JPH0783792A - 光ファイバの擾乱の発生を検出する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバケーブルの局所的な部分の近傍に
周期的に発生する擾乱の発生を検出してかつその位置を
決定する。 【構成】 光ファイバの局所的部分の近傍における周期
的擾乱が、擾乱を受ける部分から後方散乱された光の特
定の偏光を有する成分の強度の変化を検出することによ
ってセンスされる。検出プロセスは、その発生がモニタ
されることになる擾乱の周波数と同一であるように選択
されたタイミングウエーブによって制御される。このタ
イミングウエーブの周波数を変更することによって、検
出回路が敏感となる擾乱の周波数が変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバネットワーク
に関し、特にその種のネットワークにおいて用いられて
いる光ファイバの局所的な部分に影響を与える循環擾乱
の発生をリモートセンシングしかつその位置を決定する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信システムにおける光ファイバの利用
が増大し続けるにつれて、ファイバの状態をモニタす
る、信頼性が高くかつ低コストな技法が利用可能である
ことが次第に重要になってきている。よって、例えば、
ファイバのインストールの際に、スプライスおよびコネ
クタの損失が低いこと、ファイバの曲げやストレスに起
因する過剰な損失が導入されていないこと、およびファ
イバの総エンド−ツー−エンド損失が所定のスペシフィ
ケーション内にあること、を保証するためにテストが実
行される。さらに、インストールされたファイバの実際
の動作の際に、ファイバの状態の劣化が発生しているか
いないかを決定するために、通常、一般的なチェックが
実行される。そして、ファイバが損傷している（例えば
不慮に切断されている）ことが見出された場合には、迅
速かつ低コストでその損傷位置を確認できることが重要
である。

【０００３】光ファイバの状態に関係する情報が、光パ
ルスを周期的にファイバの一端から送り込んでそのファ
イバから後方散乱されてきた光を分析することにより得
られるということは公知である。この従来技術に係る単
一端技法、すなわち光時間ドメイン反射法（ＯＴＤ
Ｒ）、は、光ファイバネットワークをモニタする有用な
ツールとして確立している。

【０００４】標準的なＯＴＤＲ技法は、光ファイバから
後方散乱された光の全体としての強度に含まれる情報
を、例えば不良ファイバ間ジョイントおよびファイバの
異常損失部分などの位置を決めるために用いる。（電
界、磁界、応力、張力、温度などの）多くの外部要因が
ファイバを伝播する光の偏光方向を変化させるように働
くこともよく知られている。偏光状態は、ＯＴＤＲシス
テムを偏光方向に敏感なように修正することによって決
定されうる。（例えば、「偏光−光時間ドメイン反射
法：フィールドの分布の測定技法」、エイ．ジェイ．ロ
ジャーズ(A. J. Rogers)、Applied Optics、第２０巻第
６号第１０６０〜１０７４ページ（１９８１年３月１５
日）を参照。）一般に、検出される後方散乱信号は非常
にかすかなものであり、ＯＴＤＲあるいは偏光敏感ＯＴ
ＤＲ（ＰＯＴＤＲ）に基づくモニタ技法においては、結
果を得るために長時間の平均操作が必要である。

【０００５】これまで、ＯＴＤＲあるいはＰＯＴＤＲに
基づくモニタ技法は、光ファイバの局所的な部分で循環
発生する擾乱の発生をセンスするために適しているとは
認識されてきていない。実際、この種のモニタリング
は、例えば埋設されたファイバケーブルが掘削装置によ
って被った可能性のある損傷を検出するために重要であ
る。ケーブルの近傍に掘削装置を示す周期的な振動が存
在することがある種の修正行動を起こすのに間に合って
検出されれば、ケーブルの欠損あるいは破断に起因して
起こりうる通信サービスの重大な混乱が回避されうる。

