JP5377156B2

JP5377156B2 - 光線路設備監視システム

Info

Publication number: JP5377156B2
Application number: JP2009192291A
Authority: JP
Inventors: 大輔飯田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011043704A

Description

本発明は、光ファイバ線路上の設備構造を遠隔からの測定で識別する光線路設備監視システムに関する。

特に、本発明は、１ｃｍ以下の小さな光反射部を用いることで、光ファイバ伝送路上の多数の設備点に設置することが可能であることを利用して、多ビットの符号による細かな設備情報を、光ファイバ伝送路上の位置と同時に測定するものを提供するものであって、光ファイバ伝送路上の様々な線路設備の遠隔識別を可能とするものとして応用が可能である。また、設備情報だけでなく、光反射部の符号に乗せる情報を変えることにより、光ファイバ伝送路上の様々な情報を遠隔に測定するものとしても応用が可能である。

従来の光伝送路の光識別構造としては、特許文献１のように、光ファイバに切り込みを入れて反射を起こし、この反射で符号化を行う方法などが考えられている。しかし、この方法では、通信に用いる光も反射させる、伝送損失が大きくなるなど、光ファイバ伝送路の伝送特性を劣化させる。

一方、光ファイバ内に、屈折率の格子を作成し、特定波長のみを反射させる光ファイバデバイスとして、ＦＢＧ（ＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎｇ）が知られている。このデバイスでは、反射波長λ_Ｂと格子周期Λは以下の式の関係が知られている。

λ_Ｂ＝２ｎΛ……………（式１）
ここで、ｎは光ファイバ格子内の平均屈折率である。また、その反射光の反射強度割合Ｒは以下の式が成り立つ。

Ｒ＝［tanh（πＬΔｎη／λ_Ｂ）］^２……………（式２）
ここで、Ｌは格子全体の長さ、Δｎは格子を形成する２つの屈折率の差、ηは光ファイバ内のコアを伝搬するエネルギーの割合である。Ｌが１ｃｍ、Δｎが０．０００３、ηが１とすると、反射波長１．６５μｍとしたＦＢＧの場合、Ｒは０．９９となる。

ＦＢＧは、１ｃｍ以下の大きさで、反射率を制御し、設計波長のみを反射させ、その他の波長の伝送特性は劣化させないため、波長フィルタなどに応用されている。この格子構造による反射を用いれば、低反射で短い光反射部を構成することができる。

特開平５−２８８９４０号公報

小林勝、野田寿一著「光導波部品用高空間分解能ＯＴＤＲの性能」電子情報通信学会秋季大会講演集Ｃ−２５９１９９１年

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、反射が可能な格子構造の光反射部を用いることにより、符号化が可能な光反射部を、コネクタなどの光設備点に挿入することができ、また、伝送特性を劣化させることなく、光伝送路上の設備情報を遠隔から識別し、監視することができる光線路設備監視システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の光線路設備監視システムは、光伝送路に入射された光を光反射部で反射させることにより、当該光伝送路上の設備を識別せしめる光線路設備監視システムにおいて、光ファイバ内の識別すべき位置に、通信に用いる波長と異なる特定の同一波長の入射光を反射させる格子構造を複数個、該位置に対応して定められた符号に従った間隔で配列した光反射部を設置し、前記光反射部の符号は、ビット番号の識別をするため、１ビット目が必ず反射を起こすように符号化し、１つの光反射部から複数の光反射波を起こし、光反射波の有無によって符号化することで、光反射部に光伝送路上の設備の識別情報を埋め込むことによって、光伝送路上の設備情報を識別することを特徴とするものである。

また本発明は、前記光線路設備監視システムにおいて、光反射部内の複数の格子構造のそれぞれは、低い反射率に抑えられ、複数の格子構造を内蔵した光反射部を、複数光伝送路上に設置しても、遠方の光反射部からの反射光の測定が可能であり、且つ、雑音となる複数の光反射部により多重反射した光を低下させたことを特徴とするものである。

本発明に係る光線路設備監視システムでは、伝送特性を劣化させることなく、光伝送路上の設備情報を遠隔から識別し、監視することができ、また、１ｃｍ以下のｍｍオーダーの長さで、反射が可能な格子構造の光反射部を用いることにより、符号化が可能な光反射部を、コネクタなどの１ｃｍ以下の光設備点に挿入することができる。

