JP6306476B2 - 心線対照システム及び心線対照方法 - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムにおける光ファイバ心線の対照技術に関する。

光アクセスサービス浸透に伴い、大規模化した光設備を確実かつ効率的に保守・運用することが期待されている。保守・運用上重要な所望の光ファイバ心線を特定する心線対照技術が開発されている。信号波長帯より長波長の対照光を光ファイバに入力し、ファイバを湾曲させ、漏光する対照光をモニタすることで心線対照が可能である（図１及び図２並びに非特許文献１参照。）。

図１及び図２は、それぞれ、通信設備ビル内の光コードの心線対照及び屋外ケーブルの心線対照の例である。いずれも光源８１の出射する対照光は、ＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）９２側から入力される。対照光の波長としては、波長１６５０ｎｍ付近の光が使用される。作業は、光ファイバもしくは光ファイバコード９０を湾曲し、光ファイバもしくは光ファイバコード９０から漏洩する光を識別器を用いてモニタする。通信設備ビル内であれば光配線架９３で光ファイバもしくは光ファイバコード９０を湾曲させ（図１）、屋外ケーブルであれば屋外で光ファイバもしくは光ファイバコード９０を湾曲させる（図２）漏洩光が確認できれば所望の光コードおよび光ファイバが特定されたことになる。

一方、高密度化した光配線設備では新設・廃止等の作業時に、誤って光コードおよび光ケーブルを引っ掛けて曲げ損失を増加させてしまい、通信遮断する可能性がある。そのため光ファイバコードおよび光ケーブルの光ファイバ素線を現在のシングルモードファイバから曲げ損失特性に優れる光ファイバ（低曲げ損失ファイバ。ｅｘ．高Δファイバ、ホールアシストファイバ（ＨＡＦ）等）の導入が進んでいる。

しかし、低曲げ損失光ファイバに従来の心線対照法を適用しようすると、対照光に対しても低曲げ損失となり対照光が漏洩し難くなる。そのため光ファイバもしくは光ファイバコード９０の曲げの曲率を大幅に大きくする必要（半径５ｍｍ以下）が生じ、光ファイバもしくは光ファイバコード９０を誤って破損させてしまう可能性があった。また、光ファイバもしくは光ファイバコード９０の種別によって曲げ条件や対照に使用する光源８１の波長を変える必要が生じるなど、対照作業自体や使用する曲げ付与ツールなどの構成が複雑になるという問題点があった。

また、近年、マルチコア光ファイバや数モード光ファイバの研究開発が急速に進展しているが、これらの光ファイバもしくは光ファイバコードが実用導入された際に、心線対照作業が必要になることが想定されるが、これらの光ファイバもしくは光ファイバコードに心線対照時に曲げを加えると、コア間もしくはモード間にクロストークが発生し、通信信号の伝送の妨げになることが懸念される。

有居正仁、東裕司、榎本圭高、鈴木勝晶、荒木則幸、宇留野重則、渡邉常一、「拡大する光アクセス網を支える光媒体網運用技術」、ＮＴＴ技術ジャーナル、ｖｏｌ．１８、ｎｏ．１２、ｐｐ．５８−６１、２００６

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように光ファイバもしくは光ファイバコードを固定した場合であっても、光ファイバの心線対照を実現することを目的とする。適用可能な光ファイバの種類は、ステップインデックス型光ファイバ、グレーデッドインデックス型光ファイバ、高Δ光ファイバ、ホールアシスト光ファイバ、フォトニッククリスタル光ファイバ、フォトニックバンドギャップ光ファイバ、マルチコア光ファイバ等のあらゆる光ファイバである。また、対照に用いる光源波長における上記のファイバのモード数についても、制限はなく、導波されるモードが少なくとも一つ存在すれば良い。

上記目的を達成するため本発明に係る心線対照システムは、光ファイバもしくは光ファイバコードと、前記光ファイバもしくは光ファイバコードに光を入力する光入力部と、前記光ファイバもしくは光ファイバコードを固定する固定部と、固定部位置において前記光ファイバもしくは光ファイバコードからレイリー散乱によって外部へ放射された光を受光する受光部と、を備えることを特徴とする。

また前記固定部が、前記光ファイバもしくは光ファイバコード内を伝搬する前記光に対して、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように前記光ファイバもしくは光ファイバコードを固定することを特徴とする。

