JP7416291B2

JP7416291B2 - 光伝送装置

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Publication number: JP7416291B2
Application number: JP2023000262A
Authority: JP
Inventors: 祥一朗小田; 節生吉田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2019-02-13
Filing date: 2023-01-04
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2039-02-13
Also published as: US20200259562A1; JP2020134161A; US11050484B2; JP2023055698A; JP7259383B2

Description

本発明は、光伝送装置に関する。

例えば、長距離光ファイバの光伝送システムでは、周波数利用効率を改善するため、偏波多重光信号が一般的に用いられる。偏波多重光信号は、デジタルコヒーレント受信器内の偏波多重分離回路によって偏波多重分離されることになるが、その実力値以上の速度の偏波回転が光ファイバの伝送路中で生じるような偏波状態の変動が発生する。偏波状態の変動が発生した場合、偏波多重分離に失敗し、エラーが生じる。

そこで、信頼性の高い光伝送システムを運用する上では、システム稼働前や稼働中に偏波状態の変動を測定できることが重要となる。そこで、光伝送システムでは、ＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometers）を用いて偏波状態の変動を観測する。その結果、光ファイバの伝送路上の偏波状態の変動の発生箇所を把握することで、偏波状態の変動の原因を特定し、対策を講じることができる。

特開２００４－２１２３２５号公報特開２０１８－４８９１７号公報

しかしながら、従来の光伝送装置では、偏波状態の変動の発生箇所を把握できるものの、光ファイバの伝送路上の偏波状態の変動の発生箇所を高精度に推定するのは困難である。

一つの側面では、光ファイバ上の偏波状態の変動の発生箇所を高精度に推定できる光伝送装置を提供することを目的とする。

一つの案の光伝送装置は、光源と、取得部と、推定部とを有する。光源は、識別可能に異なる信号光を光ファイバに順次出力する。取得部は、前記信号光毎に当該信号光に対する前記光ファイバでの散乱光から前記信号光毎の時間対応の偏波状態を取得する。推定部は、取得された前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態を、前記光ファイバでの前記散乱光の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所として推定する。更に、推定部は、推定された前記偏波変動箇所、前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態及び前記距離対応の偏波状態に基づき、前記偏波状態の変動の発生前の時刻の距離対応の偏波状態と、前記偏波状態の変動の発生時の時刻の距離対応の偏波状態との差分を取得し、当該差分に基づき、前記偏波状態が変動する偏波変動速度及び偏波変動角度を推定する。

開示の態様では、光ファイバの伝送路上の偏波状態の変動の発生箇所を高精度に推定できる。

図１は、実施例１の光伝送システムの一例を示す説明図である。図２は、光伝送装置の一例を示すブロック図である。図３は、波長光源の各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。図４は、推定部の一例を示すブロック図である。図５は、反射光の信号強度、時間対応の偏波状態及び距離対応の偏波状態の変換推移の一例を示す説明図である。図６は、偏波変動箇所を推定する際の処理の一例を示す説明図である。図７は、偏波変動箇所を推定する際の距離対応の偏波状態の一例を示す説明図である。図８は、第１の推定処理に関わる光伝送装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。図９は、実施例２の光伝送装置内の偏波変動推定部の一例を示すブロック図である。図１０は、第１のＦＦＴ及び判定部の処理の一例を示す説明図である。図１１は、区間分割部、第２のＦＦＴ及び発生箇所推定部の処理の一例を示す説明図である。図１２は、第２の推定処理に関わる光伝送装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。図１３は、偏波変動時間幅を推定する際の処理の一例を示す説明図である。図１４は、偏波変動速度及び角度を推定する際の処理の一例を示す説明図である。図１５は、サーキュレータの代替例の一例を示す説明図である。図１６は、波長光源の代替例（波長掃引型光源）の一例を示す説明図である。図１７は、波長掃引型光源の各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。図１８は、実施例３の光伝送装置の一例を示すブロック図である。図１９は、実施例３の波長光源の各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。図２０は、実施例３の光伝送装置の代替例の一例を示すブロック図である。図２１は、実施例３の光伝送装置の代替例の一例を示すブロック図である。図２２は、実施例４の光伝送装置の一例を示すブロック図である。図２３は、実施例４の波長光源の各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。図２４は、実施例４の偏波変動箇所を特定する際の処理の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本願の開示する光伝送装置の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜組み合わせても良い。

図１は、実施例１の光伝送システム１の一例を示す説明図である。図１に示す光伝送システム１は、光伝送装置２（２Ａ）と、光伝送装置２Ａと接続し、光伝送装置２Ａとの間で信号光を伝送する光ファイバ３とを有する。光伝送装置２Ａは、信号光を送受信する送受信器である。光ファイバ３内の伝送路上のある地点では、振動等で光ファイバ３に応力やねじれ等が生じ、光ファイバ３を伝搬する光の偏波状態が変動する。光伝送装置２Ａ内のＯＴＤＲでは、光ファイバ３の片端から信号光を光ファイバ３に入射し、信号光に対するレーリー散乱光等の反射光から偏波状態を観測することで、光ファイバ３の伝送路中の偏波状態の変動が生じた偏波変動箇所を推定する。