本発明の実施形態に係る光線路設備監視システムを示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る４ビットで１１０１を表す光反射部一個を示す構成説明図である。本発明の実施形態に係る格子１個の長さと反射率を表すグラフである。本発明の実施形態に係る格子１個の反射率とｎ番目のビットから受光される反射率の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係る格子１個の反射率とｎ番目のビットからの反射光と同時に受光される３回反射光の反射率の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係るｎ番目のビットの反射光を受光するときの３回反射に対する信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係る各１ビット当たりの反射率における、光反射部の個数と、受光される反射率の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係る各１ビット当たりの反射率における、光反射部の個数と、受光される反射率の関係を表すグラフである。本発明の実施形態に係る光伝送路上の反射光波形を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係る光線路設備監視システムを示す構成説明図である。図１（ａ），（ｂ）において、Ｍは光反射光分布測定器、Ｆは光伝送路である光ファイバ、１〜Ｎは光伝送路上の識別符号に合わせた複数の格子構造を合わせた光反射部である。図１（ａ）は分岐していない光線路を示し、図１（ｂ）は分岐している光線路を示している。光反射部を分岐点などで分岐を示すことにも利用できる。

図１（ａ）に示すように、光伝送路である光ファイバＦの一端には光反射光分布測定器Ｍが接続され、光ファイバＦ内の識別すべき設備位置に、特定波長の入射光を反射させる格子構造が複数個内蔵された光反射部１〜Ｎを設置し、１つの光反射部から複数の光反射波を起こし、光反射波の有無によって符号化することで、各光反射部１〜Ｎに光伝送路上の設備の識別情報を埋め込むことによって、光伝送路上の設備情報を識別する。すなわち、光伝送路に入射された光を光反射部１〜Ｎで反射させることにより、当該光伝送路上の設備を識別せしめる光線路設備監視システムである。

光反射部１〜Ｎは光ファイバＦ内の識別すべき設備位置に、特定波長の入射光を反射させる格子構造を複数個、該設備位置に対応して定められた符号に従った間隔で配列して設置される。

光反射部１〜Ｎ内の複数の格子構造のそれぞれは、低い反射率に抑えられ、複数の格子構造を内蔵した光反射部１〜Ｎを、複数光伝送路上に設置しても、遠方の光反射部１〜Ｎからの反射光の測定が可能であり、且つ、雑音となる複数の光反射部１〜Ｎにより多重反射した光を低下させる。

光反射部１〜Ｎの符号は、ビット番号の識別をするため、１ビット目が必ず反射を起こすように符号化する。

図２は本発明の実施形態に係る４ビットで１１０１を表す光反射部一個を示す構成説明図である。すなわち、一つの光反射部が４ビットで、符号１１０１を表す場合の例を示す。図２に示すように、１ビット目、２ビット目、４ビット目にはそれぞれ特定波長の入射光を反射させる格子構造が設けられ、３ビット目には格子構造が設けられていない。

光反射部１〜Ｎの各格子構造は、上記式２から、長さと反射率を設計できる。遠方からの反射は、一般的に、１ビット当たりの反射率が小さいほど、つまり反射せずに各光反射部１〜Ｎを透過する光が多いほど、前方からの反射と比較して、遠方の反射の劣化が小さい。従って、符号１ビット当たりの反射率は、１光反射部のビット数と、線路上の光反射部１〜Ｎの数と、測定方法の感度を考慮して調節する。

また、式２より、反射率と格子長は反比例の関係にあるため、低反射であるほど、短い長さ、１ｍｍのオーダーで作成できるため、この光反射部１〜Ｎは、コネクタなどの１ｃｍ以下の光接続部などの設備点に挿入することができる。また、光反射部１〜Ｎの格子構造での反射は、反射波長のみを反射させるため、通信に用いる波長と異なる波長で試験すれば、通信での伝送特性を劣化させることはない。

以下、光反射部１〜Ｎの格子構造の設計について説明する。
通信光の波長と異なる波長を反射させるため、反射波長を１６５０ｎｍとした設計例について述べる。
光反射部１〜Ｎでの符号１ビット当たりの格子の長さと反射率の関係は、式２より計算できる。

