JP5428630B2 - Light reflection measuring device and light reflection measuring method - Google Patents
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本発明は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置および光反射計測方法に関するものである。 The present invention relates to a light reflection measurement device and a light reflection measurement method for measuring a reflectance distribution in an optical line.
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。 In an optical communication system that performs optical communication using an optical fiber line, it is important to detect failures such as breakage of the optical fiber line and increase in transmission loss. In particular, in a subscriber optical communication system that has become widespread in recent years, when a failure occurs in an optical fiber line or a subscriber terminal, it is required to quickly identify and repair the failure location.
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光線路を監視する装置として光反射計測装置が設けられる。光反射計測装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の光線路を監視光が伝搬する際に生じる反射光(フレネル反射光およびレイリー散乱光)に基づいて、その光線路における反射率分布を求めて、その光線路における故障の箇所を検知する。そして、このような光反射計測装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求されている。 Therefore, in an optical communication system, a light reflection measurement device is provided as a device for monitoring an optical line in order to detect such a failure. The light reflection measuring device uses optical reflectometry technology, and based on the reflected light (Fresnel reflected light and Rayleigh scattered light) generated when the monitoring light propagates through an optical line such as an optical fiber line, The reflectance distribution in the optical line is obtained, and the location of the failure in the optical line is detected. Such a light reflection measuring apparatus is required to measure the reflectance distribution with high spatial resolution.
光リフレクトメトリ技術として、パルス状の監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定する光時間領域リフレクトメトリ技術(OTDR: Optical Time Domain Reflectometry)が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、光コヒーレンス領域リフレクトメトリ技術(OCDR: Optical Coherence Domain Reflectometry)も知られている(特許文献1および非特許文献1を参照)。
Optical time domain reflectometry (OTDR) technology that measures the reflectance distribution based on the temporal change of the intensity of the reflected light generated when pulsed monitoring light propagates through the optical line. It has been known. Further, as another optical reflectometry technique, an optical coherence domain reflectometry technique (OCDR: Optical Coherence Domain Reflectometry) is also known (see
OCDRでは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する監視光を発生させ、この監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光を入力するとともに、この監視光の一部を分岐して取り出した参照光をも入力し、これら反射光と参照光との干渉の大きさが両光の間の遅延時間差に依存することを利用して、光線路における特定位置における反射率を測定する。さらに、OCDRでは、監視光における光周波数変調の間隔を変化させる等により、反射率を測定する位置を変化させて、光線路における反射率分布を求める。 In OCDR, the optical frequency is modulated to generate monitoring light having a comb-like optical wave coherence function, and the reflected light generated when the monitoring light propagates through the optical line is input, and a part of the monitoring light is The reference light taken out by branching is also input, and the reflectance at a specific position in the optical line is determined by utilizing the fact that the magnitude of interference between the reflected light and the reference light depends on the delay time difference between the two lights. taking measurement. Further, in the OCDR, the reflectance distribution in the optical line is obtained by changing the position where the reflectance is measured, for example, by changing the interval of the optical frequency modulation in the monitoring light.
光波コヒーレンス関数は、時刻tを変数とする関数である光の電場V(t)の自己相関関数を光強度で規格化したものであり、光パワースペクトルのフーリエ変換を光強度で規格化したものである。電場V(t)の光が2分岐されて、これら2つの分岐光の間の遅延時間差がτであるとしたとき、これら2つの分岐光の干渉縞の大きさは、その光の光波コヒーレンス関数の実部により表される。また、光波コヒーレンス関数の絶対値は、可干渉度と呼ばれ、干渉の大きさを表す。 The light wave coherence function is a function obtained by normalizing the autocorrelation function of the electric field V (t) of light, which is a function having time t as a variable, with the light intensity, and normalizing the Fourier transform of the optical power spectrum with the light intensity. It is. When the light of the electric field V (t) is branched into two and the delay time difference between the two branched lights is τ, the size of the interference fringes of these two branched lights is the light wave coherence function of the light. Represented by the real part of Further, the absolute value of the lightwave coherence function is called coherence and represents the magnitude of interference.