【０００６】前掲のロジャーズによる文献においては、
光ファイバの近傍における振動モードのモニタに対する
ＰＯＴＤＲ技法の適用性が識別されている。しかしなが
ら、そこに記載されている技法は、ファイバの長さ方向
の軸に沿った空間的に分布している定在波の振動による
誘導のみに依拠している。よって、ロジャーズによるＰ
ＯＴＤＲ技法あるいは既知のＯＴＤＲ／ＰＯＴＤＲ技法
の何れも、ケーブルの局所的な部分の近傍に周期的に発
生する特定の擾乱の発生を検出しその位置を決定するこ
とによって光ファイバの潜在的損傷をセンスすることに
関しては無力である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、光ネットワー
クにおけるセンシング技法の能力を向上させる試みが当
業者によって継続されてきている。特に、この種の努力
は、光ケーブルの局所的な部分の近傍に周期的に発生す
る擾乱の発生を検出してかつその位置を決定する方法を
導きだすことに向けられてきている。これらの試みは、
それが成功した場合には、光ケーブルの潜在的な損傷を
検出することが可能であり、通信サービスが劣化するあ
るいは中断する以前に修正行動を起こすための基礎にな
る、ということは認識されている。もちろん、この種の
能力は、光ファイバネットワークの信頼性を著しく向上
させ、その維持に関する費用を低下させることは明らか
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の原理に従って、
光ファイバの局所的部分の近傍における周期的擾乱が、
擾乱を受ける部分から後方散乱された光の特定の偏光を
有する成分の強度の変化を検出することによってセンス
される。検出プロセスは、その発生がモニタされること
になる擾乱の周波数であるように選択されたタイミング
ウエーブによって制御される。このタイミングウエーブ
の周波数を変更することによって、検出回路が敏感とな
る擾乱の周波数が変更されることになる。

【０００９】複数個の連続したタイミングウエーブの各
々の二分の一サイクルの間に、タイミングウエーブと同
一の周波数を有する周期的擾乱に起因する複数個の後方
散乱信号が互いに加算され、平均化されて、一方の極性
を有する信号が得られる。各々のタイミングウエーブの
他方の二分の一サイクルの間に、複数個の後方散乱信号
が互いに加算され、平均化されて、他方の極性を有する
信号が得られる。この同期検出プロセスによって検出さ
れたそれぞれの信号は組み合わせられて全体としての信
号が得られる。この全体としての信号の大きさは、周期
的擾乱の強度、平均された信号の数、およびタイミング
ウエーブの擾乱に対する位相に依存する。この全体とし
ての信号の検出は、光ファイバに沿ったあるポイントに
おける、タイミングウエーブと同一の周波数を有する周
期的擾乱の存在を表わしている。その近傍で擾乱が発生
していることになる、光ファイバケーブルに沿ったポイ
ントは、ファイバ中への光パルスの入射とそれに対応す
る後方散乱信号の検出回路による受信との間の時間間隔
を測定することに基づいて決定される。

【００１０】よって、本発明に従って、光ファイバの局
所的部分の近傍における周期的擾乱の発生を検出しかつ
その位置を決定する方法および装置が提供されることに
なる。本発明に係る方法は、コンシステントな偏光方向
を有する、複数個の互いに離散した光パルスをファイバ
の一端に入射させる段階を有している。ファイバの連続
的な部分から後方散乱される特定の偏光方向を有する信
号は、前記端部に対して接続された検出回路に導かれ
る。検出回路は、センスされる周期的擾乱の周波数と同
一の周波数を有するタイミングウエーブによって同期し
て制御される。このようにして、この種のあらゆる擾乱
の発生を示す全体としての信号が得られる。さらに、入
射させられたパルスと検出回路による信号の生成との間
の時間間隔を測定することにより、ファイバに沿った擾
乱の位置の決定がなされうる。

【００１１】

【実施例】図１の制御回路１０によって印加された電気
的タイミング信号に応答して、従来技術に係るレーザー
等の光源１２は連続した離散光パルスを放射するように
設計されている。以下、説明のために、レーザー１２が
市販されているＯＴＤＲシステムにおいて一般的に用い
られている標準的なユニットであると仮定する。

【００１２】図１のレーザー１２によって放射される光
パルスが特定の偏光方向を有しているということは重要
ではない。本発明に関連して重要なことは、放射された
パルスがコンシステントな偏光方向を有している、すな
わち、特定の間隔にわたって同一の偏光状態を有してい
る、ということである。「コンシステントな偏光方向を
有する」という術語は、偏光方向が各々の完全周期（タ
イミングウエーブの半周期の二倍）にわたってコンシス
テントである場合と全測定（タイミングウエーブの複数
周期）の間にわたってコンシステントである場合との双
方を包含することを企図して用いられていることに留意
されたい。

