JPH06103857B2 - 光ファイバシステムの検知装置とその方法 - Google Patents

光ファイバシステムの検知装置とその方法

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JPH06103857B2
JPH06103857B2 JP1220514A JP22051489A JPH06103857B2 JP H06103857 B2 JPH06103857 B2 JP H06103857B2 JP 1220514 A JP1220514 A JP 1220514A JP 22051489 A JP22051489 A JP 22051489A JP H06103857 B2 JPH06103857 B2 JP H06103857B2
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optical
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバシステムの検知装置および検知方
法に関する。
［従来技術の説明］ 最近まで、光学伝送システムは盗聴等の侵入に対して安
全と信じられてきた。しかし、信号は、光ファイバから
傍受できると現在では分ってしまっている。侵入者は、
ケーブルシースの一部を除去して光ファイバを取出し、
光ファイバコアを通過する光を侵入者側に偏向させる。
そしてその量は、侵入者の機器のノイズに依存する。
現在、そのような侵入が発生しているか、またいつ発生
したかを検知すること（モニタシステム）が要求されて
いる。当業者にとって、そのような侵入は難しいことで
はない。またファイバ内の動作がモニタされているかぎ
り、侵入を検知する良い方法もある。
このようなモニタシステムは、軍隊のみならず市中銀行
などでも要求されている。銀行などのデータは機密度が
高い。連邦準備制度では、この為、データコードを用い
て通信ネットワークを暗号化している。この暗号化の際
の問題点は、このデータコードを解き明すキーにいかに
安全にアクセスするかである。音声の暗号化にはいくつ
かの問題がある。そのひとつは、一旦復号化されたメッ
セージの音声認識の維持である。また別のものは、各ユ
ーザに個々の暗号化装置を具備しなければならないこと
である。さらに、スパイ事件が表面化すると、暗号化は
そのような機密データ音声の保護には最適のものではな
いと思われる。
従来の技術では、コンジット（暗渠）にケーブルを付設
して、そこに電流を流すことである。より手の混んだ装
置は、ケーブルの小さな曲げによる電力を引き出す装置
である。このような装置のコストは、１リンク当り10万
円以上もする。
光ファイバは、光学時間領域反射計、または感応性光デ
ィテクタを使用して光ファイバロスをモニタして、傍受
を検出するのに使用される。従来のものでは、各光ファ
イバの光伝送をモニテすることである。光ファイバ伝送
システムが侵入されると、光信号は傍受され、光学力
（optical power）が光ファイバ線から引出される。送
電端で、検知器が光学力の変化を捜し、このような変化
が検知されると、アラームが発生する。この方法もやは
り高価である。
侵入を検知するのに、干渉検知技術が知られている。こ
の技術は、ファイバパス内を同一方向に伝搬する異なる
モード間の干渉（スペックルパターンと呼称される）を
利用するものである。しかし、シングルモードファイバ
システムでは、モニタ波長と呼称される付加波長（ファ
イバのマルチモード動作の波長範囲内にある）をファイ
バパス内に導入しなければならない。このモニタ波長
は、２以上のモードをファイバ内に発信する。モード間
の位相関係の変化を反映するスペックルパターンの変化
をモニタする。誰かが光ファイバに接触すると、このス
ペックルパターンは変化する。検知器は変換シングルモ
ードファイバの端部から離れて配置されている。この特
別の光ファイバに接触すると、スペックルパターンは検
知器のピックアップのゼロ位置から変化する。換言すれ
ば、検知器の位置は、感受性の程度を変化させる為に変
更せられる。
この構成では、ケーブル中の光ファイバとモニタ装置と
を接続する必要はないが、ある種の欠点はある。例え
ば、使用されるモニタ波長はマルチモードで作動する光
ファイバでは１つでなければならない。これは比較的短
い波長が使用されることを意味する。しかし周知のよう
に、光ファイバの損失は、レイリー散乱に起因して動作
波長が減少するに従い、急速に増加する。例えば、0.63
ミクロンの波長では、光ファイバの損失は1300nmの動作
波長の損失の約８〜10倍である。その結果、このシステ