OCDRで用いられる監視光は、光周波数が変調されたものであって、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にf0,f0+fs,f0−fs,f0+2fs,f0−2fs,f0+3fs,f0−3fs,・・・ というように変調された光が監視光として用いられる。或いは、変調周波数fsで光周波数を正弦波状に変調された光が監視光として用いられる。このように光周波数が変調された監視光の光波コヒーレンス関数は、fsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク(コヒーレンスピーク)を有する。すなわち、これらの監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。fsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。 The monitoring light used in the OCDR has a modulated optical frequency and has a comb-like light wave coherence function. As a specific example, the optical frequencies are sequentially set to f 0 , f 0 + f s , f 0 −f s , f 0 + 2f s , f 0 −2f s , f 0 + 3f s , f 0 −3f s ,.・ ・ The modulated light is used as monitoring light. Alternatively, light whose optical frequency is modulated in a sinusoidal shape with the modulation frequency f s is used as the monitoring light. The optical coherence function of the monitoring light whose optical frequency is modulated in this way has a peak (coherence peak) having a shape similar to the delta function shape when f s τ is an integer. That is, these monitoring lights have a comb-like lightwave coherence function. As f s changes, the position of the coherence peak also changes.
櫛歯状の光波コヒーレンス関数は、間隔(1/fs)で配置される複数のコヒーレンスピークを有する。そのうちの1つのコヒーレンスピークが光線路のうちの被測定区間に存在するように、コヒーレンスピークの配置の間隔(1/fs)より短い時間幅のゲートが監視光にかけられて監視光のパルスが切り出される。 The comb-like lightwave coherence function has a plurality of coherence peaks arranged at intervals (1 / f s ). As one of the coherence peaks exists in the section to be measured in the optical line, a gate having a time width shorter than the coherence peak arrangement interval (1 / f s ) is applied to the monitoring light, and a pulse of the monitoring light is generated. Cut out.
OTDRで高い空間分解能を得るには、監視光のパルス幅を狭くすることが必要である。また、監視光のパルス幅を狭くすると、監視光のエネルギーの低下に因る測定の信号対雑音比(SNR: Signal to Noise Ratio)が低下するので、このSNRの低下を補うために監視光のパワーを高くすることが必要である。ところが、監視光のパワーを高くすると、光線路において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象が発現することによって測定性能の低下や通信信号への干渉が生じる可能性がある。したがって、OTDRでは、空間分解能は数mに制限される。 In order to obtain high spatial resolution with OTDR, it is necessary to narrow the pulse width of the monitoring light. Also, if the pulse width of the monitoring light is reduced, the signal-to-noise ratio (SNR) of the measurement due to the decrease in the energy of the monitoring light is reduced. Therefore, in order to compensate for this decrease in SNR, It is necessary to increase the power. However, when the power of the monitoring light is increased, non-linear optical phenomena such as stimulated Brillouin scattering appear in the optical line, which may cause a decrease in measurement performance and interference with communication signals. Therefore, in OTDR, the spatial resolution is limited to a few meters.
一方、OCDRでは、OTDRと比べると高い空間分解能を得ることができ、例えば数km遠方の反射点を数cmの空間分解能で測定できることが知られている。しかしながら、OCDRでは、光波領域での周波数変調および位相変調が必要であり、光源に要求される性能が非常に厳しい。 On the other hand, it is known that OCDR can obtain a higher spatial resolution than OTDR, and can measure, for example, a reflection point several kilometers away with a spatial resolution of several centimeters. However, OCDR requires frequency modulation and phase modulation in the light wave region, and the performance required for the light source is very severe.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる光反射計測装置および光反射計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides a light reflection measurement device and a light reflection measurement method capable of easily measuring the reflectance distribution in an optical line with high spatial resolution. Objective.
本発明に係る光反射計測装置は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、(1) 自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、(2) 信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、(3)光源から出力された光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、(4) 信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、(5)受光部から出力された検出信号と遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、(6) 遅延部における遅延量を制御するとともに、演算部から出力された電気信号に基づいて光線路における反射率分布を求める制御部と、を備えることを特徴とする。 The light reflection measurement device according to the present invention is a light reflection measurement device that measures a reflectance distribution in an optical line, and (1) a signal source that outputs a modulation signal having a delta function peak in an autocorrelation function; (2) a light source that outputs light whose intensity is modulated according to the modulation signal output from the signal source, and (3) the reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical path and receives the reflected light. A light receiving unit that outputs a detection signal having a value corresponding to the intensity, and (4) a delay unit that delays the modulation signal output from the signal source and outputs the modulation signal, and the delay amount is variable. 5) an arithmetic unit that outputs an electrical signal representing a temporal average value of the product of the detection signal output from the light receiving unit and the modulation signal output from the delay unit; and (6) controlling the delay amount in the delay unit. , The reaction in the optical line based on the electrical signal output from the arithmetic unit And a control unit for obtaining an emissivity distribution.
