ＯＴＤＲ２６が、光経路のどのような場所に対しても（延長部１６を含む）ファイバ破断あるいはその他の故障をどのようなときにおいても検出する場合、ＯＴＤＲ２６は、出力３４上に「クリア経路無」信号を直ちに出力する。それに応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をディスエーブルするための「レーザディスエーブル」信号を出力する。この手法においては、高出力レーザ２４は、ＯＴＤＲ２６を監視する光経路と、ファイバ破断あるいはその他の故障が光経路において検出されたあと直ちにレーザ２４を自動的にシャットダウンあるいはディスエーブルするための制御回路３０とにインターロックされる。
ＯＴＤＲ２６の波長λsは、ラマンクロストーク（Raman crosstalk）及び、ファイバシステム１２の延長部１６における非線形結合を最小限にするため、高出力レーザ２４の波長（λp）よりもかなり小さいものとして選択されるべきである。例えば、レーザ２４に対して１４８０ｎｍの波長（λp）では、非線形結合を最小限にするため、ＯＴＤＲ２６に対する波長（λs）を１３１０ｎｍ又は１３６０ｎｍに選んでもよい。
図２は、本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図を例示する。図２に例示されたファイバ内インターロックシステム４０は、ファイバシステム１２上で伝送する複数の高出力（クラスIV）レーザ源２４ａ，２４ｂを有する。ファイバシステムは、端子部１４及び延長部１６を有する。第１のレーザ２４ａは波長λp1で動作し、一方で、第２のレーザ２４ｂは波長λp2で動作する。レーザ２４ａ及び２４ｂのそれぞれは、ＯＴＤＲ、すなわちＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂのそれぞれを監視するそれ自身の光経路にインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは波長λs1で動作し、一方で、第２のＯＴＤＲ２６ｂは波長λs2で動作する。
第１の実施例（図１）の制御回路３０と同様に、第１の制御回路３０ａは、第１のＯＴＤＲ２６ａから受信する情報に基づいて第１のレーザ２４ａをイネーブルするかディスエーブルするか選択するために、第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１のレーザ２４ａに接続される。同様に、第２の制御回路３０ｂは、第２のＯＴＤＲ２６ｂから受信する情報に基づいて第２のレーザ２４ｂをイネーブルするかディスエーブルするか選択するために、第２のＯＴＤＲ２６ｂ及び第２のレーザ２４ｂに接続される。
光バンドパスフィルタ４２ａは、第１のＯＴＤＲ２６ａの出力経路に接続され、第１のＯＴＤＲ２６ａによって出力される波長（λs1）だけを通し、他の波長は拒絶する。バンドパスフィルタ４２ａは、第２のＯＴＤＲ２６ｂからのリターン信号を有する他の全ての波長（λs2）を拒絶することによって、第１のＯＴＤＲ２６ａがそれ自身のリターン信号を感知するであろうということを保証する。第２のバンドパスフィルタ４２ｂは第２のＯＴＤＲ２６ｂに接続され、同様に第２のＯＴＤＲ２６ｂの波長（λs2）だけを通す。バンドパスフィルタ４２ｂは、第２のＯＴＤＲ２６ｂがそれ自身のリターン信号（λs2）だけを感知するであろうということを保証する。この手法で、バンドパスフィルタ４２ａ及び４２ｂによって、異なる波長で動作する複数のＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂが、互いに干渉することなく同じ（すなわち共通の）光学経路を監視することができる。
光結合器２８ａは、第１のレーザ２４ａから出力される信号λp1と第１のＯＴＤＲ２６ａから出力される信号λs1とを結合する。同様に、光結合器２８ｂは第２のレーザ２４ｂの出力と第２のＯＴＤＲ２６ｂの出力とを結合する。２つのレーザ及びＯＴＤＲだけが図１に例示されているが、付加的な高出力レーザ、ＯＴＤＲ、関連する制御回路及びバンドパスフィルタが、図２のファイバ内インターロックシステム４０に接続されてもよい。
光結合器４４は、第１のレーザ２４ａ及び第１のＯＴＤＲ２６ａからの信号（λp1，λs1）を信号（λp2，λs2）に結合する。光結合器４６は複数のＯＴＤＲ及びレーザ（λp，λs）からの信号を、ファイバシステム１２を介した伝送に対して信号経路20で搬送される波長λ1，λ2，．．．，λnを有する１つあるいはそれより多いＷＤＭデータ信号１８に結合する。
本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムの動作は、図２を参照することにより理解できる。第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１のレーザ２４ａは、第１の実施例で既に説明したＯＴＤＲ２６及びレーザ２４と同じ手法で動作する。第１のＯＴＤＲ２６ａは、バンドパスフィルタ４２ａと経路４８ａと結合器２８ａ、４４及び４６と端子部１４とファイバシステム１２の延長部１６とを有する第１の光経路の保全性を連続的に監視する。第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路におけるファイバ破断あるいは他の故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ａ及び制御回路３０ａは、第１のレーザ２４ａをディスエーブルするよう動作する。
同様に、第２のＯＴＤＲ２６ｂは、バンドパスフィルタ４２ｂと経路４８ｂと結合器２８ｂ、４４及び４６と端子部１４とファイバシステム１２の延長部１６とを有する第２の光経路の保全性を連続的に監視する。第２のＯＴＤＲ２６ｂが第２の光経路におけるファイバ破断あるいは他の故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ｂ及び制御回路３０ｂは、第２のレーザ２４ｂをディスエーブルするように動作する。
ＯＴＤＲ２６ａ，２６ｂの両方は、別個の（共通ではない）ファイバ部（それぞれ、経路４８ａ及び経路４８ｂ）と、（結合器４６、端子部１４及びファイバシステム１２の延長部１６を通じて延長される）それぞれの光経路と、を同時に監視する。ファイバ破断が第１のＯＴＤＲ２６ａによって経路４８ａにおいてのみ検出される場合、第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１の制御回路３０ａは第１のレーザ２４ａを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作する。しかしこのような場合、第２のレーザ２４ｂは連続して動作する。なぜなら、第２の光経路においては破断あるいは故障はないからである。
同様に、ファイバ破断が第２のＯＴＤＲ２６ｂによって経路４８ｂにおいて検出されたとき、第２のＯＴＤＲ２６ｂ及び第２の制御回路３０ｂは第２のレーザ２４ｂを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作するが、第１のレーザ２４ａは通常動作を続ける。