図３は本発明の実施形態に係る格子１個の長さと反射率を表すグラフである。すなわち、計算による、光反射部１〜Ｎの格子長と反射率の関係を示したものである。格子構造の屈折率の変化の大きさΔｎによって開きはあるが、一般的に、格子長が短い方が、反射率は小さくなる。１ｍｍ以下の長さの格子長の場合、屈折率変化Δｎを小さくすれば、−１０〜−３０ｄＢの反射を起こすことができる。

次に、１つの光反射部の中での複数の格子構造による多重反射の関係を述べる。ｎビット目の反射は、そこまでにｎ−１個の格子を透過し、１回反射し、再びｎ−１個の格子を透過するため、ｎビット目の反射の受光される反射率Ｒ_ｎは、
Ｒ_ｎ＝Ｒ（１−Ｒ）^２ｎ−２……………（式３）
と表わされる。

一方、ｎビット目の反射光を受光するときに、その手前のビットによって多重反射した光が同時に受光されてしまう。たとえば、３ビット目を測定しようとすると、２ビット目，１ビット目，２ビット目と３回反射した光と同時に受光される。４ビット目を測定しようとすると、３ビット目，２ビット目，３ビット目と３回反射したものと同時に受光される。ここで、ｎビット目を受光したときに同時に受光される３回反射の光の数ｋは、
ｋ＝（ｎ−１）／２（ｎ：奇数）……………（式４）
ｋ＝（ｎ−２）／２（ｎ：偶数）……………（式５）
となる。

ここで、３回反射の光の反射率は、どの反射パターンでも反射率は同じになる（反射する回数３回だけでなく、透過する格子の数が同じ）となる。すべての３回反射の光の反射率の和は、雑音となる光のパワーと考えられる。３回反射の光の反射率の和Ｒ_ｎ’は３回反射の光の反射率のｋ倍となるので、
Ｒ_ｎ′＝ｋＲ^３（１−Ｒ）^２ｎ−４……………（式６）
と表わされる。

図４は本発明の実施形態に係る格子１個の反射率とｎ番目のビットから受光される反射率の関係を表すグラフである。すなわち、式３から計算した、格子１個当たりの反射率に対して、測定したいｎビット目の反射光の受光される反射率を表している。

図５は本発明の実施形態に係る格子１個の反射率とｎ番目のビットからの反射光と同時に受光される３回反射光の反射率の関係を表すグラフである。すなわち、式６から計算した、格子１個当たりの反射率に対して、測定したいｎビット目の反射光と同時に受光される３回反射の光の反射率の和を表している。

格子１個当たりの反射率が小さければ、Ｒ_ｎもＲ_ｎ’もビット数依存性が小さくなり、１個当たりの反射率のみに依存するようになる。

図６は本発明の実施形態に係るｎ番目のビットの反射光を受光するときの３回反射に対する信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）の関係を表すグラフである。すなわち、ｎビット目の反射の測定の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）に当たるＲ_ｎ／Ｒ_ｎ’を表している。１個当たりの反射率が小さいほど、Ｓ／Ｎ比が大きくなっていくのがわかる。たとえば、３０ｄＢ以上のＳ／Ｎ比を所望すれば、１個当たりの格子の反射率を−２５ｄＢ以下に設計すればよいことがわかる。

次に、光伝送路上の光反射部１〜Ｎの数と格子の反射率の関係について例を挙げる。
１個の光反射部のビット数がｎビットの場合、光伝送路上のＮ個目の光反射部Ｎでの一番遠方の格子は、光伝送路上でｎ×Ｎ番目の格子となる。このため、このビットから受光される反射光の反射率Ｒ_ｎＮは式３より、
Ｒ_ｎＮ＝Ｒ（１−Ｒ）^{２ｎＮ−２}……………（式７）
となる。

図７（ａ），（ｂ）及び図８（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態に係る各１ビット当たりの反射率における、光反射部の個数と、受光される反射率の関係を表すグラフである。すなわち、格子１個当たりの反射率を−２０，−２５，−３０，−３５ｄＢとしたときの、Ｎ個目の光反射部からの反射率を表している。（凡例はｎビットを表し、横軸は光反射部の個数Ｎで、計算結果はｎ×Ｎとしたものである）。ここでも、多重反射の結果と同様で、格子１個当たりの反射率が小さいほど、遠方の光反射部からの反射光の劣化が小さく、格子１個当たりの反射率とほぼ同じ大きさで受光されることがわかる。