ムは光ファイバが比較的短いもの以外では使用できな
い。例えば、このシステムが有効に作用するのは、数km
までであり、また、誤報がでやすい。
従って本発明は、従来の欠点を除去し、低価格で、確実
性があり、幅広いスペクトルで利用できる光ファイバの
検知システムを提供するものである。
［発明の概要］ 本発明の光ファイバ検知システムは、光学分離器を具備
し、入力信号を２個の２次信号（subsignal）に分離す
る。また、この光ファイバ検知システムは、分離器から
出力し、またそこへ入力する光ファイバパスを有し、入
力信号から分離した２次信号を受信する。この分離器
は、分離器から出力しまたそこへ入力する共通光ファイ
バパスにそって反対方向に信号を送出する。また、共通
光ファイバパスにそって反対方向に送信された２次信号
を再結合するように作動する。この再結合された２次信
号は、これらの２次信号間の相互干渉により特徴づけら
れるパターンで具現化される。
高次のコヒーレンスを有するソースは分離器に接続され
て、入力信号を分離器に提供する。検知手段は、分離器
に接続され、２個の干渉２次信号を光学力レベルを検知
する。
［実施例の説明］ 第１図に本発明の光ファイバ検知システム20が、示され
ている。このシステムには４ポート分離器（これはグー
ルド社から市販されており、融解二重円錐分離器あるい
はカプラーとも呼称されている）25が含まれる。
光学ソース26は光学分離器25のポート28に接続される。
この光学ソース26は高次のコヒーレンスを有し、分離器
25に光学信号を提供する。動作周波数の範囲が狭くる
と、システム20はより感受性が高くなる。
光学ソース26として示されるものはレーザであるが、他
の光源例えばLEDも使用可能である。分離器25の第２の
ポート30には検知器32が接続される。検知器32はシステ
ム20の緩衝パターンの変化を検知する。
分離器25は４個のポートを有している。ポート28は光学
ソース26に接続され、ポート30は検知器32に接続され、
他に、第３のポート46と第４のポート48がある。光ファ
イバ50は端部52有し、第３のポート46に接続され、他の
端部54を有し、第４のポート48に接続される。光ファイ
バ50はケーブルの２本の光ファイバ（コネクタ56を介し
て接続される）、または１本の光ファイバを有してい
る。
ソース26から分離器25への入力信号は、２個の２次信号
に分離され、この２次信号は光ファイバ50による共通パ
スに沿って異方向に向られる。２次信号のパスは分離器
の遠端部で再結合される。共通パスに沿って異方向に向
られた分離信号は分離器で付加的または欠損的干渉（co
nstructive or destructive interference）を有して結
合される。この付加的または欠損的干渉は分離器25のポ
ート30に接続される検知器30で光学変化として記録され
る。
２次信号間の分離比率は変更できる。50-50の分離は最
も敏感なシステムを提供し、その干渉の範囲は0-100％
である。もしノイズが関心事ならば、別の分離比率も使
用できる。またノイズがファクタならば、検知レベルは
高レベルにセットできる。
光ファイバ50にかかる応力、または光学パス内の時間と
ともに発生する変化は、逆方向に進行する２個の信号間
の位相関係を変化させる。全般に、ケーブを取り扱うに
際し、1-2dBの信号レベルの変化では、2-3dBの応答が観
測された。この感受性応答は光ファイバへの侵入の検知
に役だつ。事実、ケーブル取り扱いのみに起因する信号
変化量は、信号傍受が発生する前にシステムに警報を発
生させるの充分である。裸のファイバまたは検査ファイ
バを含むファイバ束の取り扱いは、大なレスポンスにな
り、約10dBのオーダである。通常の音声パターンによる
音響振動は、光ファイバの鋭い感受性故、1-2dBののオ
ーダの乱として観測される。
このようなシステムは既存の光ファイバ伝送システムに
簡単に組込むことができる。ただし、共通パスループを
形成する余分の光ファイバがあることが条件であるが。
もし、応力が時間微分変化すれば、伝送ビーム間の位相
関係は変化し、検知される信号を大きく変化させるよう
な付加的または欠損的干渉が発生する。このような応力
はケーブルまたはファイバを扱うと発生する。このシス
テムでは、このような変化を発生させる為に、システム
に不可的な損失は発生しない。有利なことに、システム
20は再生器間のケーブルをモニタするのに使用される分
散型のセンサである。
光学ソース26としては、レーザは単一波長の為好まし
い。単一波長では、侵入は干渉パターンは負荷型から欠
損型へ変化し、その結果、大きなdBロスになる。一方、
LEDでは波長が広範囲である。侵入は干渉パターンの約1
