JP4953532B2 - 光導波路をモニタする方法、ならびに前記方法のためのモニタリングシステムおよびモニタリングユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の光導波路（ｏｐｔｉｃａｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）をモニタする方法、請求項４のプリアンブルに記載のモニタリングシステム、ならびに請求項７のプリアンブルに記載のモニタリングユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代の光伝送システムにおいて、光導波路は、送信されるデータ信号の光電変換（ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）および中間での電気的増幅を行わずに、長い経路でますます使用されている。その場合、アクティブなシステム構成要素は光増幅器だけであり、この増幅器は光導波路の減衰のみを補償する。例えば、こうした光増幅器は、入射光が増幅媒体を通過するとき誘発発光（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）によって増幅を行うエルビウムドープ（ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ）ファイバ増幅器、すなわちＥＤＦＡによって実現することができる。この発光は、エネルギが連続的に供給されるので、高エネルギー光、すなわちデータ信号に比べて短い波長の光の形で生じる。この方法は「光ポンピング（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｕｍｐｉｎｇ）」と呼ばれている。この場合、いわゆるポンプレーザによって生じたいわゆるポンプ光は、別の光導波路を経て、またはデータ信号を搬送するのと同じ光導波路を経て増幅器に供給することができる。この場合、ポンプレーザは、例えば水中のある地点に位置する増幅器から数キロメートル離れた所に配置することができる。ファイバ増幅器の代わりに、光導波路内での制御された誘発散乱によって増幅が行われる、いわゆるラマン効果（Ｒａｍａｎ ｅｆｆｅｃｔ）を用いて増幅を行うこともできる。この場合、ポンプ光はやはりポンプレーザを使って発生させるが、ファイバ増幅器の場合とは異なり、ポンプ光は、光学増幅器に限って供給されるのではなく、光導波路自体の中でデータ信号の増幅が行われる。
【０００３】
この場合、いわゆるポンプレーザのポンピングパワーは、数ワットに達することがある。このため、光導波路の直径が極めて小さいこともあって、膨大な光エネルギが集中することになる。それが人間の眼に入った場合には、視力に回復不能な障害を与える可能性がある。安全のため、光導波路が破損した場合、例えば土木工事によって損傷を受けた場合、人を傷つける危険が最小限になるよう注意しなければならない。このため、危険な領域で光導波路内に破損が生じたとき、対応するポンプレーザが直ちに停止できるように、確実に検出すべきである。
【０００４】
光導波路の破損を検出するための知られている、一般に受け入れられた考えられる解決法は、光導波路内のある点に、例えばいわゆるテーパとして構成された光学スプリッタ（ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を設置して、それを介してポンプレーザから供給される光エネルギのうちの小さな部分を取り出して（ｔａｐｐｅｄ ｏｆｆ）、別の専用の光導波路によってポンプレーザに送り返すことができるようにするものである。光エネルギが供給されているにもかかわらず、エネルギが送り返されないとすぐに、特定の点とポンプレーザの間のどこかで光導波路内の破損が起こったと想定され、ポンプレーザは直ちに停止される。ただし、この解決法の実施には、モニタされない送信システムに比べて、余分な光導波路が必要であるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
いま説明した方法に基づいて、本発明の目的は、特に検出ルートに沿った追加の光導波路を必要とせずに、最小量の追加装置で確実な破損検出を行う解決法を示すことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の教示による方法、請求項４の教示によるモニタリングシステム、ならびに請求項７の教示によるモニタリングユニットによって達成される。