また、本発明に係る光反射計測方法は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、光源から出力された光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、遅延量が可変である遅延部により、信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、受光部から出力された検出信号と遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、遅延部における遅延量を制御して、演算部から出力された電気信号に基づいて光線路における反射率分布を求めることを特徴とする。 The light reflection measurement method according to the present invention is a light reflection measurement method for measuring a reflectance distribution in an optical line, and outputs a modulation signal having a peak of a delta function in an autocorrelation function from a signal source. The light whose intensity is modulated in accordance with the modulation signal output from the light source is output from the light source, and the reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical path is received by the light receiving unit, and the light corresponding to the reflected light intensity A detection signal output from the light receiving unit by outputting a value detection signal from the light receiving unit, delaying the modulation signal output from the signal source by the delay unit having a variable delay amount, and outputting the modulation signal An electric signal representing a temporal average value of the product of the modulation signal output from the delay unit is output from the arithmetic unit, the amount of delay in the delay unit is controlled, and a light beam is generated based on the electric signal output from the arithmetic unit. Anti-road And obtaining the percentage distribution.
本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、信号源がM系列符号に基づいて生成した変調信号を出力するのが好適である。 In the light reflection measuring apparatus according to the present invention or the light reflection measuring method according to the present invention, it is preferable that the signal source outputs a modulation signal generated based on the M-sequence code.
本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、(a) 光源からパルス光が出力されたときに受光部から出力される検出信号に基づいて、光線路の第1区間におけるOTDR計測結果を取得し、(b)演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求めるのが好適である。 In the light reflection measuring apparatus or the light reflection measuring method according to the present invention, (a) the first section of the optical line based on the detection signal output from the light receiving unit when pulsed light is output from the light source. It is preferable to obtain the reflectance distribution in the second section included in the first section of the optical line on the basis of the electrical signal output from (b) the calculation unit.
また、本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、(a) 遅延部における遅延量を第1単位時間で走査して、演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第1区間における反射率分布を求め、(b)遅延部における遅延量を第1単位時間より短い第2単位時間で走査して、演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求めるのも好適である。 Further, in the light reflection measuring apparatus or the light reflection measuring method according to the present invention, (a) the delay amount in the delay unit is scanned in the first unit time, and based on the electric signal output from the calculation unit. The reflectance distribution in the first section of the optical line is obtained, (b) the delay amount in the delay unit is scanned in the second unit time shorter than the first unit time, and based on the electrical signal output from the calculation unit, It is also preferable to obtain the reflectance distribution in the second section included in the first section of the optical line.
本発明によれば、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる。 According to the present invention, the reflectance distribution in the optical line can be easily measured with high spatial resolution.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本実施形態に係る光反射計測装置1の構成を示す図である。この図に示される光反射計測装置1は、光線路(例えば光ファイバ線路)2における反射率分布を計測する装置であって、信号源10、光源20、光サーキュレータ30、受光部40、遅延部50、演算部60および制御部70を備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a light