光伝送装置２Ａは、波長光源１１と、サーキュレータ１２と、取得部１３と、推定部１４とを有する。波長光源１１は、識別可能に異なる波長の信号光を生成し、異なる波長の信号光をサーキュレータ１２に順次出力する。サーキュレータ１２は、波長光源１１からの信号光を光ファイバ３に順次出力し、光ファイバ３から信号光に対するレーリー散乱光を含む反射光を取得部１３に出力する。

取得部１３は、サーキュレータ１２経由で光ファイバ３から信号光に対するレーリー散乱光を含む反射光を受光する。取得部１３は、受光された反射光から信号光毎の時間対応の偏波状態を取得する。尚、時間対応の偏波状態は、時間軸で偏波状態の変動が識別できる。推定部１４は、取得部１３にて取得された信号光毎の時間対応の偏波状態を、光ファイバ３内の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換する。尚、距離対応の偏波状態とは、光ファイバ３の長手方向の距離、すなわち信号光の伝送方向の距離軸で偏波状態の変動を識別できる。更に、推定部１４は、変換後の波長毎の距離対応の偏波状態から偏波変動が生じた偏波変動箇所を推定する。尚、偏波変動箇所とは、光ファイバ３上の振動等で偏波状態の変動が発生した地点である。

図２は、光伝送装置２Ａの一例を示すブロック図である。図２に示す波長光源１１は、複数の光源２１と、複数の変調部２２と、生成部２３と、光波長合波部２４とを有する。各光源２１は、他の光源２１と異なる波長の信号光を生成する。例えば、波長λ０の光源２１は、λ０の信号光を生成し、波長λｎの光源２１は、λｎの信号光を生成する。変調部２２は、光源２１毎に備え、当該光源２１からの信号光を駆動信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ等の強度変調し、ＯＮ時に信号光を光波長合波部２４に出力する。尚、変調部２２は、例えば、LN(LiNbO3)変調器、EA(Electro-absorption)変調器やSOA(Semiconductor optical amplifier)等である。生成部２３は、各変調部２２を駆動制御する駆動信号を生成する。

図３は、波長光源１１の各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。生成部２３は、複数の光源２１の内、１台の光源２１からの信号光を光波長合波部２４に出力するための駆動信号を生成する。生成部２３は、波長λ０→λ１→λ２→…→λｎ→λ０→λ１→λ２→…の順に各波長の信号光を光波長合波部２４に１波長単位で出力すべく、駆動信号を順次生成する。つまり、光波長合波部２４は、異なる波長の光パルス（信号光）を時間軸上で隙間なく順次に連続出力する。各変調部２２は、駆動信号ＯＮの場合、信号光の光波長合波部２４への出力をＯＮ、駆動信号ＯＦＦの場合、信号光の光波長合波部２４への出力をＯＦＦにする。光波長合波部２４は、駆動信号ＯＮに応じて変調部２２からの信号光を入力し、入力した信号光をサーキュレータ１２に出力する。

取得部１３は、光波長分波部３１と、複数の偏波分析部３２とを有する。光波長分波部３１は、サーキュレータ１２から信号光に対する光ファイバ３上の反射光を各偏波分析部３２に出力する、例えば、ＡＷＧ（Array Waveguide Grating）等である。偏波分析部３２は、信号光の波長毎に備えた、ポラリメータ（偏光計）である。偏波分析部３２は、任意の波長の反射光の信号強度から時間対応の偏波状態を取得する。偏波分析部３２は、反射光の偏波状態を取得するため、光ファイバ３の片端のみに機器を配置することで瞬時偏波変動を観測する。その結果、両端に作業者を派遣して測定機器を配置する技術に比べて、低コスト化を実現できる。

図４は、推定部１４の一例を示すブロック図である。推定部１４は、距離変換部４１と、偏波変動推定部４２とを有する。距離変換部４１は、各偏波分析部３２からの波長毎の時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換する。距離変換部４１は、ファイバ長手方向の距離ｚ［ｍ］、ファイバ屈折率ｃ、受信時刻Ｔ［秒］に基づき、ｃＴ／２ｎで距離ｚを算出する。偏波変動推定部４２は、波長毎の距離対応の偏波状態から偏波変動の発生した偏波変動箇所を推定する。

図５は、反射光の信号強度、時間対応の偏波状態及び距離対応の偏波状態の変換推移の一例を示す説明図である。尚、説明の便宜上、波長λ０、λ１及びλｎの反射光のみを例示する。取得部１３は、図５の（Ａ）に示すように波長毎の反射光を信号強度に変換する。取得部１３は、図５の（Ｂ）に示すように各反射光の信号強度を時間対応の偏波状態に変換する。推定部１４は、時間対応の偏波状態を、図５の（Ｃ）に示すように距離対応の偏波状態に変換する。