0％の変化（約0.5dBに相当）しかきたさないので、侵入
は検知できない。
本発明の光ファイバ検知システムは従来技術に対してい
くつかの重要な利点がある。第１に、このシステムで
は、ケーブル中の各光ファイバには関係しないことであ
る。ケーブル中の１本のファイバでこの目的の為には充
分に警報を発生する。事実、この構成は、感受性が高い
ので、ケーブルに一寸接触しただけで、検知ファイバに
応力を与え、警報を発生する。
第２に、この光ファイバ検知システムは比較的長い光フ
ァイバでも動作する。例えば、60kmのループで30kmの長
さに亘って保護する。すなわち、60kmのスパンは２個の
30kmループにより保護される。このループはこのループ
の両端から始まる。この長さは単なる例示でこのシステ
ムを制限するものではない。ロスが低くなるより長い波
長も用いることができ、より長い距離を伝送できる。例
えば、波長を1300から1500nmに増加することにより、伝
送距離は倍になる。
前述したように、このようなシステムは既存の光ファイ
バ伝送システムに簡単に組込むことができる。ただし、
ループを形成する余分の光ファイバがあることが条件で
あるが。新しく設置する場合、ケーブル内の２本のファ
イバがループを形成するよう設計される。検知用すなわ
ち、モニタ用に２本のケーブルを使用できない場合があ
る。このような場合に、波長区分多重化（以下、WDM（W
avelength Division Multiplexing）と称する）技術を
利用され、光ファイバ上に通常トラフィック信号を搬送
する信号を載せる。
WDM技術を使用したシステム60を第２図に示す。このシ
ステム60には、通常トラフィック搬送光ファイバ62,64
がある。侵入を検知するのに、システム60には、ソース
66と検知器68がある。それらは分離器70に接続される。
分離器70はソース66からの入力信号を２個の２次信号に
分割し、その１つは当初ループ72に沿って進行し、他の
１つは当初ループ74に沿って進行する。この構成で必要
なものは、余分な分離器で、具体的には、WDM分離器76,
77,78,79である。これらのWDM分離器は、融解二重円錐
テーパ付き分離器（fused biconic tapered splitter）
である。侵入検知ループ上で分離され反対方向に発信さ
れる信号は、通常トラフィックを搬送する信号とは異な
る。動作波長の狭いバンド幅のこれらの信号のみが分離
される。
WDM分離器76を介してまず時計方向に回る分離信号は、
つぎにループ81に沿って、つぎにWDM分離器77を介し
て、つぎにコネクタ83を介して、つぎにWDM分離器79を
介して、ループ85に沿って、WDM分離器78を介して、分
離器70に戻る。この信号は第２図で実矢印86-86で示さ
れる。そこで、第２図に示す反時計方向に回る（WDM分
離器78,79,77,76を介して）分離信号と再結合される。
これは、第２図の破線矢印87-87で示される。
この構成の利点はトラフィックを搬送しているものに対
して余分な光ファイバを必要としない点である。侵入検
知システムが高ビット速度で搬送する場合、低ビット速
度の検知器は60dBm以下の信号を検知するので、ループ
のシステムの全損失は感受性の損失なしに、40-45dBで
ある。
第２図に図示した構成は、ネットワーク全体に対する侵
入保護をするモジュール90としても使用できる。例え
ば、第３図には、WDM分離器76,78、ソース、検知器に接
続され、またループを形成するため、光学ファイバコネ
クタにも接続される。その結果、複数のモジュールがネ
ットワークに沿って形成され、各モジュールはソース66
と検知器68と４個のWDM分離器を含み、第２図のコネク
タ83でループが形成される。つぎの連続するモジュール
では、それは第３図の90′で支持される。モジュール90
のWDM分離器77,79は、モジュール90の分離器76,78と同
様な動作をし、分離器92,94はモジュール90′に対し
て、モジュール90に対する分離器77,79と同様な動作を
する。そして、つぎのモジュールではWDM分離器92,94は
そのモジュールのソースと検知器に隣接する分離器にな
る。個々のモジュールの分離は隣接するループのソース
に異なる周波数の変調を使用することにより、また周波
数全体の狭いパスバンドの電気フィルタを使用すること
により達成される。
本発明のシステムの感受性は、パススペクトル特性を変
化させるソースの変調速度により変化させられる。また
そうすることにより、負荷的および欠損的干渉を拡大す
る。また４ポート分離器分離比の変化も使用される。
分離器25としてエバネセント分離器または融解テーパー