信号源10は、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号m(t)を光源20へ出力する。また、信号源10は、上記変調信号m(t)に対して時間nτだけ遅れた変調信号m(t−nτ)を遅延部50へ出力する。τは、光源20から出力される光のパルス幅である。nは自然数である。信号源10は、M系列符号に基づいて生成した変調信号m(t)を出力するのが好適である。
The
光源20は、信号源10から出力された変調信号m(t)に従って強度変調した光を光サーキュレータ30へ出力する。光源20はレーザダイオードを含むのが好適である。光サーキュレータ30は、光源20から出力されて到達した光を光線路2へ出力するとともに、その光が光線路2を伝搬する際に生じた反射光を入力して該反射光を受光部40へ出力する。受光部40は、光サーキュレータ30から到達した光(光源20から出力された光が光線路2を伝搬する際に生じた反射光)を受光して、当該反射光強度に応じた値の検出信号I(t)を演算部60へ出力する。受光部40はフォトダイオードを含むのが好適である。
The
遅延部50は、信号源10から出力された変調信号m(t−nτ)に遅延を与えて、該変調信号m(t−nτ−Δτ)を演算部60へ出力する。遅延部50における遅延量Δτは可変である。遅延部50における遅延量は、100ps以下の単位時間で走査され得るのが好適であり、10ps以下の単位時間で走査され得ると更に好適である。遅延部50として、例えば、株式会社キャンドックスシステムズの製品CDX-ATI011が好適に用いられる。この製品の遅延量の可変範囲は1nsであり、遅延量の分解能は0.5psである。
The
演算部60は、受光部40から出力された検出信号I(t)を入力するとともに、遅延部50から出力された変調信号m(t−nτ−Δτ)をも入力する。そして、演算部60は、検出信号I(t)と変調信号m(t−nτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Vを制御部70へ出力する。演算部60は、デジタル的に処理をしてもいいし、アナログ的に処理をしてもよい。制御部70は、遅延部50における遅延量を制御するとともに、演算部60から出力された電気信号に基づいて光線路2における反射率分布を求め、また、その求めた反射率分布を表示する。
The
なお、本実施形態では、信号源10および遅延部50の双方により、光源20に与えられる変調信号mに対して、演算部60に与えられる変調信号に遅延が付加される。この場合、例えば、信号源10により与えられる遅延量を大きくし、遅延部50により与えられる遅延量を小さくすることで、遅延量の粗調および微調を実現することができる。
In this embodiment, both the
図2は、本実施形態に係る光反射計測装置1に含まれる演算部60の構成例を示す図である。この図に示される演算部60は、検出信号I(t)と変調信号m(t−nτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Vをアナログ的処理により求めるものである。演算部6は、抵抗器61、抵抗器62、NMOSトランジスタ63、PMOSトランジスタ64、アンプ65、アンプ66、ローパスフィルタ67、ローパスフィルタ68および差動アンプ69を含む。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
アンプ65の入力端は、抵抗器61を介して受光部40と接続され、トランジスタ63のソース端子とも接続されている。アンプ66の入力端は、抵抗器62を介して受光部40と接続され、トランジスタ64のソース端子とも接続されている。トランジスタ63,64それぞれのドレイン端子は接地されている。トランジスタ63,64それぞれのゲート端子は遅延部50と接続されている。
The input end of the
ローパスフィルタ67は、アンプ65の出力端から出力された信号を入力して、その入力信号のうち低周波成分を選択的に差動アンプ69へ出力する。ローパスフィルタ68は、アンプ66の出力端から出力された信号を入力して、その入力信号のうち低周波成分を選択的に差動アンプ69へ出力する。差動アンプ69は、ローパスフィルタ67,68それぞれから出力された低周波成分の信号を入力して、これら入力信号の差に応じた信号Vを出力する。
The
このような構成を有する演算部60は、受光部40から出力された検出信号I(t)を抵抗器61,62に入力するとともに、遅延部50から出力された変調信号m(t−nτ−Δτ)をトランジスタ63,64のゲート端子に入力することで、検出信号I(t)と変調信号m(t−nτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Vを出力することができる。
The
次に、信号源10から出力される変調信号m、信号源10または遅延部50により変調信号に与えられる遅延量、演算部60から出力される電気信号V、および、制御部70による光反射計測の制御、について詳細に説明する。
Next, the modulation signal m output from the
光反射計測装置1の光サーキュレータ30から出力されて光線路2を伝搬する前方伝搬光の光電場Ef(t,x)は式(1)で表される。ここで、jは虚数単位である。tは時刻を表す変数である。xは位置を表す変数である。Aは搬送波の振幅である。ωは角周波数である。kは波数である。vgは群速度である。n(ωt−kx)は強度雑音である。また、θ(ωt−kx)は位相雑音である。
The photoelectric field E f (t, x) of the forward propagating light that is output from the
光線路2上の位置x’ における反射(フレネル反射およびレイリー散乱)により発生した後方伝搬光の光電場Ebは式(2)で表される。したがって、受光部40から出力される検出信号I(t)は式(3)で表される。ここで、rは位置x’ における前方伝搬光から後方伝搬光への結合の際の振幅結合係数である。また、ηは受光部40の受光感度である。
The photoelectric field E b of the backward propagating light generated by the reflection (Fresnel reflection and Rayleigh scattering) at the position x ′ on the
充分に長い計測時間Tを想定し、変調信号m(t)が実関数であることに注意すると、演算部60から出力される電気信号Vは式(4)で表される。ここで、m*mは変調信号m(t)の自己相関関数である。この式から判るように、変調信号m(t)の自己相関関数m*mがデルタ関数的なピークを有することで、演算部60から出力される電気信号Vは、そのピーク位置に対応する光線路2上の位置x’ における反射率rを表すものとなる。
Assuming a sufficiently long measurement time T and noting that the modulation signal m (t) is a real function, the electric signal V output from the
光線路2における光反射位置x’ を高い空間分解能で求めるには、自己相関関数m*mが適当な極限でディラックのデルタ関数に収束するような変調信号m(t)が用いられる必要がある。さらに、計測時間Tに亘って光源20から光が連続出力されることが好ましく、また、演算部60に与えられる変調信号は、光源20に与えられる変調信号mに対して、時間0から時間Tまでの遅延が付加されることが好ましい。
In order to obtain the light reflection position x ′ in the
このような変調信号mはM系列(maximum-length sequences)符号から生成され得る。以下では、N段のM系列符号の0を−1に変更することで生成された疑似乱数信号mNが変調信号mとして用いられる。N段のM系列疑似乱数信号mNの性質は式(5)〜(10)で表される。 Such a modulation signal m can be generated from an M-sequence (maximum-length sequences) code. In the following, the pseudo random number signal m N generated by changing 0 of the N-stage M-sequence code to −1 is used as the modulation signal m. Properties of M-sequence pseudo-random number signal m N of N stages is represented by the formula (5) to (10).