ファイバ破断がレーザ２４ａ，２４ｂに対して共通である光経路のあらゆる部分において検出されるとき、全レーザはディスエーブルあるいはシャットダウンされなければならない。破断が２つあるいはそれより多い光経路の共通部分において存在するとき、共通のセクションを監視する全ＯＴＤＲは、破断を検出し、各レーザを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンしなければならない。さらなる安全のために、感知しているＯＴＤＲのいずれか１つによって経路の共通部分上に破断が検出されたとき全レーザがディスエーブルされることを確実にするために、個別のコントローラあるいは回路（図示せず）は全制御回路及び全ＯＴＤＲに接続されてもよい。従って、この個別のコントローラは、正常に動いていないＯＴＤＲ又は他の回路を検出するよう動作してもよい。
ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂの波長（λs1，λs2）は、ラマン拡散及び、ファイバシステム１２の延長部における非線形結合を最小限にするため、高出力レーザ２４ａ及び２４ｂの波長（λp1，λp2）の両方に対してよりもかなり小さいものとして選択すべきである。例えば、それぞれ１４７５ｎｍ及び１４９５ｎｍであるようなレーザ２４ａ及び２４ｂの波長λp1，λp2で、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂに対する波長（λs1，λs2）を１３１０ｎｍ及び１３６０ｎｍとして選択してもよい。また例えば、データ信号１８の１つの波長は１５５５ｎｍとして選択してもよい。
図３は、本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステム５０のブロック図を例示する。図３に例示されたファイバ内インターロックシステム５０は、端子部１４及び延長部１６を有する局部ファイバシステム上で伝送する複数の高出力（クラスIV）レーザ源２４ａ，２４ｂを有する。レーザ２４ａ及び２４ｂの両方は同じ波長すなわち類似の波長λpで動作する。レーザ２４ａ及び２４ｂのそれぞれは、ＯＴＤＲ、すなわちＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂのそれぞれを監視するそれ自身の光経路にインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは波長λs1で動作し、一方で、第２のＯＴＤＲ２６ｂは波長λs2で動作する。制御回路３０ａ及び３０ｂは、それぞれＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂから受信する情報に基づいてレーザ２４ａ及び２４ｂをイネーブルするかディスエーブルするか選択する。必ずしも必要ではないが、インターロックシステム５０はまた、レーザ２４ａ及び２４ｂの動作を監視し協調させるために、レーザ２４ａ，２４ｂ及び制御回路３０ａ及び３０ｂに接続された監視回路７０を有してもよい。
結合器２８ａは第１のレーザ２４ａからの出力λpを第１のＯＴＤＲ２６ａからの出力λs1に結合する。
結合器２８ｂは第２のレーザ２４ｂからの出力λpを第２のＯＴＤＲ２６ｂからの出力λs2に結合する。レーザ２４ａ及び２４ｂは共にあるいは別個に動作してもよいので、光結合器６０は、光スプリッタ／結合器として動作し、レーザ２４ａ及び２４ｂからの両方の出力λpを単一の信号に結合し、そしてこの結合されたλp信号を経路６２及び６３の両方にわたって分離する。結合器６０はまた、第１のＯＴＤＲ２６ａからの出力λs1と第２のＯＴＤＲ２６ｂからの出力λs2とを結合し、この結合された信号を経路６２上に出力する。
光結合器５２は、スプリッタ／結合器として動作し、かつ出力６２からの結合された信号λs1，λs2，λpを分離し、信号λp，λs1及びλs2，が経路６４上に出力され、信号λpが経路６５に出力される。結果として、光結合器５２は、感知信号λs1及びλs2を局部増幅器１５に通すように動作し、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂが延長部１６のさらに長い距離を監視できるようになる。
感知信号λs1及びλs2の両方を共に（結合器５２及び経路６４を使って）増幅器１５及び１７に通すようにする代わりに、信号λs1及びλs2を、結合器６０の後ろの（左側の）経路上に２つの結合器を挿入することによって光増幅器１５及び１７に個別に通してもよい。
結合器５８は、信号経路６６上の波長λ1，λ2，．．．，λnを有するＷＤＭデータ信号を経路６３上の信号λpに結合する。データ信号１８は局部増幅器１５によって増幅されるが、そこでは、信号λpは増幅器１５に対してポンプエネルギーとして振る舞う。光結合器５６は増幅器１５を通過する信号をデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）と経路６５上の信号λpに分離するスプリッタとして動作する。２つの経路は増幅信号λpを増幅器１５に供給するために形成される。第１の経路は、結合器６０、経路６３及び結合器５８から延長される。第２の経路は、結合器６０、経路６２、結合器５２、経路６５及び結合器５６から形成される。結果として、増幅信号λpは両方向から増幅器１５へ供給され得る。
結合器５４は、結合器５６からのデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）を経路６４上のＯＴＤＲ信号λs1及びλs2に結合する。結合された信号（λs1，λs2及びλ1，λ2，．．．，λn）は、延長部１６に供給される。
ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂは、伝送信号λs1及びλs2の後方散乱（リターン信号）を監視することによって光経路の保全性を試験するので、伝送信号は双方向性である。結果として、結合器６０，５２及び５４はそれぞれ、ＯＴＤＲの信号フローの方向に依存してスプリッタ及び結合器の両方として動作する。
本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステム５０の動作は、図３を参照することにより理解できる。レーザ２４ａ及び２４ｂはそれぞれ、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂにインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは、バンドパスフィルタ４２ａと経路４８ａと結合器２８ａと（結合器６０、経路６２、結合器５２、経路６４、結合器５４及び延長部１６を通じて延長される）両ＯＴＤＲに対する共通経路とにわたって延長される第１の光経路を監視する。同様に、第２のＯＴＤＲ２６ｂは、バンドパスフィルタ４２ｂと経路４８ｂと結合器２８ｂと共通経路とにわたって延長される第２の光経路の保全性を監視する。
