JP6055716B2

JP6055716B2 - 分岐光線路特性解析装置及びその解析方法

Info

Publication number: JP6055716B2
Application number: JP2013105420A
Authority: JP
Inventors: 央高橋; 伊藤　文彦; 文彦伊藤; 邦弘戸毛; 千尋鬼頭
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-05-17
Also published as: JP2014229925A

Description

本発明は、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）型の光線路において、光スプリッタで分岐された各光分岐線路の特性を個別に測定する分岐光線路特性解析装置とその解析方法に関する。

光ファイバなどの光線路を使用する光通信システムでは、光線路の故障を検出し、または故障位置を特定するために、光パルス線路監視装置が用いられる。この光パルス線路監視装置は、光が光線路内を伝搬するに伴い、その光と同じ波長の後方散乱光が生じて逆方向に伝搬することを利用する。

すなわち、光線路に試験光として光パルスを入射すると、この光パルスが故障点に到達するまで後方散乱光を発生し続け、試験光と同じ波長の戻り光が光パルスを入射した光線路の端面から出射される。この後方散乱光の継続時間を測定することにより、光線路の故障位置を特定することができる。この原理に基づく監視装置としては、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）が代表的である。

しかしながら、ＰＯＮ（Passive Optical Network）型の光分岐線路については、光パルス線路監視装置で光スプリッタからユーザ装置側に位置する分岐光ファイバに対して、あるいは光デバイス（反射型フィルタ）、スプリッタやファイバ接続部品など光線路に接続されている光装置の状態に対して、個別に識別することは困難である。

例えば、通信事業者設備ビルから延設される幹線光ファイバでは、光スプリッタにより複数の光ファイバに分岐されており、試験光も光スプリッタによって分岐された各光ファイバ（以下、「分岐光ファイバ」）に一様に分配される。この場合、各分岐光ファイバ心線からの戻り光が幹線光ファイバの入射端に戻る際に光スプリッタで重なり合ってしまう。このため、入射端で観測されるＯＴＤＲ波形からは、どの分岐光ファイバに故障が生じているかを識別できなくなる。

このように、既存の光パルス線路監視装置は基本的に１本の光線路に対してのみ有効であり、光分岐線路に対してはそのまま適用することができない。そこで、光分岐線路に対する光パルス線路監視装置の適用を可能とするための技術が提案されている。（非特許文献１、特許文献１、非特許文献２参照）。

非特許文献１では、試験光を反射する光フィルタをターミネーションフィルタとしてユーザ装置の手前に設置し、各ユーザ装置からの反射光の強度を高分解能なＯＴＤＲ装置により測定するという手法が提案されている。
しかしながら、この手法では、故障心線の特定と、ユーザ装置か光線路のどちらが故障しているかといった故障の切り分けが可能であるというレベルにとどまっており、分岐光ファイバのどの位置で故障が発生しているかを特定することができない。

一方、特許文献１では、光スプリッタとして、光の多光束干渉を利用するアレイ導波路による回折格子型の波長合分波器を用い、波長可変光源により試験光の波長を切り替えて被試験光線路を選択するという提案がなされている。この提案の方法によれば、波長可変光源の波長を掃引し、反射光の波長を光反射処理部で検出し、その波長を基準に試験光の波長を設定することで、試験光の波長に対応付けて各光線路の個別監視を実現することができる。

しかしながら、アレイ導波路の回折格子型の波長合分波器に代表される、波長ルーティング機能を持つ光分岐装置は一般的に高価であり、多くの加入者を収容するアクセス系光システムに用いることはコスト面で難しい。さらには、このような光部品は温度依存性が大きく、温度調整機能を付加する必要もあるため、システムを構築する際に必要となるコストが多大になってしまう。

また、非特許文献２では、遠端に反射がある分岐光ファイバにポンプ光パルスとプローブ光パルスの二つの試験光パルスを入射し、両試験光の衝突位置でのブリルアン利得をブリルアン利得解析装置で解析することにより、スプリッタ下部心線個別の損失分布を得るという提案がなされている。

しかしながら、この手法では、分岐光ファイバの距離方向で異なるファイバパラメータの光ファイバが接続されていた場合、又は距離方向で温度・歪が変化していた場合には、ブリルアン周波数シフトが異なるため、単一のブリルアン周波数シフトに設定して測定を行うと、精確に損失を測定することができない。

特開平７-８７０１７号公報

Y. Enomoto et al., "Over 31.5dB dynamic range optical fiber line testing system with optical fiber fault isolation function 32dB-branched PON", OFC2003 Technical Digest, paper ThAA3(2003), pp. 608-610 H. Takahashi et al., "Individual Fault Location in 4-branched PON Using Pulsed Pump-Probe Brillouin Analysis", Conference of Optical Fiber Communications 2012.