【０００７】
以下の文では、ポンプレーザが、同時にモニタリングユニットの働きをする、すなわち光導波路内の特定セクションの破損を検出してポンプ光を停止させると常に仮定する。ただし、これらの機能は原則として分離することもできる。例えば、モニタリングユニットが指定のレーザパスの監視を行い、破損を検出すると、対応するポンプレーザに停止信号を送信する。本発明の基本概念は、ポンプレーザによって光導波路に放出または送信されたモニタリング信号が、同じ光導波管を通ってポンプレーザに送り返されるということである。これを行うために、光導波管がモニタされるべき点には、特定の波長の光エネルギを反射する、この場合モニタリングターミナルポイントとも称される反射装置、例えばブラッグ格子が、光導波路に配置される。ポンプレーザは、ポンプ光のほかにこの特定の波長のモニタリング信号を送信する。この波長は、データ信号の波長ともポンプ光の波長とも異なる。光導波路がポンプレーザの間で光学的に伝導状態にある限り、ポンプレーザは反射されたモニタリング信号を受信する。光導波路内に破損があるとすぐに、通常モニタリング信号はもはや反射されず、ポンプレーザはポンプ光の放出を停止する。
【０００８】
本発明による有利な発展形態は、異なるモニタリング信号を送り出すポンプレーザ２である。ポンプレーザの第１のモニタリング信号のみがブラッグ格子で反射される。割れ目（ｃｌｅａｖｅ）が平面状であるという稀な場合には、これは実際、ポンプレーザの送信した信号が全反射されることになり得る。ポンプレーザでは以下のような異なる結果に至る可能性がある。モニタリング信号が反射されない場合、またはモニタリング信号が両方とも反射される場合は、光導波路内に破損があると結論付けられ、ポンプレーザは停止する。第１のモニタリング信号のみが反射されると、光導波路は無傷であるとみなされる。
【０００９】
さらに有利な発展形態は、反射する波長の異なる２つ以上の異なる反射装置を、光導波路の異なる点に配置するものである。ポンプレーザは、２つ以上のモニタリング信号を異なる波長で放出する。１つの信号はそれぞれ１つの反射装置で反射される。光導波路内のある特定の点で破損のある場合、破損箇所より後に反射装置が配置されたモニタリング信号は全て反射されなくなる。受信したモニタリング信号を評価することによって、破損点をセクション毎に正確に突き止めることができる。
【００１０】
本発明のさらなる発展形態は、従属請求項および以下の説明で開示される。
【００１１】
本発明を、添付の図面に則してより詳細に説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、（光）送信機１、（光）スプリッタ２、ポンプレーザ３、および（光）受信機４を備える光伝送システムを示す。ポンプレーザ３は、ラインポート３１、ターミナルポート３２、およびコントロールポート３３を有する。送信機１は、スプリッタ２を通る光導波路によってポンプレーザ３のラインポート３１に接続される。追加の光導波路が、スプリッタ２からポンプレーザ３のコントロールポート３３に走る。ポンプレーザ３のターミナルポート３２は受信機４と接続される。送信機１からのデータ信号１０は、スプリッタ２を通る光導波路に沿って、ポンプレーザ３を通って受信機４に通過する。ポンプレーザ３は、ポンプ光２０をラインポート３１から送信機１に放出し、モニタリング信号２１は、スプリッタ２から追加の光導波路を通ってポンプレーザ３のコントロールポート３３に戻る。
【００１３】
この場合、例えば送信機１からスプリッタ２への距離、ならびにスプリッタ２からポンプレーザ３への距離は、かなり長く、例えば５０キロメートル以上と想定され、受信機１からスプリッタ２への光導波路の経路は、人に危険ではない水中を通過しているが、スプリッタ２からポンプレーザ３への経路は、土木工事等による破損の場合には人に危険となる地上を経由する光導波路となる。この場合、ポンプレーザ３および受信機４は、互いに近接して配置されるので、この部分はここではさらに考慮は行わない。
【００１４】