第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路（延長部１６も含む）における故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ａ及び制御回路３０ａは、直ちにレーザ２４ａをディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作する。故障が共通経路に含まれないならば、第２のレーザ２４ｂがディスエーブルされる必要はなく、動作したままであろう。
第２のＯＴＤＲ２６ｂが第２の光経路（延長部１６も含む）における故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ｂ及び制御回路３０ｂは、直ちにレーザ２４ｂをディスエーブルあるいはシャットダウンするするよう動作する。この場合、故障が共通経路に含まれないならば、第１のレーザ２４ａがディスエーブルされる必要はなく、動作したままであろう。
レーザ２４ａ及び２４ｂが冗長なレーザポンプ源として動作してもよい。レーザ２４ａ及び２４ｂは局部増幅器１５をそれぞれ別個にポンプすることができる。結果として、一度に１つだけのレーザを動作する必要がある。レーザ２４ａ及び２４ｂのうちの１つだけが動作しているとき、イネーブルのレーザは１００％の出力で動作する。両レーザが動作しているとき、両レーザは例えば５０％の出力で動作する。代わりに、増幅器１５のゲインを増加させるために、両レーザ２４ａ及び２４ｂが同時に１００％の出力で動作してもよい。
例えばマイクロプロセッサ及び／又は他の回路のような監視回路７０を、各レーザ２４ａ及び２４ｂの出力電力のパーセンテージを監視し、各レーザ２４ａ及び２４ｂの出力電力を自動的に調節あるいは協調するのに使ってもよい。監視回路７０は両レーザ２４ａ及び２４ｂからの電気信号を受信するが、その電気信号は各レーザがオンであるかどうかと各レーザの出力電力とを示す。監視回路７０はまた、制御回路３０ａ及び３０ｂからの信号を受信してもよく、その信号は破断あるいは故障が検出されたかどうかと故障の位置とを示す。
例えば、初めに両レーザ２４ａ及び２４ｂは５０％の電力で動作していてもよい。そのいくらか後に、第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路の非共通経路における破断あるいは故障を検出し、直ちに第１のレーザ２４ａをシャットダウンする。そして監視回路７０は、第２のレーザ２４ｂ及び制御回路３０ｂを制御して第２のレーザ２４ｂの電力出力を増加させ、第１のレーザ２４ａの損失を補償する。この手法では、増幅器１５は、第１の光経路の故障にもかかわらず十分なポンプエネルギーが提供され、第１のレーザ２４ａをディスエーブルする。システムを監視し電力出力を調節するための監視回路７０を使うことを、図２に例示されたシステムに同様に適用することができる。
もちろん、本発明は特定のハードウェア構成を参照して説明されてはいるが、代わりの構成も可能であることは理解すべきである。例えば、結合器を使う代わりに、本発明の実施例は、適切であるような、結合器、スプリッタ、波長マルチプレクサ、偏光マルチプレクサあるいは無線スプリッタ結合器を用いてもよい。
本発明は、光ファイバ通信システムに関し、特にＯＴＤＲを使った安全にインターロックされた高出力ファイバシステムに関する。
ファイバ光技術はレーザの発明以来、著しい進歩を遂げている。半導体レーザ、ファイバ及び装置は、ますます複雑化するファイバ通信システムを支えるものとして改良されつづけている。しばらくの間、実際のファイバ通信システムは、１０ｍＷより低い光出力レベルを用いていた。新しい世代のレーザ及び装置は現在、一層大きい出力を生成することが可能である。
かつては数ミリワットの光出力しか生成できなかった半導体レーザダイオードは、現在は数百ミリワットを伝搬することができる。高出力のクラスIVレーザは、赤外線コヒーレントファイバ結合出力のワット数よりも多く出力するよう希土類ドープファイバ増幅器およびファイバレーザにポンピングするために、単独で、あるいは組み合わせて使うことができる。
高出力ファイバ伝送システムを実際に実現するために、扱われるべき１つの問題は、高出力搬送ファイバの安全配置である。ある国の工業基準及び法律は、レーザからの高エネルギー光レベルの不本意な放出を避けるために、いくつかのタイプのインターロック安全システムなしでのクラスIVレーザの動作あるいは取り付けを禁止している。出願人が知る限りは、閉ファイバ伝送システムに対して除外は特に存在しない。高出力ファイバ伝送システムにおけるファイバ接続の場合、破断されたファイバからの有害なレーザ放射は極端な危険をもたらし、網膜の燃焼あるいは他の生体組織へのダメージといったような重大な障害を引き起こしかねず、また火災あるいは他の財産への障害を引き起こすかもしれない。さらに、破断されたファイバを有するシステムに高出力レーザを注入することは、ファイバの溶断を起因とする重大なダメージを光ファイバシステムにもたらしかねない。従って、多くの理由のために、延長されたファイバシステムにおいて破断あるいは故障が発生したあとはできるだけ早く高出力レーザをシャットダウンすることが重要である。ファイバに破断があるときは、高出力レーザを自動的にシャットダウンするための延長されたファイバシステムにおいて使われる安全システムは存在しない。
従って、延長ファイバシステムにおいて故障あるいは破断が検出されたときレーザを自動的にシャットダウンあるいはディスエーブルするための、高出力レーザにインターロックする安全インターロックシステムの存在が必要となる。
発明の概要
本発明のファイバ内安全インターロックシステムは、拡張ファイバシステムを監視し、ファイバ経路の保全性（integrity）の検出に基づいて高出力レーザ源を自動的にイネーブルあるいはディスエーブルするためのシステムを提供する。
本発明の実施例によれば、高出力（クラスIV）レーザは、（局部的で行きやすい、例えば沿岸の）端子部及び、（遠隔で行きにくい、例えば海底の）延長部を有するファイバシステム上で高出力光信号を伝送する。複数のＷＤＭデータ信号は、ファイバシステムを介して伝送され得る。端子部は局部光増幅器を有し、延長部は遠隔光増幅器を有してもよい。レーザは、光増幅のためのポンプエネルギーを提供する。
レーザは光時間領域反射計（optical time domain reflectometer:OTDR）にインターロックされ、このＯＴＤＲは端子部及び延長部の両方を有するファイバシステムの保全性を監視する。ＯＴＤＲは周期的又は連続的な低出力（クラスI）光パルス列を伝送することによって光経路の保全性を監視し、リターン信号を監視する。この手法では、ＯＴＤＲは、ファイバシステムにおける経路の保全性及び、ファイバ破断あるいは構成部品の問題のような、あらゆる故障の存在を検出することができる。