付き分離器はマルチモード光ファイバシステムには適当
ではない。このことは、既存の光ファイバイステム（そ
の多くがマルチモードである）を更新する際には重要で
ある。
シングルモード伝送では、分離器に入力する各連続信号
は、２個の結合ファイバの同一モードの２次信号に分離
され、この結合ファイバは側面同志が融解され、分離機
能を含む。換言すれば、分離器は等しくモード体積を分
布する。共通パスを通過した（反対方向に）後、２次信
号が戻ると、侵入は戻り信号の位相差を観察することに
より検知される。
しかし、マルチモードでは、融解テーパー付き分離器内
での１本のファイバから別のファイバへの結合量は、光
ファイバコアの近接度に、また分離器を含む光ファイバ
の断面のフィールド変化に依存する。もし、１つのモー
ドがファイバに全部閉じ込められるなら、分離器の隣接
するファイバへの結合は少ない。一方、最小拘束モード
（least bound modes）は、拡散し、２個の隣接するフ
ァイバを簡単に結合する。その結果、あるモードの信号
はポート46（第１図）を出て、別のモードの信号はポー
ト48を出る。これらの信号が分離器に戻ると、干渉パタ
ーンは少ない、それはこれらの信号は共通パス内の全く
異なるパスを通過するからである。
マルチモードシステムのこれらの問題に対する解答とし
て、半銀塗布ミラーのような個別要素分離器が使用され
る。また分離器として、GRINレンズ称される円筒状傾斜
反射係数レンズもある。そのような分離器は入力を半分
反射し、残り半分を透過する。換言すれば、全体のモー
ド分散の半分は反射され、他の半分は通過し、同様なフ
ィールドが共通パスの反対方向に発生する。反対方向の
同一のモード分散が存在する限り、侵入の結果として干
渉が増加する。
［発明の効果］ 本発明の光ファイバ検知システムには多数の応用が考え
られる。例えば、ケーブル内に乾燥スプライスを配置
し、光ファイバ端の間に水の侵入があると、反射率の変
化を引起し、また、干渉パターンの変化を引起す。また
家庭内の安全にも役立つ。例えば、窓、ドア、カーペッ
トに配置し、人がカーペットを踏んだら警報が鳴るとい
った具合である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の光ファイバ検知システムの構成図、 第２図は本発明の光学検知システムの構成図、 第３図は第２図のシステムの他の実施例を示す図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ウィラード チャンドラー ホワイト サ ード アメリカ合衆国，30360 ジョージア，ダ ラビル，マックベイン レーン 4889, (56)参考文献 特開 昭63−265217（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−28158（ＪＰ，Ｕ) 特表 平４−503997（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】連続光学信号を発信するソース手段と、 連続光学信号を２個の２次信号の組に分離し、それを出
    力として提供する光学分離手段とからなり、 この光学分離手段は、２次信号の組が共通パスを反対方
    向に通行した後、２次信号の組を再結合する光ファイバ
    検知装置において、 ソース手段に接続される光学分離手段と ２次信号を受信する光学分離手段に両端を接続され、反
    対方向に進行する２次信号を搬送する共通パスとなり、
    ２次信号をそこで再結合される分離手段に戻す光ファイ
    バパスと、 分離手段に戻る連続２次信号の組の間の光学特性の変化
    を検知する検知手段と を有することを特徴とする光ファイバシステムの検知装
    置。
  2. 【請求項２】光ファイバパスは、ケーブル内に配置され
    る光ファイバを含み、 この光ファフイバは、光ファイバ検知装置に接続される
    光ファイバパスを含むことを特徴とする請求項１記載の
    装置。
  3. 【請求項３】通信トラフィック信号を搬送する第１光フ
    ァイバ、 通信トラフィック信号を搬送する第２光ファイバ、 第１光ファイバに沿って隔離配置された１対の波長区分
    多重化分離器、 第２光ファイバに沿って隔離配置された１対の波長区分
    多重化分離器、 第１、第２の光ファイバ上を搬送される通信トラフィッ
    ク信号の波長とは異なる波長の信号を提供する光学信号
    源、 第１の光信号の波長区分多重化分離器の１つと、第２の
    光信号の波長区分多重化分離器の１つと、光学信号源と
    に接続される光ファイバ分離器、 この光ファイバ分離器は、光学信号源からの入力信号を