以上述べたように、ＰＯＮ型の光分岐線路に対して光ファイバの損失を測定する従来の技術では、光スプリッタからユーザ装置側の分岐下部光ファイバ、および装置（光スプリッタなどの光デバイス）を監視するにあたり、新たに光デバイスや光線路の構成変更を余儀なくされ（既設設備の変更等）、所外の既設設備（同一特性の分岐光ファイバと同一波長光反射フィルタ）を使用するのみでは光線路特性を個別に測定ことができず、分岐光ファイバの距離方向でブリルアン周波数シフトが異なる場合には精確に光ファイバの損失を測定することができなかった。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、ＰＯＮ型の光分岐線路において、光スプリッタから分岐下部光線路および装置を監視するにあたり、同一特性の分岐光線路と同一波長光反射フィルタの所外既設設備を使用するのみで光線路特性を個別に測定ことが可能であり、分岐光線路の距離方向でブリルアン周波数シフトが異なる場合でも精確に光線路の損失を測定可能な分岐光線路特性解析装置及びその解析方法を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の第１の観点における分岐光線路特性解析装置は、以下のような構成要素を備えている。
（１）基幹光線路の一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光線路の一方端を光結合してなる被測定光線路の特性を解析する分岐光線路特性解析装置であって、光周波数の異なる第１及び第２試験光を発生し、当該第１及び第２試験光から互いに任意の時間差をもって第１及び第２試験光パルスを生成し合成する試験光パルス生成手段と、前記被測定光線路の複数の分岐光線路それぞれの他方端に配置され、前記第１及び第２試験光パルスの波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する複数の光反射フィルタと、前記試験光パルス生成手段で生成される試験光パルスを前記被測定光線路の基幹光線路に入射し、当該基幹光線路の入射端から出射される戻り光を取り出す光サーキュレータと、前記戻り光から誘導ブリルアン（Brillouin）後方散乱光を抽出する光フィルタと、前記光フィルタで抽出された散乱光を受光して電気信号に変換する光受信器と、前記電気信号をデジタル信号に変換する変換手段と、前記デジタル信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する演算処理装置とを具備し、前記演算処理装置は、前記試験光パルス生成手段で生成される第１及び第２試験光パルスの時間差を一定量ずつ変化させる毎に、前記誘導ブリルアン後方散乱光の光強度を2nΔL/c（ｎは光線路の屈折率、光線路のｃは光速、ΔLは前記複数系統の分岐光線路の長さの差の最小値）よりも高い時間分解能で測定する処理を、前記第１試験光パルスと第２試験光パルスの周波数差を一定量ずつ変化させる毎に実行して、前記周波数差の変化可能量が前記被測定光線路の誘導ブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量より大きな周波数となった時点で終了し、得られた誘導ブリルアン後方散乱光の利得スペクトラム分布より、距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピークサーチの分布を取得することで、前記複数の系統の分岐光線路それぞれの損失分布を取得するものとする。