制御回路はレーザ及びＯＴＤＲの両方に接続される。ＯＴＤＲが経路の保全性を感知したとき、高出力レーザ源はイネーブルされる。ＯＴＤＲが光伝送経路における故障を検出したとき、ＯＴＤＲ及び制御回路はレーザを自動的にディスエーブル（イネーブルの中止）あるいはシャットダウンするよう動作する。この手法では、本発明は、高出力レーザが安全に用いられるように延長ファイバシステムの保全性を連続的に感知するＯＴＤＲを使ったファイバ内インターロックシステムを提供する。
本発明の別の実施例では、異なる波長でそれぞれ動作する複数の高出力レーザが単一のファイバシステムに接続されており、このシステムは遠隔光増幅器を有してもよい。各レーザは、ユニークな波長を有するそれ自身の感知中のＯＴＤＲに個別にインターロックされる。各ＯＴＤＲは、それ自身のリターン信号だけを監視するように選別バンドパスフィルタ（discriminating bandpass filter）に接続される。
また別の実施例では、複数の冗長高出力レーザが局部増幅器に接続されており、その増幅器は、単一のファイバシステムにおいて高い信号出力を生成する。各レーザはそれ自身のＯＴＤＲにインターロックされる。ＯＴＤＲによって監視される経路は、高い出力に増幅された信号を搬送するファイバ経路の延長部を有する。レーザは、一緒に又は個別に動作してもよい。レーザの動作は、ファイバシステムの出力要件とレーザのいずれがディスエーブルであるかとに基づいて自動的に調節あるいは協調されてもよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
図２は、本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
図３は、本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図である。
詳細な説明
類似の参照符号は類似の要素を示す図面を詳細に参照すると、図１は、本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図を例示している。安全インターロックシステム１０は、複数の光信号を搬送又は伝送するための、端子部１４及び延長部１６を有する光ファイバシステム１２を有する。端子部１４は局部光増幅器１５を有してもよく、一方で延長部１６は遠隔光増幅器１７を有してもよい。増幅器１５及び１７は、例えばドープされたファイバ増幅器又は誘発ラマン増幅器を備えてもよい。ファイバシステム１２は、例えば長距離運搬海底ファイバ光伝送システムにおいて使われてもよく、このシステムでは端子部１４は沿岸に位置し延長部１６は海底に位置する。ファイバシステム１２の延長部１６は、４０〜６０ｋｍあるいはそれより長く海底に延長されてもよい。それぞれが異なる波長で動作する１つあるいはそれより多い光信号を、波長分割多重（wavelength division multiplexing:WDM）を使ってファイバシステム１２上を同時に伝送することができる。
波長λ1，λ2，．．．，λnを有する複数のＷＤＭデータ信号１８はデータ信号経路２０上を搬送される。データ信号１８は光結合器２２によってファイバシステム１２に接続される。信号経路２０及びファイバシステム１２は双方向性であり得る。本発明はまた、代わりとなる光ファイバ構成で動作することもできる。
安全インターロックシステム１０はまた、波長λpで高電力を伝送する高出力（クラスIV）レーザ２４も有する。レーザ２４を、データ信号１８を増幅するためのファイバシステム１２内の光増幅器１５及び／又は光増幅器１７へ光エネルギーをポンピングするためのポンプレーザとして使ってもよい。光時間領域反射計（optical time-domain reflectometer:OTDR）２６は、光経路の導通（continuity）又は保全性を監視するが、その光経路はＯＴＤＲ２６の出力並びに（端子部１４及び延長部１６を有する）ファイバシステム１２から延長されるファイバを有してもよい。ＯＴＤＲ２６は、波長λsでの周期的あるいは連続的に低出力光パルスの列を伝送し、ＯＴＤＲ２６への波長λsの少量の後方散乱光を監視することによって、光経路の導通又は保全性を監視する。特に、ＯＴＤＲ２６内の検出回路、しきい値回路及び／又は比較回路は、システムの光ファイバ経路の導通又は保全性及び／又は経路の導通における重大な変化、又は光ファイバ経路のある長さのそれらを検出する。ＯＴＤＲ２６は、終端点３８へ延長される光経路の、導通あるいは保全性、及び／又は導通における変化、を検出することができる。結果として、インターロックシステム１０の保護範囲は終端点３８へ延長されるのみである。
ＯＴＤＲ２６は、システムの費用を低減するため、市販のＯＴＤＲにある特徴あるいは能力の部分集合を有するだけの簡略化されたＯＴＤＲを備えてもよい。商用のＯＴＤＲは一般的に多くの特徴及び能力を有するが、本発明は、特定の距離の光経路の保全性を決定する能力を有するＯＴＤＲを必要とするのみでよい。本発明のいくつかの態様はまた、システムにおいて検出されるあらゆる故障やファイバの破断の位置も識別するＯＴＤＲを必要としても（あるいはそのようなＯＴＤＲから利益を得ても）よい。
光結合器２８は、ファイバによってレーザ２４、ＯＴＤＲ２６及び結合器２２に接続され、レーザ２４（λp）及びＯＴＤＲ２６（λs）によって伝送される光信号を結合する。結合器２２は、ファイバシステム１２上での伝送に対してＯＴＤＲ出力信号（λs）、レーザ出力信号（λp）及びデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）を結合する。これらの信号のそれぞれは、異なる波長を有する。
制御回路３０は、ＯＴＤＲ２６から受信される情報に基づいてレーザ２４を選択的にイネーブル又はディスエーブルするためにレーザ２４及びＯＴＤＲ２６に接続される。制御回路３０はマイクロプロセッサ及び／又は他の回路を備えてもよい。制御回路３０からの「試験距離（test distance）」入力３２は、ＯＴＤＲ２６に対し、監視されるべき光経路の距離を示す。ＯＴＤＲ２６は、内蔵自己試験（built-in self test）を実行することができ、ＯＴＤＲが適切に動作していることを示す「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号を出力３４上に出力する。ＯＴＤＲ２６の検出及びしきい値回路は、導通あるいは保全性の有無、及び／又は「試験距離」入力３２によって特定される、ＯＴＤＲ２６からの距離を延長する光経路の光経路損失における重大な変化の有無を検出し、出力３４上に「クリア経路の有／無（clear-path present/absent）」信号を出力する。制御回路３０は、ＯＴＤＲ２６が（「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号の状態に基づいて）適切に動作し、かつＯＴＤＲ２６が（「クリア経路の有／無」信号の状態に基づいて）光経路の保全性又は導通を確認しているときのみ、出力３６上に「レーザイネーブル」信号を出力することによってレーザ２４をイネーブルにする。そうでなければ、制御回路３０は、出力３６上に「レーザディスエーブル」信号を出力することによってレーザ２４をディスエーブルあるいはシャットダウンする。