図６及び図７は、偏波変動箇所を推定する際の処理の一例を示す説明図である。偏波変動箇所を推定する方法としては、例えば、時刻ｔ＝０に波長λ０の信号光を光ファイバ３に入射、時刻ｔ＝ｔ１に波長λ１の信号光を光ファイバ３に入射、以降、時刻ｔ＝ｔ２、ｔ３、ｔ４に異なる波長の信号光を光ファイバ３に入射する。更に、各波長の信号光のレーリー散乱光を含む反射光を受信し、偏波変動が地点ｚ２、時刻ｔ３～ｔ５の間に発生したと仮定する。

波長λ０の信号光では、地点ｚ２の通過時には偏波変動が発生していなかった。しかし、地点ｚ２から地点ｚ３に至るまでの間で発生した反射光では偏波変動が生じている。次に波長λ１及びλ２の信号光では、信号光の地点ｚ２通過時に偏波変動が発生していた。また、反射光も偏波変動の影響を受けている。波長λ３の信号光では、地点ｚ２通過時には偏波変動が発生していたが、反射光は偏波変動の影響を受けていない。最後に波長λ４の信号光は、まったく偏波変動を検出していない。この結果、図７に示す距離対応の偏波状態として例示する。推定部１４は、図７に示す波長λ０～λ４の距離対応の偏波状態から地点ｚ２を偏波変動箇所として推定できる。

次に実施例１の光伝送システム１の動作について説明する。図８は、第１の推定処理に関わる光伝送装置２Ａの処理動作の一例を示すフローチャートである。図８において光伝送装置２Ａ内の波長光源１１は、複数の波長の信号光を光ファイバ３に１波長づつ順次入力する（ステップＳ１１）。光伝送装置２Ａ内の取得部１３は、波長毎の信号光に対する光ファイバ３上の反射光の時間対応の偏波状態を取得する（ステップＳ１２）。取得部１３は、波長毎の時間対応の偏波状態を取得する。光伝送装置２Ａ内の推定部１４は、波長毎に時間対応の偏波状態から距離対応の偏波状態に変換する（ステップＳ１３）。推定部１４は、各波長の距離対応の偏波状態から最も近い距離で検出された地点を偏波変動箇所として推定し（ステップＳ１４）、図８に示す処理動作を終了する。

第１の推定処理を実行する光伝送装置２Ａは、複数の波長の信号光を光ファイバ３に連続して順次入力し、信号光に対する反射光（散乱光）を時間対応の偏波状態に変換する。光伝送装置２Ａは、各波長の時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点、すなわち最も近い距離の地点を偏波変動箇所として推定する。その結果、偏波変動箇所を高精度に推定できる。

実施例１の光伝送装置２Ａでは、各信号光の反射光（散乱光）から距離対応の偏波状態からもっと近い距離で検出された偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所と推定する。つまり、単一の信号光ではなく、複数の波長の信号光の距離対応の偏波状態から偏波変動箇所を推定することになるため、偏波変動箇所の推定精度が向上できる。

光伝送装置２Ａでは、光ファイバ２の伝送路両端に測定機器を配置する必要はなく、光ファイバ３の片端のみに測定機器（取得部１３及び推定部１４）を配置することで偏波変動を測定できる。その結果、両端に作業者を派遣して測定機器を配置する場合に比較して低コスト化が実現できる。

また、光伝送装置２Ａでは、例えば、マイクロ(数百ナノ)秒程度の光パルス幅、ミリ秒～秒オーダーのパルス間隔(測定条件に依存)の光パルス列を信号光として用いる場合でも、短時間に発生する偏波変動を高精度に推定できる。

尚、実施例１の偏波変動推定部４２は、距離変換部４１にて変換された各波長の反射光の距離対応の偏波状態から偏波変動箇所を推定する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、その実施の形態につき、実施例２として以下に説明する。

図９は、実施例２の光伝送装置２Ａ内の偏波変動推定部４２の一例を示す説明図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

偏波変動推定部４２は、第１のＦＦＴ（Fast Fourier Transform）５１と、判定部５２と、区間分割部５３と、第２のＦＦＴ５４と、発生箇所推定部５５とを有する。第１のＦＦＴ５１は、距離対応の偏波状態を周波数シフト分の周波数スペクトル形状に変換する。判定部５２は、周波数スペクトル形状内に変化があるか否かを判定する。区間分割部５３は、周波数スペクトル形状に変化がある場合、距離対応の偏波状態を複数の区間に分割する。尚、各区間は所定の時間幅である。第２のＦＦＴ５４は、区間毎の距離対応の偏波状態を周波数スペクトル形状に変換する。発生箇所推定部５５は、区間毎の周波数スペクトル形状から偏波変動箇所を推定する。