    受信し、各入力信号を出力となる２個の２次信号に分離
    し、 第１の光信号の波長区分多重化分離器の別の１つと、第
    ２の光信号の波長区分多重化分離器の別の１つとを接続
    して、光ファイバ分離器、波長区分多重化分離器を第
    １、第２光ファイバの１部を含むループを提供する結合
    手段、 このループは各信号の２次信号を受信し、ループを反対
    方向に進行する２次信号を搬送する共通パスとなり、２
    次信号を再結合する分離手段に戻し、 光ファイバ分離器に接続され、ループを反対方向移動す
    る信号の組の間の光学特性の変化を検知する検知手段と を有することを特徴とする光ファイバシステムの検知装
    置。
  4. 【請求項４】光学ファイバ分離器は４ポート分離器であ
    ることを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】光信号源は、高次コヒーレンスを有するこ
    とを特徴とする請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】第１光ファイバに沿って配置された１対の
    波長区分多重化分離器は、第１光ファイバの第１対で、 第２光ファイバに沿って配置された１対の波長区分多重
    化分離器は、第２光ファイバの第１対で、 第１光ファイバに沿って配置された複数の対の波長区分
    多重化分離器と、 第２光ファイバに沿って配置された複数の対の波長区分
    多重化分離器と、 前記第１対の後で、光ファイバの１つに沿って、前後の
    対と共通の連続波長区分分離器を有し、 前記接続手段は、第１光ファイバの波長区分分離器と、
    第２光ファイバの対応する対の波長区分分離器とを接続
    する接続器を含む ことを特徴とする請求項３記載の装置。
  7. 【請求項７】第１、第２光ファイバの部分は、第１、第
    ２の光ファイバに設置された波長区分多重化装置間の第
    １、第２の光ファイバを含むことを特徴とする請求項３
    記載の装置。
  8. 【請求項８】位相関係の変化は光学出力の変化で検知す
    ることを特徴とする請求項３記載の装置。
  9. 【請求項９】光学信号源を提供するステップ、 各光学信号を２個の２次信号に分離するステップ、 この２個の２次信号を共通ループパスに沿って反対方向
    に向け、この２次信号を前記パスの入力点に戻す指向ス
    テップ、 この２次信号が共通ループパスに沿って移動し、前記パ
    スの入力点に戻った後に、この２次信号を再結合するス
    テップ、 位相関係の変化を、分離された２次信号の連続対の間で
    検知して、光ファイバシステムの不具合を検知するステ
    ップ、 からなるを特徴とする光ファイバシステムの検知方法。
  10. 【請求項１０】指向ステップは、分離２次信号をケーブ
    ル中の光ファイバに向け、 光ファイバは結合されて、共通パスとなり、指向ステッ
    プは、ケーブル中の光ファイバは分離光学信号から受信
    した２次信号以外の信号は伝送しないようにしたことを
    特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】通信トラフィック信号を搬送する第１光
    ファイバを提供するステップ、 通信トラフィック信号を搬送する第２光ファイバを提供
    するステップ、 第１光ファイバに沿って隔離配置された１対の波長区分
    多重化装置を提供するステップ、 第２光ファイバに沿って隔離配置された１対の波長区分
    多重化装置を提供するステップ、 光学信号源を提供するステップ、 各光学信号を２個の２次信号に分離するステップ、 ２個の２次信号用に、第１光ファイバに沿って隔離配置
    される２個の波長区分多重化装置間の第１光ファイバの
    部分と第２光ファイバに沿って隔離配置される２個の波
    長区分多重化装置間の第２光ファイバの部分を含を含む
    共通ループを確立するステップ、 この２個の２次信号を共通ループパスに沿って反対方向
    に向ける指向ステップ、 この２次信号が共通ループパスに沿って移動し、前記パ
    スの入力点に戻った後に、この２次信号を再結合するス
    テップ、 位相関係の変化を、分離された２次信号の連続対の間で
    検知して、光ファイバシステムの不具合を検知するステ
    ップ、 からなるを特徴とする光ファイバシステムの検知方法。
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