本発明の第１の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムの動作は、図１を参照することにより理解できる。高出力レーザ２４は、制御回路３０を介してＯＴＤＲ２６にインターロックされる。レーザ２４を起動する前に、システムにおける破断されたファイバ又はその他の故障からの有害レーザ放射を避けるために、ＯＴＤＲは自己試験されなければならず、システムのファイバ経路の保全性を確認しなければならない。
動作の前、及び／又はその動作の間、ＯＴＤＲ２６は内蔵自己試験を実行する。ＯＴＤＲがその内蔵自己試験で不合格とされた場合、ＯＴＤＲ２６が適切には動作していないことを示す信号が、出力３４上をＯＴＤＲ２６から制御回路３０へ出力される。故障しているＯＴＤＲ２６では、システムの光経路の保全性を正確に監視することについて当てにすることができないので、制御回路は「クリア経路無」信号をレーザ２４に対して出力３４上に出力し、それによって、レーザ２４はディスエーブルする（あるいはイネーブルしない）。代わりに、制御回路３０を削除してもよく、出力３４上の「クリア経路有／無」信号を直接レーザ２４に入力してもよい。
ＯＴＤＲ２６がその内蔵自己試験に合格したとき、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して、ＯＴＤＲ２６が適切に動作していることを示す「ＯＴＤＲ ＯＫ」信号を出力３４上に出力する。次に、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０から「試験距離」入力３２を受信する。上述のように、「試験距離」入力３２は、ＯＴＤＲ２６が監視すべき特定の光経路距離を示している。
次に、ＯＴＤＲ２６はシステムの光経路、すなわち、結合器２８及び２２、並びにファイバシステム１２を通じて、ＯＴＤＲ２６から延長される光経路の特定の距離の初期の保全性を確認する。システムの光経路の、保全性を確認するために、ＯＴＤＲ２６は、光経路に沿って波長λsで複数の光パルスを伝送する。ＯＴＤＲ２６における検出及びしきい値回路は、波長λsでの拡散光の戻りに基づいて、光ファイバ経路の保全性を判定する。
ＯＴＤＲ２６が、光経路におけるファイバの破断又はその他の故障を検出する場合には、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して、「クリア経路無」信号を出力３４上に出力する。「クリア経路無」信号に応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をディスエーブルするための「レーザディスエーブル」信号を出力する。
ＯＴＤＲ２６が光経路の保全性を確認する場合（すなわち、経路において検出される破断及び故障がない場合）、ＯＴＤＲ２６は制御回路３０に対して「クリア経路有」信号を出力３４上に出力する。「クリア経路有」信号に応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をイネーブルあるいは起動するための「レーザイネーブル」信号を出力する。
一度レーザ２４がイネーブルされると、ＯＴＤＲ２６は、複数の光パルスを伝送し、リターン信号を監視することにより連続的に光経路の保全性を監視する。ＯＴＤＲ２６が、光経路のどのような場所に対しても（延長部１６を含む）ファイバ破断あるいはその他の故障をどのようなときにおいても検出する場合、ＯＴＤＲ２６は、出力３４上に「クリア経路無」信号を直ちに出力する。それに応答して、制御回路３０は、出力３６上に、レーザ２４をディスエーブルするための「レーザディスエーブル」信号を出力する。この手法においては、高出力レーザ２４は、ＯＴＤＲ２６を監視する光経路と、ファイバ破断あるいはその他の故障が光経路において検出されたあと直ちにレーザ２４を自動的にシャットダウンあるいはディスエーブルするための制御回路３０とにインターロックされる。
ＯＴＤＲ２６の波長λsは、ラマンクロストーク（Raman crosstalk）及び、ファイバシステム１２の延長部１６における非線形結合を最小限にするため、高出力レーザ２４の波長（λp）よりもかなり小さいものとして選択されるべきである。例えば、レーザ２４に対して１４８０ｎｍの波長（λp）では、非線形結合を最小限にするため、ＯＴＤＲ２６に対する波長（λs）を１３１０ｎｍ又は１３６０ｎｍに選んでもよい。
図２は、本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムのブロック図を例示する。図２に例示されたファイバ内インターロックシステム４０は、ファイバシステム１２上で伝送する複数の高出力（クラスIV）レーザ源２４ａ，２４ｂを有する。ファイバシステムは、端子部１４及び延長部１６を有する。第１のレーザ２４ａは波長λp1で動作し、一方で、第２のレーザ２４ｂは波長λp2で動作する。レーザ２４ａ及び２４ｂのそれぞれは、ＯＴＤＲ、すなわちＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂのそれぞれを監視するそれ自身の光経路にインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは波長λs1で動作し、一方で、第２のＯＴＤＲ２６ｂは波長λs2で動作する。
第１の実施例（図１）の制御回路３０と同様に、第１の制御回路３０ａは、第１のＯＴＤＲ２６ａから受信する情報に基づいて第１のレーザ２４ａをイネーブルするかディスエーブルするか選択するために、第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１のレーザ２４ａに接続される。同様に、第２の制御回路３０ｂは、第２のＯＴＤＲ２６ｂから受信する情報に基づいて第２のレーザ２４ｂをイネーブルするかディスエーブルするか選択するために、第２のＯＴＤＲ２６ｂ及び第２のレーザ２４ｂに接続される。
光バンドパスフィルタ４２ａは、第１のＯＴＤＲ２６ａの出力経路に接続され、第１のＯＴＤＲ２６ａによって出力される波長（λs1）だけを通し、他の波長は拒絶する。バンドパスフィルタ４２ａは、第２のＯＴＤＲ２６ｂからのリターン信号を有する他の全ての波長（λs2）を拒絶することによって、第１のＯＴＤＲ２６ａがそれ自身のリターン信号を感知するであろうということを保証する。第２のバンドパスフィルタ４２ｂは第２のＯＴＤＲ２６ｂに接続され、同様に第２のＯＴＤＲ２６ｂの波長（λs2）だけを通す。バンドパスフィルタ４２ｂは、第２のＯＴＤＲ２６ｂがそれ自身のリターン信号（λs2）だけを感知するであろうということを保証する。この手法で、バンドパスフィルタ４２ａ及び４２ｂによって、異なる波長で動作する複数のＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂが、互いに干渉することなく同じ（すなわち共通の）光学経路を監視することができる。