また光入力部が波長４００〜１１００ｎｍの光であることを特徴とする。図６に一定パワーの対照光を入力し伝送距離１ｋｍで受光した場合の受光パワーと受光可能な距離（最低受光感度は全波長で等しいと仮定）について、対照光の波長に対してプロットしたものを示す。

受光パワーはレイリー散乱強度を反映しており、波長の４乗に反比例して増加している。
心線対照が想定される伝送距離は一例として２〜１０ｋｍであり、この範囲で考慮すると対照光の波長範囲は４００〜１１００ｎｍに設定するのが望ましい。

また本発明は、前記受光部において、前記光ファイバもしくは光ファイバコードから外部へ放射されたレイリー散乱光を集光する集光部が組み込まれていることを特徴とする。

本発明に係る心線対照方法は、光ファイバもしくは光ファイバコードを固定した状態で、前記光ファイバもしくは光ファイバコードに光を入力する光入力手順と、固定部位置において、前記光ファイバもしくは光ファイバコードからレイリー散乱によって外部へ放射された光を受光する受光手順と、を順に有する。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明の心線対照システムは、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように光ファイバもしくは光ファイバコードを固定した場合であっても、光ファイバの心線対照を実現することができる。本発明の心線対照システムは、光ファイバもしくは光ファイバコードを湾曲させずとも光ファイバ心線の対照が可能であるため、作業時に誤って光ファイバもしくは光ファイバコードを破損するリスクを大幅に低減可能である。また低曲げ損失の光ファイバもしくは光ファイバコードであっても、対照光を受光することが可能である。また、曲げ付与用のツールが不要となり、将来、導入が予想されるマルチコア光ファイバや数モード光ファイバの心線対照も可能である。

通信設備ビル内の光コードの心線対照例である。 屋外ケーブルの心線対照例である。 本発明の実施形態に係る光ファイバの心線対照システムの基本構成を示す図である。 各種光ファイバの曲げ損失の曲げ半径依存性の一例である。 対照光受光パワーの入力パワー依存性の一例である。 受光パワーの対照光波長依存性の一例である。 本発明の実施例に係る心線対照システムの具体例である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図３に本発明の第一の実施形態に係る光ファイバの心線対照システムの概略を示す。本システムは、光入力部８４、光ファイバもしくは光ファイバコード９０、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように前記光ファイバもしくは光ファイバコード９０を固定する固定部８３、光ファイバもしくは光ファイバコード９０からレイリー散乱によって外部へ放射された光を受光する受光部８２を備える。

光入力部８４は、光源８１からの対照光を光ファイバもしくは光ファイバコード９０へ入射する。対照光の波長は、任意であり、例えば、可視光又は近赤外光である。光源８１は、例えば、波長４００〜１１００ｎｍのレーザーダイオード、ＬＥＤ、アルゴンレーザー、Ｔｉサファイアレーザー、色素レーザ等を使用可能である。

光ファイバもしくは光ファイバコード９０は、図１及び図２に示す屋外ケーブルであってもよいし、通信設備ビル内の光ケーブルであってもよいし、ＩＤＭ−Ａ９３内の光コードであってもよい。光ファイバもしくは光ファイバコード９０の素線は、ステップインデックスファイバ、グレーデッドインデックスファイバ、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、ホールアシストファイバ（ＨＡＦ）、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）、マルチコアファイバ等が使用可能である。

固定部８３は、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように光ファイバもしくは光ファイバコード９０を固定する。ここで、固定部８３の固定する光ファイバもしくは光ファイバコード９０は、光ファイバコードであってもよいし、被覆を除去した光ファイバであってもよい。固定部８３はＶ溝もしくは矩形溝もしくは円形溝等の形状が考えられるが、これに限定されるものではなく、その部分に光ファイバもしくは光ファイバコード９０を固定できれば良い。

受光部８２は、光ファイバもしくは光ファイバコード９０内での光のレイリー散乱によって、光ファイバもしくは光ファイバコード９０の外部へ放射された光を受光する。受光部８２は、Ｓｉフォトダイオード、Ｇｅフォトダイオード、ＧａＰフォトダイオード等を使用した受光器を使用可能である。