図１０は、第１のＦＦＴ５１及び判定部５２の処理動作の一例を示す説明図である。第１のＦＦＴ５１は、図１０の（Ａ）に示す距離対応の偏波状態を図１０の（Ｂ）に示す周波数スペクトル形状に変換する。判定部５２は、現在の周波数スペクトル形状（例えば偏波変動あり）と、偏波変動無しの正常時の周波数スペクトル形状とを比較し、現在の周波数スペクトル形状に変化があるか否かを判定する。

図１１は、区間分割部５３、第２のＦＦＴ５４及び発生箇所推定部５５の処理動作の一例を示す説明図である。区間分割部５３は、現在の周波数スペクトル形状に変化がある場合、図１１の（Ａ）に示すように距離対応の偏波状態を４個の区間Ａ～Ｃに分割する。更に、第２のＦＦＴ５４は、図１１の（Ａ）に示す区間毎の距離対応の偏波状態を図１１の（Ｂ）に示す周波数スペクトル形状に変換する。発生箇所推定部５５は、区間毎の周波数スペクトル同士を比較し、比較結果に基づき、周波数スペクトルが変化した区間を偏波変動箇所と推定する。

図１２は、第２の推定処理に関わる光伝送装置２Ａの処理動作の一例を示すフローチャートである。図１２において光伝送装置２Ａ内の波長光源１１は、複数の異なる波長の信号光を光ファイバ３に順次入力する（ステップＳ２１）。取得部１３は、波長毎の信号光に対する光ファイバ３上の反射光の時間対応の偏波状態を取得する（ステップＳ２２）。推定部１４は、波長毎に時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換する（ステップＳ２３）。推定部１４内の第１のＦＦＴ５１は、波長毎の距離対応の偏波状態を周波数スペクトル形状にフーリエ変換する（ステップＳ２４）。

推定部１４内の判定部５２は、周波数スペクトル形状に変化があるか否かを判定する（ステップＳ２５）。推定部１４内の区間分割部５３は、周波数スペクトル形状に変化がある場合（ステップＳ２５肯定）、各波長の距離対応の偏波状態を複数の区間に分割する（ステップＳ２６）。推定部１４内の第２のＦＦＴ５４は、区間毎の距離対応の偏波状態を周波数スペクトル形状にフーリエ変換する（ステップＳ２７）。推定部１４内の発生箇所推定部５５は、フーリエ変換後の周波数スペクトル形状に偏波変動があるか否かを判定する（ステップＳ２８）。

発生箇所推定部５５は、フーリエ変換後の周波数スペクトル形状に偏波変動がある場合（ステップＳ２８肯定）、最も近い距離で検出された地点を偏波変動箇所と推定し（ステップＳ２９）、図１２に示す処理動作を終了する。判定部５２は、周波数スペクトル形状に変化がない場合（ステップＳ２５否定）、信号光を光ファイバ３に順次入力すべく、ステップＳ２１に移行する。発生箇所推定部５５は、周波数スペクトル形状に偏波変動がない場合（ステップＳ２８否定）、ステップＳ２１に移行する。

尚、推定部１４は、計算リソースに余裕がある場合は、判定部５２の判定処理を実行することなく、ステップＳ２６以降の偏波変動箇所を推定する処理を実行しても良く、適宜変更可能である。その結果、雑音量が多く、偏波状態による偏波変動の検出が困難な場合でも、周波数軸上で分析することにより精度よく偏波変動を検出できる。

第２の推定処理を実行する光伝送装置２Ａは、波長毎の距離対応の偏波状態を周波数スペクトル形状にフーリエ変換し、周波数スペクトル形状に変化があるか否かを判定する。光伝送装置２Ａは、周波数スペクトル形状に変化がある場合、各波長の距離対応の偏波状態を複数の区間に分割し、区間毎の距離対応の偏波状態を周波数スペクトル形状にフーリエ変換する。光伝送装置２Ａは、フーリエ変換後の周波数スペクトル形状に偏波変動がある場合、最も近い距離で検出された地点を偏波変動箇所と推定する。その結果、偏波変動箇所を高精度に推定できる。更に、雑音量が多く、偏波状態による偏波変動の検出が困難な場合に、周波数軸上で分析することでより精度よく偏波変動を検出できる。

尚、実施例１及び２の光伝送装置２Ａ内の推定部１４では、距離対応の偏波状態から偏波変動箇所を推定する場合を例示したが、偏波変動箇所に限定されるものではなく、例えば、偏波変動時間幅や偏波変動速度及び角度を推定しても良い。