光結合器２８ａは、第１のレーザ２４ａから出力される信号λp1と第１のＯＴＤＲ２６ａから出力される信号λs1とを結合する。同様に、光結合器２８ｂは第２のレーザ２４ｂの出力と第２のＯＴＤＲ２６ｂの出力とを結合する。２つのレーザ及びＯＴＤＲだけが図１に例示されているが、付加的な高出力レーザ、ＯＴＤＲ、関連する制御回路及びバンドパスフィルタが、図２のファイバ内インターロックシステム４０に接続されてもよい。
光結合器４４は、第１のレーザ２４ａ及び第１のＯＴＤＲ２６ａからの信号（λp1，λs1）を信号（λp2，λs2）に結合する。光結合器４６は複数のＯＴＤＲ及びレーザ（λp，λs）からの信号を、ファイバシステム１２を介した伝送に対して信号経路20で搬送される波長λ1，λ2，．．．，λnを有する１つあるいはそれより多いＷＤＭデータ信号１８に結合する。
本発明の第２の実施例によるファイバ内安全インターロックシステムの動作は、図２を参照することにより理解できる。第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１のレーザ２４ａは、第１の実施例で既に説明したＯＴＤＲ２６及びレーザ２４と同じ手法で動作する。第１のＯＴＤＲ２６ａは、バンドパスフィルタ４２ａと経路４８ａと結合器２８ａ、４４及び４６と端子部１４とファイバシステム１２の延長部１６とを有する第１の光経路の保全性を連続的に監視する。第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路におけるファイバ破断あるいは他の故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ａ及び制御回路３０ａは、第１のレーザ２４ａをディスエーブルするよう動作する。
同様に、第２のＯＴＤＲ２６ｂは、バンドパスフィルタ４２ｂと経路４８ｂと結合器２８ｂ、４４及び４６と端子部１４とファイバシステム１２の延長部１６とを有する第２の光経路の保全性を連続的に監視する。第２のＯＴＤＲ２６ｂが第２の光経路におけるファイバ破断あるいは他の故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ｂ及び制御回路３０ｂは、第２のレーザ２４ｂをディスエーブルするように動作する。
ＯＴＤＲ２６ａ，２６ｂの両方は、別個の（共通ではない）ファイバ部（それぞれ、経路４８ａ及び経路４８ｂ）と、（結合器４６、端子部１４及びファイバシステム１２の延長部１６を通じて延長される）それぞれの光経路と、を同時に監視する。ファイバ破断が第１のＯＴＤＲ２６ａによって経路４８ａにおいてのみ検出される場合、第１のＯＴＤＲ２６ａ及び第１の制御回路３０ａは第１のレーザ２４ａを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作する。しかしこのような場合、第２のレーザ２４ｂは連続して動作する。なぜなら、第２の光経路においては破断あるいは故障はないからである。
同様に、ファイバ破断が第２のＯＴＤＲ２６ｂによって経路４８ｂにおいて検出されたとき、第２のＯＴＤＲ２６ｂ及び第２の制御回路３０ｂは第２のレーザ２４ｂを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作するが、第１のレーザ２４ａは通常動作を続ける。
ファイバ破断がレーザ２４ａ，２４ｂに対して共通である光経路のあらゆる部分において検出されるとき、全レーザはディスエーブルあるいはシャットダウンされなければならない。破断が２つあるいはそれより多い光経路の共通部分において存在するとき、共通のセクションを監視する全ＯＴＤＲは、破断を検出し、各レーザを直ちにディスエーブルあるいはシャットダウンしなければならない。さらなる安全のために、感知しているＯＴＤＲのいずれか１つによって経路の共通部分上に破断が検出されたとき全レーザがディスエーブルされることを確実にするために、個別のコントローラあるいは回路（図示せず）は全制御回路及び全ＯＴＤＲに接続されてもよい。従って、この個別のコントローラは、正常に動いていないＯＴＤＲ又は他の回路を検出するよう動作してもよい。
ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂの波長（λs1，λs2）は、ラマン拡散及び、ファイバシステム１２の延長部における非線形結合を最小限にするため、高出力レーザ２４ａ及び２４ｂの波長（λp1，λp2）の両方に対してよりもかなり小さいものとして選択すべきである。例えば、それぞれ１４７５ｎｍ及び１４９５ｎｍであるようなレーザ２４ａ及び２４ｂの波長λp1，λp2で、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂに対する波長（λs1，λs2）を１３１０ｎｍ及び１３６０ｎｍとして選択してもよい。また例えば、データ信号１８の１つの波長は１５５５ｎｍとして選択してもよい。
図３は、本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステム５０のブロック図を例示する。図３に例示されたファイバ内インターロックシステム５０は、端子部１４及び延長部１６を有する局部ファイバシステム上で伝送する複数の高出力（クラスIV）レーザ源２４ａ，２４ｂを有する。レーザ２４ａ及び２４ｂの両方は同じ波長すなわち類似の波長λpで動作する。レーザ２４ａ及び２４ｂのそれぞれは、ＯＴＤＲ、すなわちＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂのそれぞれを監視するそれ自身の光経路にインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは波長λs1で動作し、一方で、第２のＯＴＤＲ２６ｂは波長λs2で動作する。制御回路３０ａ及び３０ｂは、それぞれＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂから受信する情報に基づいてレーザ２４ａ及び２４ｂをイネーブルするかディスエーブルするか選択する。必ずしも必要ではないが、インターロックシステム５０はまた、レーザ２４ａ及び２４ｂの動作を監視し協調させるために、レーザ２４ａ，２４ｂ及び制御回路３０ａ及び３０ｂに接続された監視回路７０を有してもよい。
結合器２８ａは第１のレーザ２４ａからの出力λpを第１のＯＴＤＲ２６ａからの出力λs1に結合する。
結合器２８ｂは第２のレーザ２４ｂからの出力λpを第２のＯＴＤＲ２６ｂからの出力λs2に結合する。レーザ２４ａ及び２４ｂは共にあるいは別個に動作してもよいので、光結合器６０は、光スプリッタ／結合器として動作し、レーザ２４ａ及び２４ｂからの両方の出力λpを単一の信号に結合し、そしてこの結合されたλp信号を経路６２及び６３の両方にわたって分離する。結合器６０はまた、第１のＯＴＤＲ２６ａからの出力λs1と第２のＯＴＤＲ２６ｂからの出力λs2とを結合し、この結合された信号を経路６２上に出力する。