【００１３】本発明の一つの特徴に従って、レーザー１
２によって放射されたコンシステントな偏光方向を有す
るパルスが、従来技術に係る偏光コントローラ１４を通
過して伝播させられる。当業者には公知の方法を用い
て、コントローラ１４はそれを通過する光パルスの偏光
状態を選択的に変化させるように設計されており、その
結果、依然としてコンシステントな偏光方向を有する
が、レーザー１２によって生成されたものとは相異なっ
た偏光状態を有する出力パルスが生成される。このよう
にして、光ファイバに対して供給される光パルスの偏光
方向は、ファイバの局所的部分に発生することが期待さ
れる擾乱に対して特に敏感であると実際に決定された状
態に調節されうる。

【００１４】図１のコントローラ１４によって供給され
る各々の光パルスの一部は、標準的な光スプリッタ１６
を介して、例えばＳｉＯ₂よりなる従来技術に係る通信
グレードシングルモード光ファイバ１８の入力端に供給
される。これらのパルスの各々に起因するファイバから
の後方散乱信号は、スプリッタ１６によってレシーバユ
ニット２０に導かれる。レシーバユニット２０の詳細お
よびその機能については以下に詳述される。

【００１５】スプリッタ１６内での反射に起因してレシ
ーバユニット２０内の素子に過負荷がかかったり損傷が
与えられたりすることを避けるために、ユニット２０内
の検出回路３０は、レーザーパルスがスプリッタ１６に
対して供給されている時間間隔の各々の間は制御回路１
０によってディセーブルされる。

【００１６】本発明の一実施例の動作を記述する目的
で、図１のファイバ１８はＳｉＯ2製で１０キロメート
ルの長さを有し、地下に埋設されているものと仮定す
る。この場合、ファイバの左端に入射させられたパルス
がファイバの右端に到達するまでにはおよそ５０マイク
ロ秒必要となることになる。さらに、このパルスが後方
散乱されたものは、ファイバの右端から入射端に伝播す
るためにさらに５０マイクロ秒必要になることになる。
従って、特定の入射パルスに対応付けられる後方散乱信
号がそれ以降に入射されたパルスと干渉しないために
は、ＯＴＤＲシステムの当業者には公知であるように、
ファイバ１８の入力端に供給されるパルスは通常少なく
とも１００マイクロ秒の間隔を有する離散パルスであ
る。

【００１７】本発明は、光ファイバの近傍におけるある
種の現象が当該ファイバの擾乱を受ける局所的な部分を
伝播するパルスの偏光状態を変化させるという認識に基
づいている。詳細に述べれば、例えば振動による擾乱等
の周期的に変化する現象が偏光方向の周期的変化を誘導
する。本発明に従って、その種の偏光方向の周期的変化
の発生が、ファイバに影響を与えている擾乱の周波数が
決定されるという独特の様式で検出される。各々この種
の擾乱の存在を示唆する複数個の後方散乱信号から導出
された全体としての信号が、図１のレシーバユニット２
０によって生成される。さらに、標準的なＯＴＤＲ技法
に従って、出射した光パルスと対応する後方散乱信号と
の間に経過した時間に基づいて、ユニット２０はファイ
バに沿った擾乱の位置を表わす指標を生成する。

【００１８】図１には、光ファイバ１８の局所的な部分
の近傍で周期的擾乱を発生させる擾乱源２２が示されて
いる。具体的には、擾乱源２２は、例えば埋設されたフ
ァイバ１８の完全性に対して危害を与えるようなバック
ホーなどの掘削装置よりなる。図１の破線２４は、擾乱
源２２から発生してファイバ１８に向かって伝播する振
動を表わしている。

【００１９】掘削装置によって引き起こされた振動など
の多くの擾乱は、特徴的な周期的振動数を有している。
このような周波数の独自性は、掘削装置によって引き起
こされた本質的に危険な擾乱と、例えば列車の通過など
によって引き起こされた良性の擾乱とを区別する基礎を
与える。本発明に従って、この周波数独自性が、レシー
バユニット２０において、危険な擾乱と良性の擾乱との
間の高度の分別を実現する、周波数敏感検出を実行する
ことによって利用される。図１に示された実施例におい
て、擾乱源２２が、動作時に５０Ｈｚという特性周波数
を有する振動擾乱を地中に埋設されたファイバ１８の局
所的部分の近傍に生成する掘削装置よりなるものである
と仮定する。このような擾乱に応答して、ファイバ１８
の擾乱を受けている部分から後方散乱された光信号およ
びその場所を通過した信号の偏光状態も５０Ｈｚで変化
する。言い換えれば、擾乱を受ける部分を通過する各々
の後方散乱光信号のそれぞれの偏光成分の強度が、その
５０Ｈｚの擾乱に追随するレートで、鎮静状態すなわち
擾乱を受けていない状態と比較して変化させられること
になる。