また、上記目的を達成するためにこの発明の第２の観点における分岐光線路特性解析方法は、以下のような構成要素を備えている。
（２）基幹光線路の一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光線路の一方端を光結合してなる被測定光線路の特性を解析する分岐光線路特性解析方法であって、光周波数の異なる第１及び第２試験光を発生し、当該第１及び第２試験光から互いに任意の時間差をもって第１及び第２試験光パルスを生成して合成するステップと、前記被測定光線路の複数の分岐光線路それぞれの他方端に配置された光反射フィルタにより、前記第１及び第２試験光パルスの波長の光を反射させるステップと、前記合成された第１及び第２試験光パルスを前記被測定光線路の基幹光線路に入射し、当該基幹光線路の入射端から出射される戻り光を取り出すステップと、前記戻り光から誘導ブリルアン（Brillouin）後方散乱光を抽出するステップと、前記抽出された散乱光を受光して電気信号に変換するステップと、前記電気信号をデジタル信号に変換するステップと、前記デジタル信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析するステップとを具備し、前記被測定光線路の特性を解析する解析するステップは、前記第１及び第２試験光パルスの時間差を一定量ずつ変化させる毎に、前記誘導ブリルアン後方散乱光の光強度を2nΔL/c（ｎは光線路の屈折率、光線路のｃは光速、ΔLは前記複数系統の分岐光線路の長さの差の最小値）よりも高い時間分解能で測定する手順を、前記第１試験光パルスと第２試験光パルスの光周波数差を一定量ずつ変化させる毎に実行して、前記光周波数差の変化可能量が前記被測定光線路の誘導ブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量より大きな周波数となった時点で終了し、得られた誘導ブリルアン後方散乱光の利得スペクトラム分布より、距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピークサーチの分布を取得することで、前記複数の系統の分岐光線路それぞれの損失分布を取得するものとする。

以上のように、本発明は、被測定光線路上の光スプリッタによってＮ系統に分岐される第１〜第Ｎの分岐光線路の長さの差の最小値ΔLを利用する。まず、波長の異なる二種の光周波数の試験光を用意してパルス化した後に、その二種のパルス試験光に入射時間差を与えて被測定光線路に入射する。これにより、先に入射したパルス試験光（第１試験光）の反射光と、後に入射したパルス試験光（第２試験光）が対向伝搬して誘導ブリルアン後方散乱光が発生する。このようにして発生する誘導ブリルアン後方散乱光を光受信器で受信し、光受信器の出力電流を2nΔL/c(ｃは光速）よりも高い時間分解能で解析する。これにより、第１〜第Ｎのどの分岐光線路からの誘導ブリルアン散乱かを特定することが可能となる。そして、第１試験光と第２試験光の光周波数差f_Bを変化させながら測定を繰り返すことで、分岐毎のブリルアン利得スペクトル分布を取得することができる。そこで、取得したブリルアン利得スペクトル分布において、距離ごとにブリルアン利得スペクトルの強度ピークのみを検索し取得する（ピークサーチ）ことで、分岐光線路毎の損失分布を求めることができる。

したがってこの発明によれば、ＰＯＮ型の光分岐線路において、光スプリッタから分岐下部光線路および装置を監視するにあたり、同一特性の分岐光線路と同一波長光反射フィルタの所外既設設備を使用するのみで光線路特性を個別に測定ことが可能であり、分岐光線路の距離方向でブリルアン周波数シフトが異なる場合でも精確に光線路の損失を測定可能な分岐光線路特性解析装置及びその解析方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る分岐光線路特性解析装置の構成を示すブロック図である。上記実施形態の被測定ファイバにおいて、距離（Distance [km]）方向にブリルアン周波数シフト（BFS [GHz]）が変化した場合の分岐光ファイバ（#1-#8）の損失分布（Fiber Loss [dB]）を示す図である。上記実施形態の比測定ファイバにおいて、分岐光ファイバ（#1-#8）それぞれの距離（Distance [km]）ごとのブリルアン利得スペクトルの強度を示す図である。上記実施形態の解析装置による測定手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る分岐光線路特性解析装置の構成を示すブロック図である。図１に示す分岐光線路特性解析装置は、第１試験光の被測定光ファイバからの誘導ブリルアン後方散乱光の特性分布を求めることができるものである。

光源１１から出力された連続光は分岐素子１２により２系統に分岐される。この分岐された光の一方を第１試験光（プローブ光）、他方を第２試験光（ポンプ光）とする。第１試験光は、光周波数変更器１３により光周波数を設定ブリルアン周波数シフトf_Bだけ変化させる。光周波数変更器１３は、具体的には駆動用の正弦波発生器１４からの信号周波数に応じて変調側波帯の周波数が変化する機能を持つ外部変調器であればよく、例えばLiNbO₃を用いた位相変調器、振幅変調器やＳＳＢ変調器が適用可能できる。