ここで、Tは符号長である(式(11))。τはパルス幅である。Δτはパルス幅τより短い遅延時間である(式(12))。p、q、q’は、互いに異なる正の整数であり、その組み合わせはM系列ごとに一意に決定され得る。また、bτは式(13)で表される周期τの関数である。 Here, T is a code length (formula (11)). τ is the pulse width. Δτ is a delay time shorter than the pulse width τ (formula (12)). p, q, and q ′ are positive integers different from each other, and the combination can be uniquely determined for each M sequence. Further, b τ is a function of the period τ expressed by the equation (13).
図3(a)は、6段のM系列符号により生成された疑似乱数信号m6を示す図である。また、図3(b)は、この疑似乱数信号m6の自己相関関数を示す図である。この図に示されるように、N段のM系列符号により生成された疑似乱数信号mNの自己相関関数は、デルタ関数的なピークを有している。 3 (a) is a diagram showing the pseudo-random number signal m 6 generated by the M-sequence code of six stages. 3 (b) is a diagram showing an autocorrelation function of the pseudo-random number signal m 6. As shown in this figure, the autocorrelation function of the pseudo random number signal m N generated by the N-stage M-sequence code has a delta function-like peak.
光線路2上にP個の反射点{xp}を想定すると、後方散乱光の光電場Ebは式(14)のように表される。ここで、rpは、位置xpにおける前方伝搬光から後方伝搬光への結合の際の振幅結合係数である。また、簡単化のため、搬送波の強度雑音nは無視できるものとした。
Assuming P reflection points {x p } on the
この式(14)から、受光部40から出力される検出信号I(t)は式(15)のように表される。ここで、δpqはクロネッカーのデルタである。Δτpqは、位置xpおよび位置xqそれぞれで発生した後方伝搬光のパルスの重なり時間である。ξpqおよびζpqは、位置xpおよび位置xqぞれぞれで発生した後方伝搬光の干渉と式(7)の性質による見掛けの反射位置を表す。
From this equation (14), the detection signal I (t) output from the
式(7)において、p、q、q’ の組み合わせがM系列ごとに異なるので、M系列を変更して複数回測定すれば、真の反射点と見掛けの反射点とは区別され得る。また、θpqは式(16)で定義される。 In Expression (7), the combination of p, q, and q ′ is different for each M series, so that the true reflection point and the apparent reflection point can be distinguished by changing the M series and measuring a plurality of times. Θ pq is defined by equation (16).
ここで、式(15)で表される検出信号I(t)と変調信号mとに基づいて演算部60から出力される電気信号Vを求めるに際して、パラメータXpqが式(17)で定義され、パラメータYpqが式(18)で定義される。
Here, when obtaining the electric signal V output from the
p=q である場合、式(16)のθpqの値は0であるので、パラメータXpqおよびYpqのうち対角成分XppおよびYppは、式(19)、(20)で表され、位相雑音θとは無関係な値となる。 When p = q, the value of θ pq in the equation (16) is 0, and therefore the diagonal components X pp and Y pp of the parameters X pq and Y pq are expressed by the equations (19) and (20). Thus, the value is independent of the phase noise θ.