【００２０】鎮静時には、図１のファイバ１８の各々の
部分は、当該ファイバ内を通過して伝播するように入射
された各々の光パルスの一部を当該ファイバの入力端に
後方散乱し、その際に光の偏光状態にあるランダムな変
調が重畳される。よって、ファイバに沿った異常な擾乱
が欠如する場合においても、あるレベルのリファレンス
およびノイズ信号がスプリッタ１６に到達し、破線２６
の方向にレシーバユニット２０宛に導かれる。

【００２１】レシーバユニット２０においては、従来技
術にかかる偏光子２８が、スプリッタ１６を介してファ
イバ１８から受信した各々の後方散乱信号のうちのある
規定された偏光方向を有する成分のみを通過させるよう
に適合されている。よって、後方散乱信号のそれぞれの
偏光方向成分の強度がファイバ１８にそって発生する擾
乱によって変化させられる場合には、偏光子２８の出力
に現れる規定された偏光方向成分の強度もそれに従って
変化する。

【００２２】図１の偏光子２８の出力は、例えば従来技
術に係る広帯域シリコンフォトダイオード検出ユニット
を有する標準的な検出回路３０に対して供給される。次
いで、検出回路３０の出力は演算ストレージユニット３
２に対して供給される。この演算ストレージユニット３
２の動作モードは、制御回路１０およびタイミングウエ
ーブジェネレータ３４から印加される信号によって制御
される。検出回路３０、ユニット３２およびジェネレー
タ３４は、共に、以下に詳細に記述される同期検出機能
を実行する。

【００２３】同期すなわち位相敏感検出の一般的な概念
は、エレクトロニクス分野において公知のものである。
しかしながら、この位相敏感検出の、本発明において利
用されているような周期的擾乱の周波数敏感検出によっ
て特徴付けられるＰＯＴＤＲシステムを実現する目的で
の光ファイバネットワークへの特定の適用は独自のもの
であり、自明ではない。

【００２４】図２は、図１のレーザー１２によって実現
された通常の離散光パルス列のうちの２パルスを表わし
ている。これらのパルス列は、図１のファイバ１８の入
力端に入射させられる。具体的には、前述されたファイ
バ長が１０キロメートルの例においては、入射させられ
るパルスの間隔ｔは少なくとも１００マイクロ秒であ
る。実際には、充分な信号対雑音比を実現するために、
ファイバの各々の部分からの比較的低強度の後方散乱信
号が蓄積される。よって、ここで示されている実施例に
おいては、それぞれファイバに入射させられた２０００
のパルスに対応する２０００の後方散乱信号が、ファイ
バの相異なった部分の各々に対して蓄積されて平均され
る。具体的には、このことは、ＯＴＤＲ分野の当業者に
は公知の標準的なマルチチャネル記録技法を用いて演算
ストレージユニット３２内で実行される。この公知の技
法に従って、入射させられた各々のパルスからの後方散
乱信号がファイバに沿った距離に従った独立したチャネ
ルに分解される。よって、各々のチャネルに対するデー
タは、入射させられたパルスがファイバの対応する部分
によって影響を受けた後のものを表わしている。

【００２５】入射させられた各々のパルスのパルス幅
は、本発明に係る検出装置の空間的分解能を決定する。
図２に示されている入射させられたパルスの各々の幅ｗ
が１００ナノ秒である場合には、本発明に係る装置はフ
ァイバ１８に対して影響を及ぼす周期的擾乱をおよそ１
０メートル間隔で検出する能力を有することになる。