図１３は、偏波変動発生時間幅を推定する際の処理の一例を示す説明図である。推定部１４は、推定された偏波変動箇所と、波長毎の距離対応の偏波状態と、波長毎の時間対応の偏波状態とで偏波変動時間幅を推定する。図１３の例では、時刻ｔ１に送信した波長λ１の信号光が地点ｚ２に到達した時点から偏波状態の変動が発生し、時刻ｔ３に送信した波長λ３の信号光が往路で地点ｚ２に達するまで偏波状態の変動が発生している。この時、偏波変動時間幅はｔ３－ｔ２となる。また偏波変動発生時刻は、時刻ｔ１に地点ｚ２までの伝搬時間(＝ｚ２／（ｃ/ｎ）)を加算した時刻となる。推定部１４は、偏波変動箇所だけでなく、偏波変動時間幅を推定し、偏波変動時間幅を利用者に通知する。その結果、偏波変動時間幅を知ることで、偏波変動を発生させている原因の特定と、偏波変動箇所の推定結果の確認(ダブルチェック)ができる。

図１４は、偏波変動速度及び角度を推定する際の処理の一例を示す説明図である。推定部１４は、推定された偏波変動箇所と、波長毎の時間対応及び距離対応の偏波状態とに基づき、図１４の（Ａ）に示す偏波変動の発生前の時刻の距離対応の偏波状態と、図１４の（Ｂ）に示す偏波変動の発生時の時刻の距離対応の偏波状態との差分を取得する。推定部１４は、当該差分に基づき、偏波状態が変動する偏波変動速度及び偏波変動角度を推定する。推定部１４は、偏波変動箇所だけでなく、偏波変動角度及び速度を利用者に通知する。散乱光の偏波状態は、光ファイバ３中の伝搬とともに回転する。偏波変動発生する前と発生時において、その状態が同じであれば、精度よく速度、角度を見積もることができる。一方で、もし状態が変わってしまった場合、精度が劣化するという制約がある。その結果、偏波変動を発生させている原因の特定とその対策を検討する上で有用である。

また、実施例１及び２の波長光源１１内の変調部２２は無くても良く、光源２１の出力を直接ＯＮ／ＯＦＦする構成にしても良い。

また、実施例１及び２の光伝送装置２Ａは、サーキュレータ１２で光ファイバ３からの反射光を推定部１４に入射する場合を例示した。しかしながら、サーキュレータ１２に限定されるものではなく、図１５に示すようにしても良い。図１５は、サーキュレータ１２の代替例の一例を示す説明図である。

図１５に示すように波長光源１１と光ファイバ３との間にアイソレータ６１と光分波器６２とを配置する。光分波器６２は、光ファイバ３からの反射光を取得部１３に光分波する。更に、アイソレータ６１は、光分波器６２からの反射光の波長光源１１への入射を防止する。取得部１３は、サーキュレータ１２を使用しなくても、光分波器６２経由で反射光を入射する。

また、実施例１及び２の光伝送装置２Ａでは、異なる波長の信号光を発光する複数の光源２１を備えた波長光源１１を例示したが、これに限定されるものではなく、複数の波長の信号光を掃引可能にする波長掃引型光源１１Ａを使用しても良い。

図１６は、波長光源１１の代替例（波長掃引型光源１１Ａ）の一例を示す説明図、図１７は、波長掃引型光源１１Ａの各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。波長掃引型光源１１Ａは、例えば、図１７に示すように所定区間毎に波長掃引を繰り返して信号光を出力する。波長掃引型光源１１Ａは、所定区間毎に波長λ０からλｎを掃引しながら出力し、所定区間に到達すると次の所定区間で波長λ０からλｎを掃引しながら繰り返し出力する。

図１８は、実施例３の光伝送装置２Ｂの一例を示すブロック図である。尚、実施例１の光伝送システム１と同一の構成には同一符号を付すことで、その重複する構成及び動作の説明については省略する。

図１８に示す光伝送装置２Ｂ（２）は、波長光源１１Ｂと、サーキュレータ１２と、デジタル信号処理回路７０とを有する。波長光源１１Ｂは、異なる波長の信号光をサーキュレータ１２経由で光ファイバ３に出力する。サーキュレータ１２は、異なる波長の信号光を光ファイバ３に出力すると共に、光ファイバ３からの信号光に対する反射光をデジタル信号処理回路７０に出力する。

波長光源１１Ｂは、デジタルコヒーレント送信器と兼用である。波長光源１１Ｂは、光源８１と、ＩＱ変調部８２と、光周波数シフト信号生成部８３と、光周波数シフト発生部８４と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）８５とを有する。光源８１は、単一波長の信号光を生成する。光周波数シフト信号生成部８３は、周波数シフト信号を生成する。光周波数シフト発生部８４は、（数式１）に示すように周波数シフト量を発生する。Ｅoutは、ＩＱ変調部８２の出力、Ｅinは、ＩＱ変調部８２の入力、ｅ（j２πΔｆｔ）は光周波数シフト量、Δｆは光周波数シフト量である。

ＤＡＣ８５は、周波数シフト量をアナログ変換する。ＩＱ変調部８２は、光源８１からの信号光を周波数シフト量に応じて光変調し、識別可能に異なる周波数シフト量の信号光を生成する。