光結合器５２は、スプリッタ／結合器として動作し、かつ出力６２からの結合された信号λs1，λs2，λpを分離し、信号λp，λs1及びλs2，が経路６４上に出力され、信号λpが経路６５に出力される。結果として、光結合器５２は、感知信号λs1及びλs2を局部増幅器１５に通すように動作し、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂが延長部１６のさらに長い距離を監視できるようになる。
感知信号λs1及びλs2の両方を共に（結合器５２及び経路６４を使って）増幅器１５及び１７に通すようにする代わりに、信号λs1及びλs2を、結合器６０の後ろの（左側の）経路上に２つの結合器を挿入することによって光増幅器１５及び１７に個別に通してもよい。
結合器５８は、信号経路６６上の波長λ1，λ2，．．．，λnを有するＷＤＭデータ信号を経路６３上の信号λpに結合する。データ信号１８は局部増幅器１５によって増幅されるが、そこでは、信号λpは増幅器１５に対してポンプエネルギーとして振る舞う。光結合器５６は増幅器１５を通過する信号をデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）と経路６５上の信号λpに分離するスプリッタとして動作する。２つの経路は増幅信号λpを増幅器１５に供給するために形成される。第１の経路は、結合器６０、経路６３及び結合器５８から延長される。第２の経路は、結合器６０、経路６２、結合器５２、経路６５及び結合器５６から形成される。結果として、増幅信号λpは両方向から増幅器１５へ供給され得る。
結合器５４は、結合器５６からのデータ信号１８（λ1，λ2，．．．，λn）を経路６４上のＯＴＤＲ信号λs1及びλs2に結合する。結合された信号（λs1，λs2及びλ1，λ2，．．．，λn）は、延長部１６に供給される。
ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂは、伝送信号λs1及びλs2の後方散乱（リターン信号）を監視することによって光経路の保全性を試験するので、伝送信号は双方向性である。結果として、結合器６０，５２及び５４はそれぞれ、ＯＴＤＲの信号フローの方向に依存してスプリッタ及び結合器の両方として動作する。
本発明の第３の実施例によるファイバ内安全インターロックシステム５０の動作は、図３を参照することにより理解できる。レーザ２４ａ及び２４ｂはそれぞれ、ＯＴＤＲ２６ａ及び２６ｂにインターロックされる。第１のＯＴＤＲ２６ａは、バンドパスフィルタ４２ａと経路４８ａと結合器２８ａと（結合器６０、経路６２、結合器５２、経路６４、結合器５４及び延長部１６を通じて延長される）両ＯＴＤＲに対する共通経路とにわたって延長される第１の光経路を監視する。同様に、第２のＯＴＤＲ２６ｂは、バンドパスフィルタ４２ｂと経路４８ｂと結合器２８ｂと共通経路とにわたって延長される第２の光経路の保全性を監視する。
第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路（延長部１６も含む）における故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ａ及び制御回路３０ａは、直ちにレーザ２４ａをディスエーブルあるいはシャットダウンするよう動作する。故障が共通経路に含まれないならば、第２のレーザ２４ｂがディスエーブルされる必要はなく、動作したままであろう。
第２のＯＴＤＲ２６ｂが第２の光経路（延長部１６も含む）における故障を検出する場合、ＯＴＤＲ２６ｂ及び制御回路３０ｂは、直ちにレーザ２４ｂをディスエーブルあるいはシャットダウンするするよう動作する。この場合、故障が共通経路に含まれないならば、第１のレーザ２４ａがディスエーブルされる必要はなく、動作したままであろう。
レーザ２４ａ及び２４ｂが冗長なレーザポンプ源として動作してもよい。レーザ２４ａ及び２４ｂは局部増幅器１５をそれぞれ別個にポンプすることができる。結果として、一度に１つだけのレーザを動作する必要がある。レーザ２４ａ及び２４ｂのうちの１つだけが動作しているとき、イネーブルのレーザは１００％の出力で動作する。両レーザが動作しているとき、両レーザは例えば５０％の出力で動作する。代わりに、増幅器１５のゲインを増加させるために、両レーザ２４ａ及び２４ｂが同時に１００％の出力で動作してもよい。
例えばマイクロプロセッサ及び／又は他の回路のような監視回路７０を、各レーザ２４ａ及び２４ｂの出力電力のパーセンテージを監視し、各レーザ２４ａ及び２４ｂの出力電力を自動的に調節あるいは協調するのに使ってもよい。監視回路７０は両レーザ２４ａ及び２４ｂからの電気信号を受信するが、その電気信号は各レーザがオンであるかどうかと各レーザの出力電力とを示す。監視回路７０はまた、制御回路３０ａ及び３０ｂからの信号を受信してもよく、その信号は破断あるいは故障が検出されたかどうかと故障の位置とを示す。
例えば、初めに両レーザ２４ａ及び２４ｂは５０％の電力で動作していてもよい。そのいくらか後に、第１のＯＴＤＲ２６ａが第１の光経路の非共通経路における破断あるいは故障を検出し、直ちに第１のレーザ２４ａをシャットダウンする。そして監視回路７０は、第２のレーザ２４ｂ及び制御回路３０ｂを制御して第２のレーザ２４ｂの電力出力を増加させ、第１のレーザ２４ａの損失を補償する。この手法では、増幅器１５は、第１の光経路の故障にもかかわらず十分なポンプエネルギーが提供され、第１のレーザ２４ａをディスエーブルする。システムを監視し電力出力を調節するための監視回路７０を使うことを、図２に例示されたシステムに同様に適用することができる。
もちろん、本発明は特定のハードウェア構成を参照して説明されてはいるが、代わりの構成も可能であることは理解すべきである。例えば、結合器を使う代わりに、本発明の実施例は、適切であるような、結合器、スプリッタ、波長マルチプレクサ、偏光マルチプレクサあるいは無線スプリッタ結合器を用いてもよい。
Claims (13)
- ＯＴＤＲを使ったファイバ内安全インターロックシステムであって、
端子部及び延長部を有するファイバシステムの光増幅器へ光エネルギーをポンピングするために結合された高出力レーザと、
前記ファイバシステムの前記延長部における非線形結合を最小限にするように選択された波長を有するレーザ送信機を有するＯＴＤＲシステムと、
前記高出力レーザと前記ＯＲＤＲシステムとを共通経路上で結合する第１の結合器と、
前記高出力レーザ及び前記ＯＴＤＲシステムを、前記共通経路上で、前記光増幅器を備える光経路に結合する波長選択結合器と、
前記高出力レーザ及び前記ＯＴＤＲシステムに接続された制御回路であって、前記ＯＴＤＲシステムが前記共通経路及び前記ファイバシステムの前記光経路の保全性を検出するときのみ前記高出力レーザをイネーブルする制御回路とを備えるファイバ内安全インターロックステム。 - ＯＴＤＲを使ったファイバ内安全インターロックシステムであって、
光増幅器へ光エネルギーをポンピングするためにファイバシステムの端子部に結合された高出力レーザであって、前記ファイバシステムはまた延長部も有する高出力レーザと、
前記ファイバシステムの前記端子部に接続されたＯＴＤＲシステムであって、前記ファイバシステムの前記延長部における非線形結合を最小限にするように選択された波長を有するレーザ送信機を有するＯＴＤＲシステムと、