【００２６】図３において、波形３６は、光ファイバ１
８の特定の部分から後方散乱されたリファレンスあるい
はノイズ信号の強度を表わしており、それらはファイバ
のその部分の近傍に周期的擾乱が存在しない場合におい
ても図１のレシーバユニット２０内に現れる。具体的に
は、ｔ１からｔ２、ｔ２からｔ３、ｔ３からｔ４、ｔ４
からｔ５およびｔ５からｔ６という時間間隔は各々０．
０１秒（１０，０００マイクロ秒）よりなる。よって、
この各々の時間間隔の間に、図２に示された上記タイプ
の１００個のパルスがファイバ１８の入力端に対して入
射させられることになり、ファイバの各々の部分に対応
する後方散乱データが受信されて演算ストレージユニッ
ト３２のそれぞれのチャネルに蓄積される。

【００２７】（例えば５０Ｈｚの周期的振動などの）周
期的擾乱が前記ファイバの一部分の近傍において発生す
ると仮定する。この種の擾乱は、ファイバの擾乱を受け
る部分から後方散乱された信号の対応する偏光成分の強
度に周期的な影響を与える。よって、図１のレシーバユ
ニット２０の偏光子２８の出力に現れる対応する信号も
振動擾乱を表現する周期的様式で変化する。

【００２８】図３においては、サイン波３８は、５０Ｈ
ｚの振動擾乱に帰することが可能な上述の周期的振動を
表わしている。よって、サイン波３８の最初の１／２周
期（ｔ１からｔ２への間隔）の間に、ファイバの擾乱を
受けた部分からの１００個の後方散乱信号を蓄積して平
均することにより、擾乱が存在しない場合（線３６で示
されている）に存在するものより大きい値を有する全体
としての信号がレシーバユニット２０内に生成される。
同様に、次の半周期（ｔ２からｔ３への間隔）の間に、
ファイバの擾乱を受けた部分からの１００個の後方散乱
信号を蓄積して平均することにより、擾乱が存在しない
場合に存在するものよりも小さい値を有する全体として
の信号が生成される。よって、全体としての蓄積および
平均がサイン波３８の複数個の周期（例えば１０周期）
にわたって実行されるような従来技術に係る処理におい
ては、レシーバによって検出される全体としての信号
は、リファレンスすなわち静止時後方散乱信号、つまり
図３の線３６によって表現される値と等しい値を有する
信号ということになってしまう。言い換えれば、このよ
うな従来技術に係る検出方法は、光ファイバの近傍にお
ける周期的擾乱の発生に対して敏感ではない。

【００２９】さらに、従来技術に係るＯＴＤＲ／ＰＯＴ
ＤＲのナイキスト帯域は非常に低く、実際にはファイバ
に与えられる動的影響を他の既知の検出プロセスをを用
いて分解することを困難にしている。例えば、１０キロ
メートル長のファイバを有し、１５００の後方散乱信号
が蓄積されて平均されるようなシステムの特性ナイキス
ト帯域はおよそ３Ｈｚである。従って、従来技術に係る
標準的なサンプリング技法は、実際の光ネットワークに
おいて経験されるような種類の周期的擾乱の検出に対し
ては適用可能とはみなされ得ない。

【００３０】本発明の原理に従って、図３のサイン波３
８によって表現されるタイプの周期的擾乱が、図１のレ
シーバユニット２０内で同期検出技法によって独自の様
式で検出される。詳細に述べれば、検出プロセスは、図
１のファイバ１８に沿ったある点において遭遇すること
が期待される擾乱の周波数と同一であるように選択され
た周波数を有するタイミングウエーブによって制御され
る。言い換えれば、タイミングウエーブの周波数が、フ
ァイバに沿って遭遇する可能性があると考えられる複数
個の相異なった擾乱のそれぞれを表現する周波数の組を
包含する範囲にわたって変化すなわち掃引される。ある
いは、タイミングウエーブの周波数を掃引することによ
って、擾乱の種々の周波数成分、すなわちその特定の性
質、が確認される。

【００３１】特定の実施例として、図１のジェネレータ
３４によって生成されたタイミングウエーブが図４に示
されている。図示されているように、矩形タイミングウ
エーブ４０は、前述されているように検出されるべき擾
乱を表わす波形３９（図３）の周波数と同一の周波数を
有するように選択されている。検出されるべき擾乱が波
形３８によって示されているように５０Ｈｚの周波数を
有する場合には、タイミングウエーブ４０の周波数も５
０Ｈｚに調節される。