第１試験光及び第２試験光は、光パルス化器１５，１６でパルス化される。このとき、第１試験光のパルス幅は2nΔL/c以下でパルス化する。これにより、後述する分岐光ファイバ（ここでは分岐系統数N=8とする）２３２（#1）〜２３２（#8）を識別することが可能になる。ここで、ΔLは、各分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）の長さの差の最小値であり、cは真空中の光速、nは光ファイバの屈折率である。光パルス化器１５，１６は具体的には、音響光学素子をパルス駆動する音響光学スイッチまたは、LiNbO₃を用いて電気光学素子をパルス駆動する導波路スイッチで構成される。

上記光パルス化器１５，１６では、それぞれ入射時間制御器１７，１８により第１試験光と第２試験光を被測定光ファイバ２３に入射する時間に時間差を与える。入射時間制御器１７，１８は具体的には、第１試験光と第２試験光を光パルス化する光パルス化器１５，１６において、駆動用の電気パルスの変調時間を変化させることができる構成とする。つまり、光パルスを得るためには、光デバイス（音響光学変調器、またはLiNbO₃変調器）を電気パルスで変調する必要があり、この電気パルスで駆動した時間で連続光をパルス化するものである。そのため、光デバイスを変調するタイミングを変化させることで、光パルスになるタイミングを制御することができ、その二つを光増幅器１９，２０で増幅した後、合波素子２１で合波すれば、入射時間の違う２つのパルス（第１試験光・第２試験光）を生成することが可能となる。また、この電気パルスのうち一方の電圧を常にゼロにすることにより、第１試験光または第２試験光の一方のみを入射することも可能となる。

合波素子２１により合波された第１試験光と第２試験光は、光サーキュレータ２２を通過して被測定光ファイバ２３に入射される。被測定光ファイバ２３は、基幹光ファイバの一方端に光結合される光スプリッタ２３１と分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）により構成される。ここで、各分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）それぞれの終端に光反射フィルタ２３３（#1）〜２３３（#8）を配置する。これらの光反射フィルタ２３３（#1）〜２３３（#8）は、上記第１及び第２試験光それぞれの波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する特性を有する。

上記光スプリッタ２３１でＮ（=8）分岐された第１試験光と第２試験光は、分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）中でインタラクションし、誘導ブリルアン散乱の後方散乱光が発生する。この誘導ブリルアン後方散乱光と第１試験光と第２試験光は光サーキュレータ２２に戻って光フィルタ２４に導出される。この光フィルタ２４は、光サーキュレータ２２の導出光（被測定光ファイバ２３からの戻り光）から誘導ブリルアン後方散乱光のみを抽出するもので、ここで抽出された誘導ブリルアン後方散乱光は光受信器２５で受信され、電流信号となって出力される。光受信器２５から出力される電流信号は、Ａ／Ｄ変換器２６でデジタル信号に変換されてから、演算処理装置２７に入力される。

上記演算処理装置２７は入力された電流値に対して下記に説明するような演算処理を行い、距離に対するブリルアン利得分布を求める。まず、ある設定ブリルアン周波数シフトf_Bでの測定が完了した後、設定ブリルアン周波数シフトを設定ブリルアン周波数シフト間隔Δfで変化させて測定を繰り返し、設定ブリルアン周波数全帯域幅F_Bになった時点で測定を終了する。得られた距離に対するブリルアン利得分布を周波数毎に並べることで、距離に対するブリルアン利得スペクトル分布を求める。このブリルアン利得スペクトル分布において、演算処理により、距離ごとにブリルアン利得の強度ピークを取得した結果を出力することで、距離に対する損失分布を求める。

次に、上述したように構成される本実施形態の分岐光線路特性解析装置の動作について説明する。
まず、光周波数変更器１３、光パルス化器１５，１６、光受信器２５、Ａ／Ｄ変換器２６には次の条件を満足する必要がある。
(条件１) 光周波数変更器１３による周波数シフトの変化可能量は、被測定ファイバ２３のブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量より大きく周波数変化可能なこと。
(条件２) 光パルス化器１５，１６のパルス幅τは、分岐光ファイバ終端の光反射フィルタ２３３（#1）〜２３３（#8）からの戻り光の時間差2nΔL/cの最小値より狭いこと。
(条件３) 光受信器２５及びＡ／Ｄ変換器２６の帯域は、パルス幅τを受光可能な帯域であること。