前記高出力レーザと前記ＯＲＤＲシステムとを共通経路上で結合する第１の結合器と、
前記高出力レーザ及び前記ＯＴＤＲシステムを、前記共通経路上で、前記光増幅器を備える光経路に結合する波長選択結合器と、
前記高出力レーザ及び前記ＯＴＤＲシステムに接続された制御回路であって、前記ＯＴＤＲシステムが前記共通経路及び前記ファイバシステムの前記光経路の保全性を検出するときのみ前記高出力レーザをイネーブルする制御回路とを備えるファイバ内安全インターロックシステム。 - ＯＴＤＲを使ったファイバ内安全インターロックシステムであって、
ファイバシステムに結合された第１の高出力レーザと、
前記ファイバシステムにおける非線形結合を最小限にするように選択された第１の波長を有するレーザ送信機を有する第１のＯＴＤＲシステムと、
前記第１の高出力レーザ及び前記第１のＯＴＤＲシステムを前記ファイバシステムに結合する第１の波長選択結合器と、
前記第１の高出力レーザ及び前記第１のＯＴＤＲシステムに結合された第１の制御回路であって、前記第１のＯＴＤＲシステムが前記ファイバシステムの光経路の保全性を検出するとき前記第１の高出力レーザをイネーブルする第１の制御回路と、
前記ファイバシステムに結合された第２の高出力レーザと、
前記ファイバシステムにおける非線形結合を最小限にするように選択された第２の波長を有するレーザ送信機を有する第２のＯＴＤＲシステムであって、前記第２の波長は前記第１の波長とは異なる第２のＯＴＤＲシステムと、
前記第２の高出力レーザ及び前記第２のＯＴＤＲシステムを前記ファイバシステムに結合する第２の波長選択結合器と、
前記第２の高出力レーザ及び前記第２のＯＴＤＲシステムに結合された第２の制御回路であって、前記第２のＯＴＤＲシステムが前記ファイバシステムの光経路の保全性を検出するとき前記第２の高出力レーザをイネーブルする第２の制御回路とを備えるファイバ内安全インターロックシステム。 - 前記第１の波長選択結合器からの信号と前記第２の波長選択結合器からの信号とを前記ファイバシステムに結合する第３の波長選択結合器を更に備える請求項３に記載のシステム。
- 前記第１のＯＴＤＲシステムと前記第１の波長選択システムとに結合された第１の光バンドパスフィルタであって、おおよそ前記第１の波長だけ光信号を通過させる第１の光バンドパスフィルタと、
前記第２のＯＴＤＲシステムと前記第２の波長選択システムとに結合された第２の光バンドパスフィルタであって、おおよそ前記第２の波長だけ光信号を通過させる第２の光バンドパスフィルタとを更に備える請求項３に記載のシステム。 - 前記ファイバシステムの前記光経路は、前記第１のＯＴＤＲシステムによって監視される第１の光経路と前記第２のＯＴＤＲシステムによって監視される第２の光経路とを有し、前記第１の光経路の少なくとも一部分は前記第２の光経路と共通である請求項３に記載のシステム。
- 前記第１及び第２の高出力レーザと前記第１及び第２の制御回路とに結合された監視回路であって、前記第１及び第２の制御回路から提供される信号に基づいて前記第１及び第２の高出力レーザの動作を協調する監視回路とを更に備える請求項３に記載のシステム。
- 前記監視回路は、前記第２の高出力レーザがイネーブルであるか否かに基づいて前記第１の高出力レーザの出力を調節し、前記第１の高出力レーザがイネーブルであるか否かに基づいて前記第２の高出力レーザの出力を調節する請求項７に記載のシステム。
- ファイバ内安全インターロックシステムであって、
ファイバシステムの光増幅器をポンピングするための高出力レーザ信号を伝送する伝送手段と、
前記ファイバシステム上に複数の低出力光パルスを伝送する伝送手段であって、前記低出力光パルスの波長は前記ファイバシステムの前記延長部における非線形結合を最小限にするように選択される伝送手段と、
前記高出力レーザと前記ＯＲＤＲシステムとを共通経路上で結合する結合手段と、
前記光増幅器を備える光経路に対して前記高出力レーザ信号と前記低出力光パルスとを前記共通経路上において結合する結合手段と、
前記低出力光パルスのリターン信号に基づいて前記共通経路及び前記光経路の保全性を検出する検出手段と、
前記ファイバシステムの前記光経路の保全性が検出された場合だけ前記高出力レーザをイネーブルするイネーブル手段とを備えるファイバ内安全インターロックシステム。 - ファイバシステムの保全性を監視する方法であって、
前記ファイバシステム上に複数の低出力光パルスを第１の波長で伝送するために第１のＯＴＤＲを使うステップであって、前記第１のＯＴＤＲは第１の別個部分と共通部分とを有する前記ファイバシステムの第１の光経路を監視するようなステップと、
前記第１の波長で前記低出力光パルスのリターン信号に基づいて前記第１の光経路の保全性を検出するために前記第１のＯＴＤＲを使うステップと、
前記ファイバシステムの前記第１の光経路の保全性が検出された場合だけ前記第１の高出力レーザを使って前記ファイバシステム上に第１の高出力レーザ信号を伝送するステップと、
前記ファイバシステム上に前記第１の高出力レーザ信号と前記第１の波長の前記低出力光パルスとを結合するステップと、
前記ファイバシステム上に複数の低出力光パルスを第２の波長で伝送するために第２のＯＴＤＲを使うステップであって、前記第２の波長は前記第１の波長とは異なり、前記第２のＯＴＤＲは第２の別個部分と前記共通部分とを有する前記ファイバシステムの第２の光経路を監視するようなステップと、
前記第２の波長で前記低出力光パルスのリターン信号に基づいて前記第２の光経路の保全性を検出するために前記第２のＯＴＤＲを使うステップと、
前記ファイバシステムの前記第２の光経路の保全性が検出された場合だけ前記第２の高出力レーザを使って前記ファイバシステム上に第２の高出力レーザ信号を伝送するステップと、
前記ファイバシステム上に前記第２の高出力レーザ信号と前記第２の波長の前記低出力光パルスとを結合するステップとを備える、ファイバシステムの保全性を監視する方法。 - 前記第１の波長で前記低出力光パルスだけを通過させるために、前記第１のＯＴＤＲへのあらゆるリターン信号入力をフィルタするステップと、
前記第２の波長で前記低出力光パルスだけを通過させるために、前記第２のＯＴＤＲへのあらゆるリターン信号入力をフィルタするステップとを更に備える請求項１０に記載の方法。 - 前記第１の光経路における故障の位置をもしあるなら検出するために前記第１のＯＴＤＲを使うステップと、
前記第２の光経路における故障の位置をもしあるなら検出するために前記第２のＯＴＤＲを使うステップとを更に備える請求項１０に記載の方法。 - 前記第１の別個部分においてのみ故障が検出される場合、前記第１の高出力レーザのみディスエーブルするステップと、
前記第２の別個部分においてのみ故障が検出される場合、前記第２の高出力レーザのみディスエーブルするステップと、
前記共通部分において故障が検出される場合、前記第１及び第２の高出力レーザをディスエーブルするステップとを更に備える請求項１２に記載の方法。
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