【００３２】上述された実施例においては、図３および
４に示されている波形３８および４０が互いにインフェ
ーズであるように示されている。この、波形３８および
４０がインフェーズにあるという関係は、タイミングウ
エーブ４０と同一の周波数を有する擾乱に関する最大表
示を生成する。しかしながら、正確に９０度アウトオブ
フェーズの位相差以外のあらゆる関係は信号を生成す
る。実際には、この位相関係は、信号の存在を最大にす
るように調節されうる。あるいは、既知の信号処理技法
に従って、波形４０がその最初の設定から９０度インフ
ェーズに順次シフトされてその結果得られる信号が組み
合わせられる。言い換えれば、波形３８と４０との間の
位相関係に拘らず、擾乱の存在する中から信号を抽出す
る方法は当業者には既知である。

【００３３】さらに、例えば掘削機械等によって引き起
こされる周期的擾乱は、実際には、機械が時々アイドリ
ング状態になったり停止したりすることによってバース
ト的に発生することに留意されたい。このような場合に
は、前記９０度アウトオブフェーズ状態がモニタリング
間隔全体にわたって維持される可能性は極めて小さい。

【００３４】図４に示されたｔ１からｔ２までの時間間
隔の間に、タイミングウエーブ４０の上昇（ポジティブ
ゴーイング）部分が図１の演算ストレージユニット３２
に印加される。それに応答して、ユニット３２は、その
間隔の間に検出回路３０によって供給された複数個の後
方散乱信号を互いに加算して平均する。１０キロメート
ル長のファイバ１８の一部が図３の波形３８によって表
現されるタイプの周期的振動によって擾乱を受けるとい
う上述された実施例においては、１００の後方散乱信号
が加算されて平均され、正の新語ぷが生成される。一時
的にユニット３２内にストアされるこの正の信号の値
は、図３のリファレンスライン３６によって表現される
後方散乱信号のみが図１の検出回路３０によって受信さ
れるような擾乱の存在しない場合に得られた値よりも大
きい。

【００３５】次いで、ｔ２からｔ３までの時間間隔の間
に、図４のタイミングウエーブ４０の下降（ネガティブ
ゴーイング）部分が図１のユニット３２に印加される。
それに応答して、ユニット３２はその間隔の間に信号を
互いに加算し、平均し、それによって得られた値に負の
符号を付加する。ユニット３２内に一時的にストアされ
る結果として得られた負信号の絶対値は、擾乱が存在し
ない場合に得られた値よりも小さい。

【００３６】タイミングウエーブ４０の制御のもと、ユ
ニット３２内では正および負の信号が上述された方法で
連続して生成される。この信号をさらに蓄積することに
より、本発明に係る装置の感度が向上し、ノイズレベル
が低下する。この信号が蓄積されるタイミングウエーブ
４０の所定のサイクル数は、検出されるべき擾乱の振
幅、その状態がモニタされているファイバの長さおよび
特性、および検出回路の感度に基づいて決定される。あ
る実施例においては、タイミングウエーブの１０サイク
ル分の蓄積を実施することによって適切な信号対雑音比
が得られる。

【００３７】タイミングウエーブ４０の所定の数のサイ
クルの後、上述された蓄積済み正および負の信号はユニ
ット３２内で組み合わせられて全体としての正の信号が
生成される。次いで、この全体としての正の信号が出力
回路３５に供給され、信号が所定のスレッショルド値を
超過している場合には、例えば回路３５内のアラームを
トリガするのに充分な信号が生成される。アラームの起
動は、タイミングウエーブ４０と同一の周波数を有する
本質的に危険な擾乱がファイバ１８に沿って発生してい
ることを示す。

【００３８】さらに、出力回路３５が制御回路１０によ
ってレーザー１２によるパルスの出射と同期してタイミ
ングがかけられているため、標準的なＯＴＤＲ技法に従
って、パルスの出射と全体としての正の信号の回路３５
による受信との間の時間の経過を検出された擾乱のファ
イバに沿った位置に翻訳することが容易である。次い
で、この擾乱が実際にファイバに対して有害な影響を与
えるのを防ぐために修復作業が直ちになされうる。ある
いは、別のトラフィックルートが利用可能である場合に
は、擾乱を受けたファイバは直ちに実際のサービスから
はずされ、その擾乱の性質が評価される。いずれの場合
においても、ネットワークの完全性は維持される。