デジタル信号処理回路７０は、デジタルコヒーレント受信器と兼用である。デジタル信号処理回路７０は、局発光源７１と、コヒーレントフロントエンド７２と、ＡＤＣ（アナログデジタル変換部）７３と、取得部１３Ｂと、推定部１４とを有する。局発光源７１は、ローカル光を生成する。コヒーレントフロントエンド７２は、ローカル光に応じてサーキュレータ１２経由の信号光に対する光ファイバ３上の反射光を受信する。ＡＤＣ７３は、反射光をデジタル変換し、デジタル変換後の反射光を取得部１３Ｂに出力する。

取得部１３Ｂは、ＦＦＴ３３と、複数の偏波分析部３２Ａとを有する。ＦＦＴ３３は、各波長成分（光周波数シフト光）の反射光に分離する。偏波分析部３２Ａは、各波長成分に分離後のＸ偏波及びＹ偏波の電界情報Ｅｘ及びＥｙで表現した場合、偏波状態を数値的に表すためにストークスパラメータを導入すると、（数式２）で偏波状態を取得できる。

図１９は、実施例３の波長光源１１Ｂの各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。波長光源１１Ｂ内のＩＱ変調部８２は、光源８１からの単一波長の信号光を周波数シフト量に応じて光変調し、光変調後の異なる周波数シフト量の信号光を順次出力する。

次に実施例３の光伝送装置２Ｂの動作について説明する。光伝送装置２Ｂ内の波長光源１１Ｂは、ＩＱ変調部８２で光変調し、光変調後の複数の異なる周波数シフト量の信号光を光ファイバ３に順次入力する。

コヒーレントフロントエンド７２は、サーキュレータ１２からの受信光（反射光）をＸ偏波成分及びＹ偏波成分に分離する。尚、Ｘ偏波成分は水平偏波成分、Ｙ偏波成分は垂直偏波成分である。コヒーレントフロントエンド７２は、反射光のＸ偏波成分にローカル光を干渉させてＩ成分及びＱ成分を取得すると共に、反射光のＹ偏波成分にローカル光を干渉させてＩ成分及びＱ成分を取得する。尚、Ｉ成分は同相軸成分、Ｑ成分は直交軸成分である。

コヒーレントフロントエンド７２は、反射光のＸ偏波成分のＩ成分をＡＤＣ７３Ａに出力すると共に、反射光のＸ偏波成分のＱ成分をＡＤＣ７３Ｂに出力する。更に、コヒーレントフロントエンド７２は、反射光のＹ偏波成分のＩ成分をＡＤＣ７３Ｃに出力すると共に、反射光のＹ偏波成分のＱ成分をＡＤＣ７３Ｄに出力する。ＡＤＣ７３Ａは、反射光のＸ偏波成分のＩ成分をデジタル変換してＦＦＴ３３に出力する。ＡＤＣ７３Ｂは、反射光のＸ偏波成分のＱ成分をデジタル変換してＦＦＴ３３に出力する。更に、ＡＤＣ７３Ｃは、反射光のＹ偏波成分のＩ成分をデジタル変換してＦＦＴ３３に出力する。ＡＤＣ７３Ｄは、反射光のＹ偏波成分のＱ成分をデジタル変換してＦＦＴ３３に出力する。

ＦＦＴ３３は、デジタル変換されたＸ偏波成分内のＩ成分及びＱ成分と、Ｙ偏波成分内のＩ成分及びＱ成分とをフーリエ変換し、Ｘ偏波成分及びＹ偏波成分を反射光の復調信号に復調し、当該反射光に対応する偏波分析部３２Ａに当該復調信号を出力する。各偏波分析部３２Ａは、ＦＦＴ３３からの該当波長の反射光の復調信号から時間対応の偏波状態を取得する。推定部１４は、波長毎に時間対応の偏波状態から距離対応の偏波状態に変換する。推定部１４は、各波長の距離対応の偏波状態から最も近い距離で検出された地点を偏波変動箇所として推定する。

実施例３の光伝送装置２Ｂは、通常の長距離伝送向けのデジタルコヒーレント送受信器を兼用し、異なる波長の信号光に対する反射光を時間対応の偏波状態に取得する。光伝送装置２Ｂは、各波長の時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点、すなわち最も近い距離の地点を偏波変動箇所として推定する。その結果、部品コストを低減しながら、偏波変動箇所を高精度に推定できる。

尚、実施例３の光伝送装置２Ｂ内のデジタル信号処理回路７０は、局発光源７１からのローカル光をコヒーレントフロントエンド７２に入力する場合を例示した。しかしながら、ローカル光に限定されるものではなく、ローカル光の代わりに、光源８１からの信号光をローカル光としてコヒーレントフロントエンド７２に入力しても良く、適宜変更可能である。図２０は、実施例３の光伝送装置２Ｂの代替例の一例を示すブロック図である。