ここで、条件１〜３は次のような意味を持っている。
条件１は、第１試験光と第２試験光が誘導ブリルアン散乱を、被測定ファイバ２３中の全ての距離で起こすために必要となる条件である。
条件２は、光パルス化器１５，１６のパルス幅τが各分岐光ファイバ終端の光反射フィルタ２３３（#1）〜２３３（#8）からの戻り光の時間差の最小値2nΔL/cより広いとき、分岐光ファイバ毎の誘導ブリルアン散乱光が重なり、時間的に切り分けることができないために必要となる条件である。ここで、ΔLは上記の各分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）の長さの差の最小値である。
条件３は、パルス幅τの光パルスを正確に測定するためには、光受信器２５の帯域、Ａ／Ｄ変換器２６の帯域が1/τより広い必要があることを意味する。

上記の条件を満足する場合の本発明を用いた分岐光線路特性解析方法を説明する。
波長の異なる二つの試験光（第１試験光、第２試験光）を用い、第１試験光はプローブ光であり、光周波数f₀-f_Bとする。第２試験光はポンプ光であり、光周波数f₀とする。ここで、f₀はポンプ光の光周波数、f_Bはブリルアン後方散乱による光周波数シフト量とする。

まず、プローブ光を被測定光ファイバ２３に入射し、プローブ光を入射してt₁秒後にポンプ光を被測定光ファイバ２３に入射する。
被測定光ファイバ２３に入射されたプローブ光とポンプ光は、光スプリッタ２３１によりＮ（=8）分岐される。
(i)プローブ光とポンプ光による誘導ブリルアン散乱の測定
プローブ光とポンプ光の周波数がf_Bだけ差がある場合、プローブ光とポンプ光がインタラクションすると、誘導ブリルアン散乱が発生し、プローブ光は式(1)で表される増幅を受ける。

ここで、α_B(z,f)は入射端からzの位置でインタラクションし、ブリルアン周波数差fのときの誘導ブリルアンによる利得、g_B(f)はブリルアン周波数シフトfの場合の誘導ブリルアン散乱係数、zは分岐光ファイバ入射端からプローブ光とポンプ光がインタラクションした位置までの距離、I_pump(z)は分岐光ファイバ入射端から距離zだけ離れた位置におけるポンプ光の強度、I_pumpはポンプパルスのパルス幅である。

分岐光ファイバ２３２（#i）の損失係数をα_i、分岐光ファイバ２３２（#i）を往復する場合の全損失をL_ｔとすると、終端の光反射フィルタ２３３（#i）で反射された後、入射端から距離zの位置でポンプ光と衝突し、分岐光ファイバ入射端でのプローブ光の強度I_probe(2L_i,z)は、式(2)で表される。

式（2）より、分岐光ファイバ入射端での第１試験光の強度I_probe(2L_i,z,f)は、g_B(f)とI_pump(z)の関数となる。ここで、I_pump(z)は、式(3)で表される。

また、プローブ光のみを入射した場合の分岐光ファイバ入射端へ戻ってくる反射プローブ光強度I_ref(2L_i)は、式(4)で表される。

よって、式(2)は、式(3)及び式(4)を用いると式(5)として表される。

上記（5）式より、ブリルアン散乱光の利得を解析することにより、インタラクションした場所までの損失をポンプパルス幅で積分した値とブリルアン散乱係数の積が取得可能である。
ここで、ブリルアン利得の強度ピークにおいて、ピークブリルアン散乱係数g_{B_peak}は定数である。そのため、ブリルアン周波数差fを変化させて測定を繰り返し、ブリルアン利得の距離に対する強度ピークを取得することで、