【００３９】上述されているように、図３および４の波
形３８および４０は同一の繰り返し周期を有している。
この状況に対しては、正および負の信号が蓄積されて、
タイミングウエーブの所定のサイクルの後に前述されて
いるように全体としての正の信号が生成される。タイミ
ングウエーブ４０とは相異なった波形３８の他のあらゆ
る周波数に対しては、波形３８および４０から導出され
た蓄積済み信号の値はゼロに漸近する。よって、ファイ
バ１８に沿って発生した擾乱に応答して、タイミングウ
エーブ４０の周波数と同一の周波数を有する擾乱に対し
てのみ、レシーバ２０によって実行された同期検出プロ
セスによる全体としての信号が生成されることは明らか
である。

【００４０】本発明に係る同期検出プロセスの周波数選
択性は、図５から図７によって表現されている。図５
は、４０Ｈｚという周波数によって特徴付けられる周期
的振動擾乱が図１の光ファイバ１８の入力端から距離ｄ
のところのファイバの一部分の近傍に実際に位置してい
た特定の実施例を表わしている。本発明の原理に従っ
て、同期検出が同様に４０Ｈｚの周波数を有するタイミ
ングウエーブの制御下でレシーバユニット２０によって
実行された。図５に示されているように、擾乱を表わす
比較的大きな正の信号が、複数個のパルスをファイバに
入射させてその結果得られた後方散乱信号を上述された
様式で処理することによって得られた。図５に示されて
いるように、第一の比較的大きな正の信号は、ファイバ
に沿った距離ｄに対応する時刻にまず発生している。図
５に示された後続の比較的大きな信号は、ファイバに沿
ったさらに遠くの全ての部分からの後方散乱信号の観測
された偏光状態が距離ｄのところでの擾乱によって影響
を受けているという事実によるものである。

【００４１】図６は、４０Ｈｚの擾乱がファイバに対し
て影響を与え続けている間に同期検出プロセスを制御し
ているタイミングウエーブの周波数が３５Ｈｚに変化さ
せられた場合の対応する結果を表わしている。４０Ｈｚ
での検出能力（図５）と３５Ｈｚでの検出能力（図６）
との間の著しい差異は明らかである。このことにより、
本発明に係る検出システムの周波数選択能力が決定的に
確認される。

【００４２】図７は、ファイバに沿った擾乱が存在しな
い場合に同期検出プロセスを制御するタイミングウエー
ブの周波数が４０Ｈｚに保たれた場合の図１のレシーバ
ユニット内に生成されるリファレンスすなわちノイズ信
号の性質を示した図である。図６および図７の低強度プ
ロット間の近密な類似性および擾乱を示す図５のプロッ
トとの著しい差異は決定的である。

【００４３】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので，この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。例えば、本明細書においては通信
ファイバにおける振動擾乱の検出に対して一次的な強調
がなされているが、本発明の原理は光ファイバの局所的
な部分の偏光状態に直接あるいはトランスジューサの利
用を介して影響を与えるあらゆる周期的擾乱の検出に対
して適用可能であることは明らかである。具体的には、
本明細書に記載されたタイプの検出装置は地震学の分野
で振動擾乱を検出するのに適している。

【００４４】さらに、種々の他の特別な装置および技法
が検出プロセスに用いられうることは明らかである。よ
って、例えば、光源１２あるいは検出回路３０がタイミ
ングウエーブ４０によってその後に組み合わせれること
になる正および負の信号を生成するために制御されう
る。さらに、偏光子２８およびビームスプリッタ１６が
組み合わせられて単一の偏光ビームスプリッタユニット
となってもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、光
ファイバの局所的部分の近傍における周期的擾乱の発生
を検出しかつその位置を決定する方法および装置が提供
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従う検出装置の一実施例を示す
図である。

【図２】図１に示された検出装置の動作を表わす一連の
図のうちの第一の図である。

【図３】図１に示された検出装置の動作を表わす一連の
図のうちの第二の図である。

【図４】図１に示された検出装置の動作を表わす一連の
図のうちの第三の図である。

【図５】本発明に係る同期検出プロセスの周波数敏感特
性を示す図である。

【図６】本発明に係る同期検出プロセスの周波数敏感特
性を示す図である。

【図７】本発明に係る同期検出プロセスの周波数敏感特
性を示す図である。

【符号の説明】

１０ 制御回路 １２ レーザー １４ 偏光コントローラ １６ ビームスプリッタ １８ 光ファイバ ２０ レシーバユニット ２２ 擾乱源 ２４ 擾乱の伝播を表わす破線 ２６ 破線 ２８ 偏光子 ３０ 検出回路 ３２ 演算ストレージユニット ３４ タイミングウエーブジェネレータ ３６ 出力回路