図２０に示すコヒーレントフロントエンド７２は、ローカル光の代わりに、光源８１からの信号光をローカル光としてコヒーレントフロントエンド７２に入力する。その結果、局発光源７１が不要になるため、送信信号を生成する光源８１と共用できる。

また、実施例３の光伝送装置２Ｂでは、波長光源１１Ｂから信号光をサーキュレータ１２に出力する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、図２１に示すようにしても良い。図２１は、実施例３の光伝送装置２Ｂの代替例の一例を示すブロック図である。図２１に示す光伝送装置２Ｂは、波長光源１１Ｂとサーキュレータ１２との間に、例えば、ＥＤＦＡやＳＯＡ等の光増幅器１２Ａを配置しても良い。光増幅器１２Ａは、波長光源１１Ｂからの信号光を光増幅し、光増幅後の信号光をサーキュレータ１２に出力する。その結果、受信感度が向上する。

尚、実施例の光伝送装置２Ｂは、偏波変動箇所を高精度に推定する場合を例示したが、周波数シフト量毎の時間対応の偏波状態及び距離対応の偏波状態に基づき、図１３及び図１４に示す偏波変動時間幅や偏波変動速度（角度）を推定しても良い。

実施例１の光伝送装置２Ａでは、異なる波長毎の反射光から距離対応の偏波状態を取得し、距離対応の偏波状態から偏波変動箇所を推定する場合を例示したが、これに限定されるものではなく、その実施の形態につき、実施例４として以下に説明する。

図２２は、実施例４の光伝送装置２Ｃの一例を示すブロック図である。図２２に示す光伝送装置２Ｃは、光符号多重分割技術を採用した伝送装置である。光伝送装置２Ｃ内の波長光源１１Ｃは、複数のパルス光源９１と、複数の光符号部９２と、光合波部９３とを有する。パルス光源９１は、単一波長の信号光を生成する。光符号部９２は、パルス光源９１からの信号光を異なる符号の信号光に符号化する。光合波部９３は、符号化された異なる符号の信号光を合波し、合波後の信号光をサーキュレータ１２に順次出力する。

図２３は、実施例４の波長光源１１Ｃの各信号光の出力タイミングの一例を示す説明図である。波長光源１１Ｃは、光符号多重分割技術を採用することにより、使用する波長光源１１Ｃの波長数を削減できる。互いに直交した光符号１～Ｎを準備しておく。パルス光源９１から出力された光パルスをそれぞれの光符号部９２に通過させ、異なる時間スロットに配置する。

取得部１３Ｃは、光分波部１０１と、複数の光復号部１０２と、複数の偏波分析部１０３とを有する。光分波部１０１は、サーキュレータ１２から信号光に対する光ファイバ３上の反射光を各光復号部１０２に光分岐する。各光復号部１０２は、光符号部９２の符号毎に備え、光分波部１０１からの複数の反射光から自分に割り当てられた符号の反射光を復号化する。偏波分析部１０３は、光符号部９２の符号毎に備え、光復号部１０２からの復号化した反射光を受信し、反射光から時間対応の偏波状態を取得する。光復号部１０２通過後の受信信号について見ると、光符号(OC)１が配置された時間スロットに信号は自己相関信号が得られて、高い強度の光信号が得られる。一方、他の符号が配置された時間スロットについては、相互相関となり、自己相関信号に対して影響を与えない、強度の低い信号のみ得られる。

図２４は、実施例４の偏波変動箇所を特定する際の処理の一例を示す説明図である。推定部１４は、各符号の時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波変動の発生箇所を推定する。

次に実施例４の光伝送装置２Ｃの動作について説明する。光伝送装置２Ｃ内の波長光源１１Ｃは、異なる符号の信号光を光ファイバ３に順次出力する。光伝送装置２Ｃ内の取得部１３Ｃ内の光分波部１０１は、サーキュレータ１２からの受信光を各光復号部１０２に分岐出力する。光復号部１０２は、自分に割り当てられた符号で受信光を復号し、受信光が復号できた場合、復号した受信光を偏波分析部１０３に出力する。

各偏波分析部１０３は、復号した受信光（反射光）の時間対応の偏波状態を取得し、符号毎の時間対応の偏波状態を推定部１４に出力する。推定部１４は、符号毎に時間対応の偏波状態から距離対応の偏波状態に変換する。推定部１４は、各符号の距離対応の偏波状態から最も近い距離で検出された地点を偏波変動箇所として推定する。

光伝送装置２Ｃは、異なる複数の符号の信号光を光ファイバ３に連続して入力し、信号光に対する反射光を時間対応の偏波状態に変換する。光伝送装置２Ｃは、各符号の時間対応の偏波状態を距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点、すなわち最も近い距離の地点を偏波変動箇所として推定する。その結果、光符号多重分割技術を採用した場合でも、偏波変動箇所を高精度に推定できる。