光信号が、光導波路を通って長い距離にわたり送信されるとき、伝送経路が長くなると散乱および減衰によって光信号パルスの変形が起こる。そのため通常は、光信号を特定の距離で再生しなければならない。減衰補償用に信号の増幅のみが行われる場合、これは１−Ｒ再生（１−Ｒ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる。散乱補償用に光信号がさらに再形成され、かつ再同期される場合、これもまた３−Ｒ再生（３−Ｒ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる。今日では、光信号の増幅は純粋に光学的であるが、純粋な光３−Ｒ再生は、少なくとも商業用システムではまだ可能ではない。もちろん散乱は、光パルスがソリトン波形パルスを使って送信され、長い経路にわたってその形状を変えない、いわゆるソリトン伝送によって対処することができる。本発明を制限するものではないが、ここで唯一の光増幅のみが行われると仮定すると、最初に説明したように、エルビウムファイバ増幅器等のファイバ増幅器によって、または光導波路内自体でのラマン増幅によって増幅を行うことができる。ファイバ増幅器は、例えば送信機１とスプリッタ２の間の水中に配置される。どちらの場合でも、増幅のためのエネルギ供給は、高エネルギのポンプ光２０を発生させるポンプレーザ３によって行う。スプリッタ２とポンプレーザ３の間の光導波路内の経路をモニタするために、ポンプ光２０はスプリッタ２で取り出され、小さな部分がモニタリング信号２１として追加の光導波路を通ってポンプレーザ３に送り返される。ポンプレーザ３内では、判断論理回路が、ポンプ光２０の放出時に対応するモニタリング信号２１が返送されたかどうかをチェックする。対応するモニタリング信号２１が受信されない場合、ポンプレーザはポンプ光２０の放出を停止する。この場合、光導波路がスプリッタ２とポンプレーザ３の間で破損している可能性が高い。したがって、破損した点にいる人への危険はもはやない。モニタされない光導波路に比べた場合のこの配置の欠点は、モニタリング信号２１を送り返すために、スプリッタ２からポンプレーザ３への追加の光導波路を設置しなければならないことである。
【００１５】
いま図２は、前述の追加の光導波路のない、本発明による破損検出の方法の構成を示す。
【００１６】
図１と同様に、図２は送信機１、ポンプレーザ３、および受信機４を示す。スプリッタ２の代わりにブラッグ格子５が同じ点に設置される。ポンプレーザ３は、変更されたラインポート３１’、ターミナルポート３２を有する。送信機１は、図１に示す光導波路によってブラッグ格子５を通って変更されたラインポート３１’に接続される。ポンプレーザ３のターミナルポート３２は受信機４に接続される。図１の場合と同様に、ポンプレーザ３は、変更されたラインポート３１’から送信機１にポンプ光２０を送る。それに加えて、モニタリング信号５１がこのポートから送信機１に送信され、信号はブラッグ格子５で反射され、光導波路を通って反射モニタリング信号５２としてポンプレーザ３の変更されたラインポート３１’に返送される。
【００１７】
現在では特定の波長５１の光を反射する反射装置５を得るために、光導波路自体に配置されたブラッグ格子を使用することが好ましい。信号が最初にスプリッタ等によって取り出され、次にフィルタされ、最後に再び光導波路に入れられるという、このようなタイプの反射装置を作成するための他のオプションも考えられる。光導波路内にブラッグ格子を作成するために、紫外光で照射することによって、ドープファイバコア内で光導波路の長手方向に、ファイバコアの屈折率の変調を引き起こす周期的な非均一性を生じさせる。ブラッグ格子の選択性は、格子の長さに比例して増大する。すなわち、反射された波長のまわりの反射スペクトルは、格子の長さが長くなるほどより鋭く現れる。現在の方法によって、ほぼ完全な反射を持つブラッグ格子が製造できるようになった。
【００１８】
ポンプレーザ３は、ポンプ光２０と平行して、モニタリング信号５１を光導波路内に送信する。このモニタリング信号は、ブラッグ格子５でモニタリング信号５１の反射を引き起こす、均一な波長を有する。その結果、ブラッグ格子５とポンプレーザ３の間の光導波路が光学的に伝導状態にある限り、モニタリング信号５２のかなりの部分が反射モニタリング信号５２としてポンプレーザ３に送り返される。光導波路で破損が生じるとすぐに、モニタリング信号５１は、反射装置５によってポンプレーザ３へ反射できなくなる。ポンプレーザ３は、その後直ちにポンプ光２０の放出を停止する。