の関数を取得することが可能である。そこで、以下の演算を行うことで、ある地点z₀からの損失分布を取得することができる。

よって、誘導ブリルアン散乱光の特性を解析すれば、ある地点z₀を基準にした被測定光ファイバ２３の線路損失を測定することができる。
(ii)分岐下部光ファイバの距離に対するブリルアン散乱光分布の測定
被測定光ファイバ２３の入射端から分岐光ファイバ２３２（#a）（1≦a≦Nの整数、ここではN=8）の終端までの長さをL_aとする。第１試験光は、分岐光ファイバ２３２（#a）の終端に設置された光反射フィルタ２３３（#a）により反射される。ここで、分岐光ファイバ終端からの距離をl、被測定光ファイバ２３の屈折率をn、真空中の光速をcとすると、反射された第１試験光はt₁/2秒後にl=c/n×t₁/2だけ進むので、被測定光ファイバ入射端からの距離をl_x1とすると、その距離l_x1は

となる。また、第１試験光が被測定光ファイバ２３に入射されてから光スプリッタ２３１により分岐され、分岐光ファイバ終端の反射型光フィルタ２３３（#a）で反射されて、被測定光ファイバ入射端からの距離l_x1に到達する時間tは、

である。
第２試験光を光線路に入射する時刻は、第１試験光を入射してからt₁秒後とする。第２試験光がt秒後に到達する被測定光ファイバ入射端からの距離をl_x2とすると、その距離l_x2は式(9)で表される。

式(7)、式(9)より、l_x1=l_x2の位置でプローブ光とポンプ光はインタラクションする。また、インタラクションする時間は、被測定光ファイバ終端の光フィルタ２３３（#a）で反射された時間からt₁/2秒後である。つまり、プローブ光とポンプ光を被測定光ファイバ２３に入射する時間差t₁を変化させることにより、第１試験光と第２試験光がインタラクションする位置を制御できるため、距離に対する誘導ブリルアン散乱の特性分布を求めることができる。

(iii)分岐下部心線#aの誘導ブリルアン散乱光が入射端の光受信器２５に到達する時間の測定
第１試験光が光受信器２５に到達する時間をt_daとする。第１試験光は、分岐光ファイバ終端の光フィルタ２３３（#a）により反射され、光受信器２５へ戻ってくるので、到達時間は、式(10)で表される。

ここで、他の分岐光ファイバ#b（1≦b≦Nの整数、ここではN=8）から戻ってきた第１試験パルスが光受信器２５に到達する時間t_dbは、式(11)で表される。

よって、光受信器２５に戻る時間差は、式(12)で表される。

L_a ≠ L_bのとき、光受信器２５に到達する時間が異なる。
ここで、第１試験光のパルス幅をτとすると、

のとき(条件２)、各分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）から戻った第１試験光は光スプリッタ２２で重ならず、光受信器２５の到達時間を測定することで、どの分岐光ファイバ２３２（#1）〜２３２（#8）からの第１試験光であるかを時間的に切り分けることができる。

上記(i)〜(iii)により、分岐光ファイバ個別の損失分布を測定可能である。
以上より、本実施形態では、被測定ファイバ２３の距離方向において、温度や歪、ファイバパラメータの違いによりブリルアン周波数シフトが変化した場合においても、分岐光ファイバそれぞれの損失分布を取得可能である。

図２に測定結果の一例を示す。図２では距離（Distance [km]）方向にブリルアン周波数シフト（BFS [GHz]）が変化した場合の分岐光ファイバ２３２（#1-#8）の損失分布（Fiber Loss [dB]）を示している。この例では、分岐光ファイバ２３２（#1-#8）のうち、#1，#7，#8は、スプリッタ２３１の上部ファイバと特性の異なるファイバを接続している。9.5kmまでは分岐上部の光ファイバであり、9.5km以降が分岐下部の光ファイバである。分岐光ファイバ２３２（#1-#8）のうちの#1、#7、#8はブリルアン周波数シフトBFSが分岐上部ファイバと異なることが分かる。本結果において、距離ごとのブリルアン利得スペクトルの強度を取得したグラフを図３に示す。図３では、上記実施形態の比測定ファイバ２３において、分岐光ファイバ２３２（#1-#8）それぞれの距離（Distance [km]）ごとのブリルアン利得スペクトルの強度を示している。