心線対照の測定は、光源８１より可視光もしくは近赤外光を光ファイバもしくは光ファイバコード９０に入力し、光ファイバもしくは光ファイバコード９０を固定部８３で固定した位置で受光部８２により光ファイバもしくは光ファイバコード９０で発生したレイリー散乱光の光強度を測定することで、実施される。

具体的には、本実施形態に係る心線対照方法は、光入力手順と、受光手順と、を順に有する。
光入力手順では、光ファイバもしくは光ファイバコード９０に備わる光ファイバ内を伝搬する光に曲げ損失が発生しない状態で光ファイバもしくは光ファイバコード９０を固定した状態で、光ファイバもしくは光ファイバコード９０に予め定められた波長を有する光を入力する。
受光手順では、受光部８２が、固定位置において光ファイバもしくは光ファイバコード９０で散乱し外部へ放射された光を受光する。

また固定部８３における曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態について説明する。図４に各種光ファイバの波長１６５０ｎｍにおける曲げ損失の曲げ半径依存性を示す。使用した光ファイバは、一般的なステップインデックス型のシングルモード光ファイバ（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２準拠）、シングルモードホールアシスト光ファイバ（ＨＡＦ）、低曲げ損失のＨＡＦの３種類である。最も曲げ損失が大きいシングルモード光ファイバであっても、曲げ半径１５ｍｍ以上で曲げ損失がほぼゼロであり、これ以上の大きい曲げ半径では曲げによる漏洩光は発生しないため、光ファイバもしくは光ファイバコードの側面より観測される光は主にレイリー散乱光として扱うことができる。

また本実施形態の光ファイバもしくは光ファイバコード９０における、「曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態」とは、目安として６０ｍｍ以上の曲げ半径を指しており、本実施形態では、この状態でレイリー散乱によって、ファイバ被覆外に散乱・漏洩された光を測定するものである。

次に各波長の対照光について伝搬距離特性を示し、各波長の対照光の適用範囲について示す。図５に各波長の対照光を所定の入力パワーで入力し、受光部８２で受光した光パワーを示す。１２５μｍφのシングルモードファイバを内包した外径１．１ｍｍの光ファイバコードを光ファイバもしくは光ファイバコード９０として使用し、２０ｍの位置で受光した結果である。いずれの波長の対照光も入力パワーの変化に対する受光パワーの変化は線形的であり、波長５３２ｎｍ，６５５ｎｍで最も高い受光パワーが得られている。

図６に各伝搬距離（１ｍ，２０ｍ，２ｋｍ，１０ｋｍ）における受光パワーの対照光波長依存性（入力対照光パワー：０ｄＢｍ）を示す。１ｍ程度の短距離で受光する場合、短波長の方がレイリー散乱光が大きいため、必然的に受光パワーも大きい。しかし距離が長くなるに従い、短波長の光は高いレイリー散乱により急激に減衰するため、２ｋｍを越えると受光パワー限界値の―７０ｄＢｍ（一例）より下回る場合がある。一方、長波長帯はレイリー散乱が小さいため、距離が短くても受光パワーは小さいが、距離が長くしても受光パワー減衰は微小である。従って短距離（２ｋｍ以下）の用途であれば、波長４００〜１１００ｎｍで受光可能であるが、中距離（１０ｋｍ以下）であれば波長８００〜１１００ｎｍの対照光を使用するのが望ましい。本例ではシングルモードファイバを使用したが、多モードの光ファイバにおいても同様の傾向が得られ、適用可能である。

図７に具体的な実施例を示す。図７｛ａ｝は、第１の実施例である。第１の実施例は、光源８１に波長：４００ｎｍの可視光源（半導体ＬＤ，入力パワー：７ｄＢｍ）を用い、光ファイバもしくは光ファイバコード９０にＨＡＦ（１ｋｍ）を用い、固定部８３に直線状のＶ溝固定具を用い、受光部８２にＳｉフォトダイオードを使用した場合の結果を示す。この構成では結合損失（フォトダイオードで測定したレイリー散乱光の光パワーと光ファイバへの入力光パワーの比）：６５ｄＢと十分受光可能な光パワーレベルを観測した。