【００１９】
本発明による有利な発展形態は、ポンプレーザ３が、前記に記載したモニタリング信号５１とは異なる波長を有し、その結果ブラッグ格子５で反射されず、ポンプレーザ３で正常には受信されないさらなるモニタリング信号を送信することにある。しかしながら、平面状の割れ目という稀な場合、その結果、破損した点では放出されたすべてのモニタリング信号が全反射されることになる可能性がある。このような全反射は、前記に記載した方法では検出されない。全反射のときは、どちらのモニタリング信号もポンプレーザ３に反射される。この場合を光導波路内での追加の欠陥として分類する。モニタリング信号が２つとも反射されない場合と同様に、ポンプ光２０の放出が終了する。
【００２０】
図３は、破損点のセクション毎のより正確な位置決定の助けとなる本発明のさらなる有利な発展形態を概略的に示す。ここに図示した光導波路は、図２の、ポンプレーザ３と送信機１の間の部分を示す。第１のブラッグ格子１０、第２のブラッグ格子１１はそれぞれ、光導波路内の２つの異なる点に配置される。第１のモニタリング信号１０１と第２のモニタリング信号１１０は、平行に光導波路内へ送信される。第１のブラッグ格子１０は第１の反射信号１０１を送り返し、第２のブラッグ格子は第２の反射信号１１１を送り返す。
【００２１】
ブラッグ格子１０および１１は、異なる波長を反射する。第１のモニタリング信号１００は専ら第１のブラッグ格子１０で反射され、第２のモニタリング信号１１０は専ら第２のブラッグ格子１１で反射される。いまポンプレーザ３と第２のブラッグ格子１１の間の光導波路が破損した場合、反射されたモニタリング信号１０１、１１１はポンプレーザに受信されない。光導波路が第２のブラッグ格子１１と第１のブラッグ格子１０の間で破損した場合、通常第２の反射されたモニタリング信号１１１のみが受信される。反射されたモニタリング信号１０１と１１１が共にポンプレーザ３で受信されるか、それとも第２の反射されたモニタリング信号１１１のみが受信されるか、それとも一般に反射されるモニタリング信号がないかに応じて、光導波路は作動している、またはポンプレーザ３と第２のブラッグ格子１１の間で破損している、または第２のブラッグ格子１１と第１のブラッグ格子１０の間で破損していると結論付けることができる。幾つかのブラッグ格子を配置することによって、このような部分を幾つか得ることができ、破損点のより正確な位置決定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般に受け入れられている従来技術によるモニタリング装置を備えた光学送信システムの配置を示す図である。
【図２】本発明によるモニタリング装置を備えた光学送信システムの配置を示す図である。
【図３】図２に示す本発明によるモニタリング装置の発展形態を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 送信機
２ スプリッタ
３ ポンプレーザ
４ 受信機
５ ブラッグ格子
１０ 第１のブラッグ格子
１１ 第２のブラッグ格子
２０ ポンプ光
２１ モニタリング信号
３１ ラインポート
３１’ 変更されたラインポート
３２ ターミナルポート
３３ コントロールポート
５１ モニタリング信号
５２ 反射モニタリング信号
１００ 第１のモニタリング信号
１１０ 第２のモニタリング信号
１０１、１１１ 反射されたモニタリング信号

Claims (8)

1. 送信機（１）からの光データ信号（１０）、および増幅のためのポンプレーザ（３）からのポンプ光が光導波路内へ放出される、モニタリングターミナルポイント（５）とモニタリングユニット（３）の間の光導波路をモニタリングする方法であって、モニタリングユニット（３）から送信されたモニタリング信号（５１）が、モニタリングターミナルポイント（５）に配置され、光導波路内に配置された反射装置であるブラッグ格子によって同じ光導波路を通ってモニタリングユニット（３）に送り返され、反射装置が、モニタリング信号（５１）の波長に厳密に同調され、モニタリングユニット（３）は、別の波長のさらなるモニタリング信号を送信し、モニタリングユニット（３）は、さらに受信されたモニタリング信号に基づいて光導波路内の割れ目を確定し、さらに平面状の割れ目であるか平面でない割れ目であるかを判定するスイッチングロジックを有し、スイッチングロジックは、２つのモニタリング信号の反射の両方をモニタリングユニット（３）において検出した場合、平面状の割れ目があると判定することを特徴とする方法。