一方、パラメータXpqおよびYpqのうち非対角成分は位相雑音θに依存する。ここで、式(21)を満たす微少量εを仮定する。微小量εは光波領域における適切な周波数変調により任意に小さくすることができる。特に、光源20が半導体レーザダイオードを含む場合には、出力光の位相がランダム・ウォークで拡散するので、意図せずとも式(21)が成立する。
On the other hand, the off-diagonal component of the parameters X pq and Y pq depends on the phase noise θ. Here, a very small amount ε that satisfies the equation (21) is assumed. The minute amount ε can be arbitrarily reduced by appropriate frequency modulation in the light wave region. In particular, when the
変調信号としての疑似乱数信号mNおよびcosθpqそれぞれの繰り返し数が互いに大きく異なる場合、自己相関関数は値0がよい近似となる。逆に、変調信号としての疑似乱数信号mNおよびcosθpqそれぞれの繰り返し数が互いに近い場合、自己相関関数の最大値は無視できない大きさになり得るが、その確率は非常に小さい。したがって、ほとんどの場合、パラメータXpqおよびYpqのうち非対角成分については、式(22)および式(23)が成り立つ。 When the number of repetitions of the pseudo random number signal m N and cos θ pq as the modulation signals are greatly different from each other, the autocorrelation function has a good value of 0. Conversely, when the number of repetitions of the pseudo random number signal m N and cos θ pq as modulation signals is close to each other, the maximum value of the autocorrelation function can be insignificant, but the probability is very small. Therefore, in most cases, Expression (22) and Expression (23) hold for the off-diagonal component of the parameters X pq and Y pq .
以上から、パラメータXpqおよびYpqのうち対角成分が支配的となる。したがって、式(15)で表される検出信号I(t)と変調信号mとに基づいて演算部60から出力される電気信号Vについては、ほとんどの場合で式(24)が成立する。
From the above, the diagonal component of the parameters X pq and Y pq becomes dominant. Therefore, for the electric signal V output from the
この式から判るように、演算部60から出力される電気信号Vは、変調信号m(t)の自己相関関数m*mのピーク位置に対応する光線路2上の位置における反射率rを表すものとなり、その自己相関関数m*mのピーク位置が走査されることで光線路2の或る範囲における反射率分布を表すものとなる。また、自己相関関数m*mのピーク位置を走査するには、光源20に与えられる変調信号mに対して、演算部60に与えられる変調信号に与えられる遅延時間を走査すればよい。
As can be seen from this equation, the electric signal V output from the
本実施形態に係る光反射計測方法は、上記の光反射計測装置1を用いて光線路2における反射率分布を計測する方法である。本実施形態に係る光反射計測方法では、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号m(t)が信号源10から出力され、この信号源10から出力された変調信号mに従って強度変調された光が光源20から出力される。光源20から出力された光は光サーキュレータ30を経て光線路2を伝搬する。
The light reflection measurement method according to the present embodiment is a method of measuring the reflectance distribution in the
光源20から出力された光が光線路2を伝搬する際に生じた反射光は光サーキュレータ30を経て受光部40により受光されて、当該反射光強度に応じた値の検出信号I(t)が受光部40から出力される。また、遅延量が可変である遅延部50から、遅延が与えられた変調信号m(t−nτ−Δτ)が出力される。演算部60から、受光部40から出力された検出信号I(t)と遅延部50から出力された変調信号m(t−nτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Vが出力される。そして、制御部70により、遅延部50における遅延量が制御されて、演算部60から出力された電気信号Vに基づいて光線路2における反射率分布が求められる。
The reflected light generated when the light output from the
本実施形態に係る光反射計測技術は、光リフレクトメトリ技術に属する点では、OTDRやOCDRと同様である。また、本実施形態に係る光反射計測装置1の構成の一部は、OTDR装置の構成と共通している。すなわち、光源20からパルス光を出力させて、そのパルス光を光線路2に伝搬させ、光線路2において生じた反射光を受光部40により受光して、受光部40から検出信号を出力させれば、この検出信号に基づいてOTDR測定が可能である。以下では、このような動作をOTDRモードと呼ぶ。
The light reflection measurement technique according to this embodiment is the same as OTDR and OCDR in that it belongs to the light reflectometry technique. Further, a part of the configuration of the light
また、本実施形態に係る光反射計測技術では、信号源10または遅延部50により変調信号に与えられる遅延量の大きさによって、演算部60から出力された電気信号Vに基づいて得られる光線路2の光反射率分布の空間分解能の大きさが異なる。例えば、信号源10により与えられる遅延量を第1単位時間(例えばパルス幅τ単位)で走査して、比較的低い空間分解能で光線路2における光反射計測を行うことができる。また、微調可能な遅延部50により与えられる遅延量を第1単位時間より短い第2単位時間(例えばパルス幅τ未満の単位時間)で走査して、比較的高い空間分解能で光線路2における光反射計測を行うことができる。以下では、前者の低分解能の計測動作を第1計測モードと呼び、後者の高分解能の計測動作を第2計測モードと呼ぶ。
Further, in the light reflection measurement technique according to the present embodiment, the optical line obtained based on the electric signal V output from the
図4は、本実施形態に係る光反射計測装置1または光反射計測方法による反射率分布計測の態様を説明する図である。この図を用いて、OTDTモード、第1計測モードおよび第2計測モードを組み合わせた反射率分布計測の態様について説明する。ここでは、光線路2として用いられる光ファイバの長さを20kmとし、その光ファイバにおけるパルス光の群速度vgを2×108m/sとする。