図７｛ｂ｝は、第２の実施例である。第２の実施例は、光源８１に波長：６３２ｎｍの可視光源（Ｈｅ−Ｎｅレーザ、入力パワー：３ｄＢｍ）を用い、光ファイバもしくは光ファイバコード９０にシングルモードファイバ（３ｋｍ，光ファイバコード）を用い、固定部８３に半径：２００ｍｍの矩形溝固定具を用い、受光部８２にＳｉフォトダイオードを使用した場合の結果を示す。この構成では結合損失：５７ｄＢと十分受光可能な光パワーレベルを観測した。

図７｛ｃ｝は、第３の実施例である。第３の実施例は、光源８１に波長：１１００ｎｍの近赤外光源（半導体ＬＤ，入力パワー：０ｄＢｍ）を用い、光ファイバもしくは光ファイバコード９０にフォトニック結晶光ファイバ（５ｋｍ，光ファイバコード）を用い、固定部８３に半径：１８０ｍｍの円形溝固定具を用い、受光部８２にＧｅフォトダイオードを用い、固定部８３とＧｅフォトダイオードの間に設置された集光レンズ８５より構成される。この構成では結合損失：４８ｄＢと十分受光可能な光パワーレベルを観測した。

また光入力部８４の波長帯として可視光・近赤外光波長域（４００〜１１００ｎｍ）を選択した理由は、
（１）２〜１０ｋｍ程度、対照光として伝送可能でありながら、（２）通信波長帯（１３００〜１６５０ｎｍ）よりも高いレイリー散乱強度を得られる点、（３）散乱光であるため、曲げ損失によって発生する漏洩光とは異なり、受光パワーが光ファイバの構造に大きく影響されない点、である。
（２）の理由は、レイリー散乱が波長の−４乗に比例する、つまり短波長の光ほどレイリー散乱光の強度が増大するためである。ただし、レイリー散乱は損失の主要因でもあるため、（１）と（２）はトレードオフの関係となり、短波長を使用するほど、対照光として適用可能な伝送距離は短くなる。しかし、心線対照の適用距離は一般的には１０ｋｍ程度で十分である。

さらに、（１）と（２）の関係は、理論上、定量的に記述できるので、適用距離や被覆の吸収損失特性などに応じて、最適な使用波長帯を選定することが可能である。また（３）の利点は、異なる構造の光ファイバもしくは光ファイバコードであっても、必要な装置の構成を変更する必要がないことである。
これは、曲げを用いていた従来の手法では、図４に示したようにファイバ種別ごとに最適な曲げ条件を考慮する必要があったことに比べると、大きな利点である。また光入力部から出力光を変調し、それに対応した受光部を用意することでＳ／Ｎ比の改善が可能ある。

図７｛ａ｝において１ｋＨｚの変調信号を使用した場合２０ｄＢ程度の受光感度の改善が見られ、特に外光の影響が大きい場合に有効である。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

８１：光源
８２：受光部
８３：固定部
８４：光入力部
８５：集光レンズ
９０：光ファイバもしくは光ファイバコード
９１：ＯＮＵ
９２：ＯＬＴ
９３：光配線架

Claims (4)

1. 光ファイバもしくは光ファイバコードと、
   前記光ファイバもしくは光ファイバコードに波長８００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光を入力する光入力部と、
   前記光ファイバもしくは光ファイバコード内を伝搬する前記光に対して、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように前記光ファイバもしくは光ファイバコードを固定する固定部と、
   前記固定部の位置において、前記光ファイバもしくは光ファイバコードからレイリー散乱によって外部へ放射された光を受光する受光部と、
   を備える光ファイバの心線対照システム。
2. 前記受光部において、前記光ファイバもしくは光ファイバコードから外部へ放射されたレイリー散乱光を集光する集光部が組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの心線対照システム。
3. 前記光入力部より出力される光が変調されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバの心線対照システム。
4. 光ファイバもしくは光ファイバコードを、該光ファイバもしくは光ファイバコード内を伝搬する光に対して、曲げ損失を発生しない程度に曲げた状態もしくは直線状態になるように固定した状態で、前記光ファイバもしくは光ファイバコードに波長８００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光を入力する光入力手順と、
   前記固定した位置において、前記光ファイバもしくは光ファイバコードからレイリー散乱によって外部へ放射された光を受光する受光手順と、
   を順に行う心線対照方法。

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