2. 光導波路内で割れ目をセクション毎に位置決定するために、モニタリングユニット（３）が、異なる波長の１つまたは複数のモニタリング信号（１００および１１０）をそれぞれ反射装置（１０および１１）を備える相異なるモニタリングポイントに送信し、各反射装置（１０または１１）が、１つのモニタリング信号（１０１または１１１）のみを反射することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. モニタリングパスの始点に配置されたモニタリングユニット（３）およびモニタリングパスの終点に配置された反射装置（５）から構成される、光導波路をモニタリングするためのモニタリングシステムであって、モニタリングユニット（３）が、光導波路を介して特定の波長のモニタリング信号（５１）を送信する送信手段と、光導波路を介して反射されたモニタリング信号（５２）を受信する受信手段、ならびにモニタリング信号（５１）の波長に厳密に同調された反射装置（５）を含み、モニタリングパスは、反射装置（５）およびモニタリングユニット（３）の間の光導波路であり、別の波長のさらなるモニタリング信号を送信する送信手段が存在し、さらに受信されたモニタリング信号に基づいて光導波路内の割れ目を確定し、さらに平面状の割れ目であるか平面でない割れ目であるかを判定するスイッチングロジックが存在し、スイッチングロジックは、２つのモニタリング信号の反射の両方をモニタリングユニット（３）において検出した場合、平面状の割れ目があると判定することを特徴とするモニタリングシステム。
4. モニタリングユニット（３）が、反射装置（５）で反射されない別の波長のさらなるモニタリング信号を送信または受信するための追加の送受信手段を含むことを特徴とする請求項３に記載のモニタリングシステム。
5. モニタリングユニット（３）が、異なる波長の第１のモニタリング信号（１００）および第２のモニタリング信号（１１０）を送信する送信手段を含み、それぞれ反射装置（１０および１１）を備える第１のモニタリングポイントおよび第２のモニタリングポイントが光導波路内に配置され、第１のモニタリングポイントの反射装置が、送信された第１のモニタリング信号（１０１）を反射し、第２のモニタリングポイントの反射装置は、送信された第２のモニタリング信号（１１１）を反射することを特徴とする請求項３に記載のモニタリングシステム。
6. 反射装置（５）とモニタリングユニット（３）の間の光導波路をモニタリングするためのモニタリングユニット（３）であって、モニタリング信号（５１）を特定の波長で送信する送信手段、および反射されたモニタリング信号（５２）を受信する受信手段が存在し、さらに反射されたモニタリング信号（５２）がないときにポンプ光（２０）の停止を要求するポンプレーザ（３）のための停止信号を発生させる発生手段が存在し、別の波長のさらなるモニタリング信号を送信する送信手段が存在し、さらに受信されたモニタリング信号に基づいて光導波路内の割れ目を確定し、さらに平面状の割れ目であるか平面でない割れ目であるかを判定するスイッチングロジックが存在し、スイッチングロジックは、２つのモニタリング信号の反射の両方をモニタリングユニット（３）において検出した場合、平面状の割れ目があると判定することを特徴とするモニタリングユニット（３）。
7. 異なる波長の２つ以上のモニタリング信号（１００および１１０）を送信する送信手段と、反射されたモニタリング信号（１０１、１１１）を受信する受信手段とが存在し、さらに受信されたモニタリング信号に基づいて光導波路内での割れ目のセクション毎の正確な位置決定を行うスイッチングロジックが存在することを特徴とする請求項６に記載のモニタリングユニット（３）。
8. モニタリングユニット（３）が、ポンプレーザの構成部品であることを特徴とする請求項６に記載のモニタリングユニット（３）。

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