FIG. 4 is a diagram for explaining an aspect of reflectance distribution measurement by the light
初めに、OTDRモードで光線路2の反射率分布が計測される(図4(a))。このとき、パルス光出力一回当たりの計測時間は0.2msであるので、10回の繰り返し測定を仮定しても、1秒程度で光線路2の全長の反射率分布の概要が得られる。パルス幅が1μsであれば、反射率分布計測空間分解能は400mである。
First, the reflectance distribution of the
次に、OTDRモードで計測された光線路2の区間のうち詳しく計測したい区間が選択され、その選択された区間の反射率分布が第1計測モードで計測される。パルス幅τが1nsであって、このパルス幅τの単位時間で遅延量が走査されれば、反射率分布計測の空間分解能は40cmである。自己相関関数の周期は20km以上となればよいので、M系列は17段とすればよい。なお、17段のM系列は長さ26kmに相当する。例えば、1点当り10周期を仮定すると、長さ1200mの区間(3000点)の反射率分布は数秒で計測される。
Next, a section to be measured in detail is selected from the sections of the
最後に、第1計測モードで計測された光線路2の区間のうち更に詳しく計測したい区間が選択され、その選択された区間の反射率分布が第2計測モードで計測される。第2計測モードにおける変調信号は、第1計測モードにおける変調信号と同じとされる。遅延部50により与えられる遅延量が単位時間10psで走査されれば、反射率分布計測の空間分解能は4mmである。セット・アップに1秒程度を要するとすれば、長さ120cmの区間(300点)の反射率分布は5分程度で計測される。
Finally, a section to be measured in more detail is selected from the sections of the
以上のように、本実施形態に係る光反射計測装置1または光反射計測方法では、OTDRと比較すると光線路2における反射率分布を高い空間分解能で計測することができる。また、本実施形態に係る光反射計測装置1または光反射計測方法では、OCDRのような光波領域での周波数変調や位相変調が不要であり、光源20から出力される光の位相雑音が寧ろ大きい方が好ましいので、通常のレーザダイオードを光源20として用いることができ、したがって、光線路2における反射率分布を容易に計測することができる。
As described above, in the light
本実施形態に係る光反射計測技術による反射率分布計測の空間分解能については、1Gbpsの17段M系列疑似乱数信号を変調信号mとして出力する信号源10を用いるとともに、変調信号に対して分解能10psの遅延量を与え得る遅延部50を用いれば、原理上、最大長さ26kmの光線路2を空間分解能4mmで監視することができる。
Regarding the spatial resolution of the reflectance distribution measurement by the light reflection measurement technique according to the present embodiment, the
また、図4を用いて説明したような反射率分布計測の態様を実施する場合であっても、本実施形態に係る光反射計測装置1がOTDR装置としても用いられ得るので、システム構成の複雑化や高コスト化が抑制され得る。
Even when the reflectance distribution measurement mode described with reference to FIG. 4 is implemented, the light
1…光反射計測装置、2…光線路、10…信号源、20…光源、30…光サーキュレータ、40…受光部、50…遅延部、60…演算部、70…制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、
前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、
前記遅延部における遅延量を制御するとともに、前記演算部から出力された電気信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求める制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記光源からパルス光が出力されたときに前記受光部から出力される検出信号に基づいて、前記光線路の第1区間におけるOTDR計測結果を取得し、
前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測装置。 A light reflection measurement device for measuring a reflectance distribution in an optical line,
A signal source for outputting a modulated signal having an autocorrelation function having a delta function peak;
A light source that outputs light whose intensity is modulated in accordance with a modulation signal output from the signal source;
A light receiving unit that receives reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical line and outputs a detection signal having a value corresponding to the intensity of the reflected light;
A delay unit that delays the modulation signal output from the signal source and outputs the modulation signal, and the delay amount is variable;
An arithmetic unit that outputs an electrical signal representing a temporal average value of a product of the detection signal output from the light receiving unit and the modulation signal output from the delay unit;
A control unit for controlling a delay amount in the delay unit and obtaining a reflectance distribution in the optical line based on an electric signal output from the arithmetic unit;
Bei to give a,
The control unit is
Based on a detection signal output from the light receiving unit when pulsed light is output from the light source, obtain an OTDR measurement result in the first section of the optical line,
Based on the electrical signal output from the arithmetic unit, to determine the reflectance distribution in the second section included in the first section of the optical line,
A light reflection measuring apparatus characterized by that.