尚、実施例の光伝送装置２Ｃは、偏波変動箇所を高精度に推定する場合を例示したが、符号毎の時間対応の偏波状態及び距離対応の偏波状態に基づき、図１３及び図１４に示す偏波変動時間幅や偏波変動速度（角度）を推定しても良く、適宜変更可能である。

また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

更に、各装置で行われる各種処理機能は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）等のマイクロ・コンピュータ）上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、ＣＰＵ（又はＭＰＵ、ＭＣＵ等のマイクロ・コンピュータ）で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。

２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）光伝送装置
３光ファイバ
１１（１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ）波長光源
１３取得部
１４推定部
３２（３２Ａ，１０３）偏波分析部
４１距離変換部
４２偏波変動推定部
５１第１のＦＦＴ
５２判定部
５３区間分割部
５４第２のＦＦＴ
５５発生箇所推定部
９２光符号部
１０２光復号部

Claims

識別可能に異なる信号光を光ファイバに順次出力する光源と、
前記信号光毎に当該信号光に対する前記光ファイバでの散乱光から前記信号光毎の時間対応の偏波状態を取得する取得部と、
前記光ファイバの距離、前記光ファイバの屈折率、前記信号光の前記光ファイバへの出力から前記信号光に対する前記散乱光を受信するまでの受信時間に基づき、取得された前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態を、前記光ファイバでの前記散乱光の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所として推定すると共に、推定された前記偏波変動箇所、前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態及び前記距離対応の偏波状態に基づき、前記偏波状態の変動の発生前の時刻の距離対応の偏波状態と、前記偏波状態の変動の発生時の時刻の距離対応の偏波状態との差分を取得し、当該差分に基づき、前記偏波状態が変動する偏波変動速度及び偏波変動角度を推定する推定部と
を有することを特徴とする光伝送装置。
前記光源は、
単一波長の信号光を生成する単一光源と、
周波数シフト信号に応じて前記単一光源からの信号光を、識別可能に異なる周波数シフト量の信号光に変調する変調部と
を有し、
前記取得部は、
前記周波数シフト量毎に当該信号光の散乱光から前記時間対応の偏波状態を取得する、前記周波数シフト量毎に備えた複数の分析部を有することを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
前記光源は、
単一波長の信号光を生成する単一光源と、
前記単一光源からの信号光を異なる符号の信号光に符号化する、前記符号毎に備えた複数の符号部と、
前記符号化された異なる符号の信号光を前記光ファイバに順次出力する出力部と
を有し、
前記取得部は、
前記異なる符号の信号光を復号化する、前記符号毎に備えた複数の復号部と、
前記復号化された符号毎の信号光の散乱光から前記時間対応の偏波状態を取得する、前記符号毎に備えた複数の分析部と
を有することを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
識別可能に異なる信号光を光ファイバに順次出力する光源と、
前記信号光毎に当該信号光に対する前記光ファイバでの散乱光から前記信号光毎の時間対応の偏波状態を取得する取得部と、
前記光ファイバの距離、前記光ファイバの屈折率、前記信号光の前記光ファイバへの出力から前記信号光に対する前記散乱光を受信するまでの受信時間に基づき、取得された前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態を、前記光ファイバでの前記散乱光の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所として推定する推定部と、を有し、
前記光源は、
単一波長の信号光を生成する単一光源と、
周波数シフト信号に応じて前記単一光源からの信号光を、識別可能に異なる周波数シフト量の信号光に変調する変調部と
を有し、
前記取得部は、
前記周波数シフト量毎に当該信号光の散乱光から前記時間対応の偏波状態を取得する、前記周波数シフト量毎に備えた複数の分析部を有することを特徴とする光伝送装置。
識別可能に異なる信号光を光ファイバに順次出力する光源と、
前記信号光毎に当該信号光に対する前記光ファイバでの散乱光から前記信号光毎の時間対応の偏波状態を取得する取得部と、
前記光ファイバの距離、前記光ファイバの屈折率、前記信号光の前記光ファイバへの出力から前記信号光に対する前記散乱光を受信するまでの受信時間に基づき、取得された前記信号光毎の前記時間対応の偏波状態を、前記光ファイバでの前記散乱光の反射地点が識別可能な距離対応の偏波状態に変換し、変換後の距離対応の偏波状態から偏波状態が変動する地点を偏波変動箇所として推定する推定部と、を有し、
前記光源は、
単一波長の信号光を生成する単一光源と、
前記単一光源からの信号光を異なる符号の信号光に符号化する、前記符号毎に備えた複数の符号部と、
前記符号化された異なる符号の信号光を前記光ファイバに順次出力する出力部と、を有し、
前記取得部は、
前記異なる符号の信号光を復号化する、前記符号毎に備えた複数の復号部と、
前記復号化された符号毎の信号光の散乱光から前記時間対応の偏波状態を取得する、前記符号毎に備えた複数の分析部と、
を有することを特徴とする光伝送装置。