図４は本実施形態の解析装置による測定手順を示すフローチャートである。
まず、第１試験光と第２試験光の周波数差fをf_Bに設定する（ステップＳ１）。次に、第１試験光と第２試験光の入射時間差t₁を設定する（ステップＳ２）。ここで、まず第１試験光パルスのみを入力し（ステップＳ３）、戻り光の到達時間からどの分岐光ファイバで反射した試験光パルスのデジタル信号であるかを特定する（ステップＳ４）。また、反射試験光パルスの強度を取得する（ステップＳ５）。次に、第１及び第２試験光パルスを入力する（ステップＳ６）。次に、得られたデジタル信号から誘導ブリルアン散乱光を解析し（ステップＳ７）、その解析結果を出力する（ステップＳ８）。続いて、最長の分岐光ファイバからの第２試験光が到達したか否かを判断し（ステップＳ９）、到達した場合には、入力時間差が2nL/cと等しいか否かを判断し（ステップＳ１０）、等しくなければ入力時間差tをt=t₁+Δtと設定して（ステップＳ１１）、ステップＳ２の処理から解析処理を繰り返し行う。ステップＳ１０で入力時間差が2nL/cと等しいと判断された場合には、設定ブリルアン周波数がF_Bと等しいか判断し（ステップＳ１２）、等しくなければ設定周波数差fをf=fb+Δfと設定して（ステップＳ１３）、ステップＳ１の処理から解析処理を繰り返し行う。ステップＳ１２で設定ブリルアン周波数がF_Bと等しいと判断された場合には、一連の測定作業を終了する。

以上の処理をまとめると、本実施形態に係る解析方法は、以下のような処理手順となる。
・手順１：第１試験光と第２試験光の周波数差f_Bを設定。
・手順２：第１試験光と第２試験光の入射時間差t₁を設定。
・手順３：第１試験光の戻り時間によりどの分岐光ファイバで反射した試験光であるかを特定。
・手順４：第１試験光の光強度により、ブリルアン利得を出力。
・手順５：第１試験光と第２試験光の入射時間差t₁を変化させて上記手順２から手順４を繰り返し、t=2nL/cで終了。
・手順６：第１試験光と第２試験光の周波数差f_Bを変化させて上記手順１から手順５を繰り返し、f_B=F_Bで終了。
・手順７：得られたブリルアン利得スペクトラム分布により、距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピークサーチの分布を取得。

このように、本実施形態では、被測定光ファイバ２３の光スプリッタ２３１によってＮ（=8）系統に分岐される各分岐光ファイバ２３２（#1-#8）の長さの差の最小値ΔLを利用し、波長の異なる二種の試験光を用意してパルス化した後に、その二種のパルス試験光に入射時間差を与えて被測定光線路に入射する。これにより、先に入射したパルス試験光（第１試験光）の反射光と、後に入射したパルス試験光（第２試験光）が対向伝搬して誘導ブリルアン後方散乱光が発生する。このようにして発生する誘導ブリルアン後方散乱光を光受信器２５で受信し、光受信器２５の出力電流を2nΔL/c(ｃは光速）よりも高い時間分解能で解析する。これにより、どの分岐光ファイバからの誘導ブリルアン散乱かを特定することが可能となる。そして、第１試験光と第２試験光の周波数差f_Bを変化させながら測定を繰り返すことで、分岐毎のブリルアン利得スペクトル分布を取得することができる。そこで、取得したブリルアン利得スペクトル分布において、距離ごとにブリルアン利得スペクトルの強度ピークのみを検索し取得する（ピークサーチ）ことで、分岐光ファイバ毎の損失分布を求めることができる。

したがって上記実施形態の分岐光線路特性解析装置によれば、ＰＯＮ型の光分岐線路において、光スプリッタ２３１からユーザ装置側の分岐光ファイバ２３２（#1-#8）を監視するにあたり、所外既設設備を使用するのみで光線路特性を個別に測定ことが可能であり、分岐光ファイバの距離方向でブリルアン周波数シフトが異なる場合でも精確に光ファイバの損失を測定することができる。