従って、例えば、設備識別情報を１６ビット（２^１６＝６５５３６通り）の情報とし、測定方法の感度が、−６０ｄＢ以上、光伝送路上の設備識別反射部の数が５０個だとすると、図６〜図８より、１個の格子あたり−２５ｄＢ以下の反射率であれば、多重反射の影響と、光伝送路上の光反射部の数による劣化を無視でき、図３より、Δｎを０．０００１以下にして格子を作成すれば、０．３ｍｍ程度で１ビットを表すことができ、１６ビットなので、１つの光反射部を１ｃｍ程度の大きさで作成することができる。

１ｃｍ以下の距離分解能を持つ測定方法、例えば、低コヒーレンス反射測定（ＯＬＣＲ）（非特許文献１に記載の方法）などを用いると、光伝送路上からの反射光の分布は図９のように測定される。

図９は本発明の実施形態に係る光伝送路上の反射光波形を示す模式図である。すなわち、各光反射部１〜Ｎからは複数の反射が測定され、この測定された反射波のビットから、各光反射部１〜Ｎでの情報を読み取る。このとき、最初のビットに反射があるかないかは、わからないので、１ビット目は必ず反射を立てるような符号化を行う。このようにすれば、見えている反射が何ビット目かを判断することができる。図９の例では、４桁の符号として、符号１０１１がコネクタ接続、符号１１０１がメカニカルスプライス、符号１１１０が光スプリッタでのコネクタなどと決めておけば、１つ目の光反射部１がコネクタ接続、２つ目の光反射部２がメカニカルスプライス、Ｎ番目の光反射部Ｎが光スプリッタとなり、設備情報として識別できる。

接続の種類だけではなく、光反射部が設置されている設備が架空なのか、地下なのか、またクロージャに入っているのかいないのかなどの設置環境についての情報も識別できる。また、当然のことながら光反射光分布測定方法は、いずれの方法でもかまわない。

したがって、あらかじめ光コネクタであることを示すコードを埋め込んだ光反射部を光コネクタ内に挿入させれば、光伝送路上の光コネクタを識別監視することができる。

また、あらかじめメカニカルスプライス接続であることを示すコードを埋め込んだ光反射部をメカニカルスプライス接続の内部に挿入させれば、光伝送路上のメカニカルスプライス接続を監視することができる。

さらに、光分岐伝送路での分岐部のコネクタに、あらかじめ分岐部のコネクタであることを示すコードを埋め込んだ光反射部を挿入させておくことにより、光伝送路上の分岐部のコネクタ接続を監視することができる。

また、あらかじめ設置される環境に関する情報を埋め込んだ光反射部を光伝送路上に挿入させておくことにより、光伝送路上の環境情報を監視することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。

Ｍ…光反射光分布測定器、Ｆ…光ファイバ、１〜Ｎ…光反射部。

Claims

光伝送路に入射された光を光反射部で反射させることにより、当該光伝送路上の設備を識別せしめる光線路設備監視システムにおいて、
光ファイバ内の識別すべき位置に、通信に用いる波長と異なる特定の同一波長の入射光を反射させる格子構造を複数個、該位置に対応して定められた符号に従った間隔で配列した光反射部を設置し、
前記光反射部の符号は、ビット番号の識別をするため、１ビット目が必ず反射を起こすように符号化し、
１つの光反射部から複数の光反射波を起こし、光反射波の有無によって符号化することで、光反射部に光伝送路上の設備の識別情報を埋め込むことによって、光伝送路上の設備情報を識別する
ことを特徴とする光線路設備監視システム。
請求項１に記載の光線路設備監視システムにおいて、
光反射部内の複数の格子構造のそれぞれは、低い反射率に抑えられ、複数の格子構造を内蔵した光反射部を、複数光伝送路上に設置しても、遠方の光反射部からの反射光の測定が可能であり、且つ、雑音となる複数の光反射部により多重反射した光を低下させた
ことを特徴とする光線路設備監視システム。