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、
前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、
前記遅延部における遅延量を制御するとともに、前記演算部から出力された電気信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求める制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記遅延部における遅延量を第1単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の第1区間における反射率分布を求め、
前記遅延部における遅延量を前記第1単位時間より短い第2単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測装置。 A light reflection measurement device for measuring a reflectance distribution in an optical line,
A signal source for outputting a modulated signal having an autocorrelation function having a delta function peak;
A light source that outputs light whose intensity is modulated in accordance with a modulation signal output from the signal source;
A light receiving unit that receives reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical line and outputs a detection signal having a value corresponding to the intensity of the reflected light;
A delay unit that delays the modulation signal output from the signal source and outputs the modulation signal, and the delay amount is variable;
An arithmetic unit that outputs an electrical signal representing a temporal average value of a product of the detection signal output from the light receiving unit and the modulation signal output from the delay unit;
A control unit for controlling a delay amount in the delay unit and obtaining a reflectance distribution in the optical line based on an electric signal output from the arithmetic unit;
Bei to give a,
The control unit is
The delay amount in the delay unit is scanned in a first unit time, and based on the electrical signal output from the calculation unit, the reflectance distribution in the first section of the optical line is obtained,
A second interval included in the first interval of the optical line based on an electrical signal output from the arithmetic unit by scanning a delay amount in the delay portion in a second unit time shorter than the first unit time. Find the reflectance distribution at
A light reflection measuring apparatus characterized by that.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の光反射計測装置。 Outputting a modulated signal generated by the signal source based on an M-sequence code;
The light reflection measuring apparatus according to claim 1 or 2 .
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、
遅延量が可変である遅延部により、前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、
前記光源からパルス光が出力されたときに前記受光部から出力される検出信号に基づいて、前記光線路の第1区間におけるOTDR計測結果を取得し、
前記遅延部における遅延量を制御して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測方法。 A light reflection measurement method for measuring a reflectance distribution in an optical line,
A modulated signal having a peak whose autocorrelation function is a delta function is output from the signal source,
The light that has been intensity-modulated according to the modulation signal output from the signal source is output from the light source,
The reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical line is received by the light receiving unit, and a detection signal having a value corresponding to the reflected light intensity is output from the light receiving unit,
A delay unit having a variable delay amount delays the modulation signal output from the signal source to output the modulation signal,
An electric signal representing a temporal average value of a product of the detection signal output from the light receiving unit and the modulation signal output from the delay unit is output from the arithmetic unit,
Based on a detection signal output from the light receiving unit when pulsed light is output from the light source, obtain an OTDR measurement result in the first section of the optical line,
And it controls the delay amount in the delay unit based on the electric signal output from said arithmetic unit calculates the reflectance distribution in the second section included in the first section of the optical line,
A light reflection measurement method characterized by that.
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、
遅延量が可変である遅延部により、前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、
前記遅延部における遅延量を第1単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の第1区間における反射率分布を求め、
前記遅延部における遅延量を前記第1単位時間より短い第2単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第1区間に含まれる第2区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測方法。 A light reflection measurement method for measuring a reflectance distribution in an optical line,
A modulated signal having a peak whose autocorrelation function is a delta function is output from the signal source,
The light that has been intensity-modulated according to the modulation signal output from the signal source is output from the light source,
The reflected light generated when the light output from the light source propagates through the optical line is received by the light receiving unit, and a detection signal having a value corresponding to the reflected light intensity is output from the light receiving unit,
A delay unit having a variable delay amount delays the modulation signal output from the signal source to output the modulation signal,
An electric signal representing a temporal average value of a product of the detection signal output from the light receiving unit and the modulation signal output from the delay unit is output from the arithmetic unit,
The delay amount in the delay unit by scanning in a first unit time, based on the electric signal output from said arithmetic unit calculates a reflectance distribution in the first section of the optical line,
A second interval included in the first interval of the optical line based on an electrical signal output from the arithmetic unit by scanning a delay amount in the delay portion in a second unit time shorter than the first unit time. Find the reflectance distribution at
A light reflection measurement method characterized by that.
ことを特徴とする請求項4または5に記載の光反射計測方法。
Outputting a modulation signal generated based on the M-sequence code from a signal source;
The light reflection measurement method according to claim 4 or 5 , wherein
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