なお、この発明は、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み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幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１１…光源、
１２…分岐素子、
１３…光周波数変更器、
１４…正弦波発生器、
１５，１６…光パルス化器、
１７，１８…入射時間制御器、
１９，２０…光増幅器、
２１…合波素子、
２２…光サーキュレータ、
２３…被測定光ファイバ、
２３１…光スプリッタ、
２３２（#1）〜２３２（#8）…分岐光ファイバ、
２３３（#1）〜２３３（#8）…光反射フィルタ、
２４…光フィルタ、
２５…光受信器、
２６…Ａ／Ｄ変換器、
２７…演算処理装置。

Claims

基幹光線路の一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光線路の一方端を光結合してなる被測定光線路の特性を解析する分岐光線路特性解析装置であって、
光周波数の異なる第１及び第２試験光を発生し、当該第１及び第２試験光から互いに任意の時間差をもって第１及び第２試験光パルスを生成し合成する試験光パルス生成手段と、
前記被測定光線路の複数の分岐光線路それぞれの他方端に配置され、前記第１及び第２試験光パルスの波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する複数の光反射フィルタと、
前記試験光パルス生成手段で生成される試験光パルスを前記被測定光線路の基幹光線路に入射し、当該基幹光線路の入射端から出射される戻り光を取り出す光サーキュレータと、
前記戻り光から誘導ブリルアン（Brillouin）後方散乱光を抽出する光フィルタと、
前記光フィルタで抽出された散乱光を受光して電気信号に変換する光受信器と、
前記電気信号をデジタル信号に変換する変換手段と、
前記デジタル信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析する演算処理装置と
を具備し、
前記演算処理装置は、前記試験光パルス生成手段で生成される第１及び第２試験光パルスの時間差を一定量ずつ変化させる毎に、前記誘導ブリルアン後方散乱光の光強度を2nΔL/c（ｎは光線路の屈折率、光線路のｃは光速、ΔLは前記複数系統の分岐光線路の長さの差の最小値）よりも高い時間分解能で測定する処理を、前記第１試験光パルスと第２試験光パルスの周波数差を一定量ずつ変化させる毎に実行して、前記周波数差の変化可能量が前記被測定光線路のブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量より大きな周波数となった時点で終了し、得られた誘導ブリルアン後方散乱光の利得スペクトラム分布より、距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピークサーチの分布を取得することで、前記複数の系統の分岐光線路それぞれの損失分布を取得する分岐光線路特性解析装置。
基幹光線路の一方端を光分岐器によって複数系統に分岐し、前記光分岐器の分岐端部それぞれに分岐光線路の一方端を光結合してなる被測定光線路の特性を解析する分岐光線路特性解析方法であって、
光周波数の異なる第１及び第２試験光を発生し、当該第１及び第２試験光から互いに任意の時間差をもって第１及び第２試験光パルスを生成して合成するステップと、
前記被測定光線路の複数の分岐光線路それぞれの他方端に配置された光反射フィルタにより、前記第１及び第２試験光パルスの波長の光を反射させるステップと、
前記合成された第１及び第２試験光パルスを前記被測定光線路の基幹光線路に入射し、当該基幹光線路の入射端から出射される戻り光を取り出すステップと、
前記戻り光から誘導ブリルアン（Brillouin）後方散乱光を抽出するステップと、
前記抽出された散乱光を受光して電気信号に変換するステップと、
前記電気信号をデジタル信号に変換するステップと、
前記デジタル信号から前記誘導ブリルアン後方散乱光を測定して前記被測定光線路の特性を解析するステップと
を具備し、
前記被測定光線路の特性を解析するステップは、前記第１及び第２試験光パルスの時間差を一定量ずつ変化させる毎に、前記誘導ブリルアン後方散乱光の光強度を2nΔL/c（ｎは光線路の屈折率、光線路のｃは光速、ΔLは前記複数系統の分岐光線路の長さの差の最小値）よりも高い時間分解能で測定する手順を、前記第１試験光パルスと第２試験光パルスの光周波数差を一定量ずつ変化させる毎に実行して、前記光周波数差の変化可能量が前記被測定光線路の誘導ブリルアン周波数シフトの距離方向の周波数変化量より大きな周波数となった時点で終了し、得られた誘導ブリルアン後方散乱光の利得スペクトラム分布より、距離ごとのブリルアン利得スペクトラムのピークサーチの分布を取得することで、前記複数の系統の分岐光線路それぞれの損失分布を取得する分岐光線路特性解析方法。