フロントページの続き (72)発明者 アドルフ ヘンリー モエスル ジュニア アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー、マレイ ヒル、マウンテン アベニュ ー 785 (72)発明者 アシシュ マドゥカー ベングサーカー アメリカ合衆国、18103 ペンシルベニア、 アレンタウン、コールド スプリング ロ ード ＃８ 911

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある間隔を有する複数個のコンシステン
   トに偏光した光パルスを光ファイバの入力端に供給する
   手段と、 前記光ファイバの局所的な部分から前記入力端へ後方散
   乱された特定の偏光方向を有する光信号を同期検出する
   手段とからなることを特徴とする、光ファイバの局所的
   な部分の近傍における擾乱の発生を検出する装置。
2. 【請求項２】 前記同期検出が、前記擾乱の周波数に等
   しい周波数において実行されることを特徴とする請求項
   １の装置。
3. 【請求項３】 ある間隔を有する複数個のコンシステン
   トに偏光した光パルスを光ファイバの入力端に供給する
   手段と、 前記入力端に接続され、前記光ファイバの局所的な部分
   から後方散乱された特定の偏光方向を有する信号のみに
   応答して、前記光ファイバの局所的部分に影響を与える
   擾乱の周波数に対応してあるリファレンスレベルの上下
   に変化する、ある間隔を有する複数個の前記特定の偏光
   方向の後方散乱信号を生成する手段と、 前記生成手段の出力に応答して擾乱の発生を表す全体と
   しての出力信号を生成する目的で前記後方散乱信号強度
   レベルの前記リファレンスレベルより大きい場合および
   小さい場合のそれぞれを前記周期的擾乱の周波数と同一
   の周波数で個別に処理する手段と、 前記ファイバに対して印加された信号と前記全体として
   の信号の生成との間の時間の経過に応答して前記ファイ
   バに沿った周期的擾乱の位置を表示する手段とからなる
   ことを特徴とする、光ファイバの局所的な部分の近傍に
   おいて周期的擾乱の発生を検出しその位置を決定する装
   置。
4. 【請求項４】 前記光ファイバが単一モード通信級光フ
   ァイバよりなることを特徴とする請求項３の装置。
5. 【請求項５】 前記パルスを前記光ファイバに印加する
   手段がレーザーからなることを特徴とする請求項４の装
   置。
6. 【請求項６】 前記レーザーと前記ファイバの前記入力
   端との間に配置された偏光制御装置をさらに有すること
   を特徴とする請求項５の装置。
7. 【請求項７】 前記偏光制御装置と前記ファイバの前記
   入力端との間に配置され、前記光ファイバの前記入力端
   に接続された第一出力と前記特定の偏光方向を有する信
   号に対してのみ応答する前記手段に接続された第二出力
   とを有するスプリッタをさらに有することを特徴とする
   請求項６の装置。
8. 【請求項８】 前記特定の偏光方向を有する信号にみに
   応答する前記手段が偏光子を有することを特徴とする請
   求項７の装置。
9. 【請求項９】 前記偏光子の出力が検出回路に接続され
   ていることを特徴とする請求項８の装置。
10. 【請求項１０】 前記検出回路に接続されており、前記
    レーザーによってパルスが前記偏光制御装置および前記
    スプリッタを介して前記ファイバに対して印加されるの
    に対応する時間間隔の間に前記検出回路をディセーブル
    する制御回路をさらに有することを特徴とする請求項９
    の装置。
11. 【請求項１１】 前記検出回路の出力が演算ストレージ
    ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１０
    の装置。
12. 【請求項１２】 前記演算ストレージユニットに接続さ
    れていて前記ユニットの動作を制御するタイミングウエ
    ーブジェネレータをさらに有することを特徴とする請求
    項１１の装置。
13. 【請求項１３】 前記演算ストレージユニットの動作を
    制御する前記タイミングウエーブジェネレータによって
    生成された波形の周波数が検出さるべき前記擾乱の周波
    数と等しいことを特徴とする請求項１２の装置。