KR20020026863A - 광섬유 통신링크의 본질적인 안전장치 및 그 방법 - Google Patents

광섬유 통신링크의 본질적인 안전장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20020026863A
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에드웨드 이. 테페인즈
Original Assignee
추후기재
퓨쳐 파이브레 테크놀로지스 피티와이 엘티디
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Abstract

본 발명은 광섬유 통신링크 상에서 데이터의 부정간섭(tampering) 및 도청(tapping off)에 대하여 사용중인 광섬유의 안전성을 확보하기 위한 광도파 시스템을 개시한다. 상기 통신링크는 데이터신호를 전송하기 위한 어느 한 지점에서 다른 지점으로 연장되는 도파로(1000)를 구비한다. 데이터 송신기(20)는 데이터신호를 광섬유(1000)에 전송하고 데이터 수신기(22)는 데이터신호를 수신한다. 감지신호 송신기(40)는 광섬유(1000)에 감지신호를 전송하고 감지신호수신기(42)는 광섬유(1000)를 위한 감지신호를 수신한다. 상기 송신기들(20, 40)은 결합기(30)의 입력단들(76, 66)을 경유해 파장 다중화/역다중화 결합기(30)에 의해 상기 광섬유(1000)에 결합된다. 상기 신호들은 출력단들(7c, 6c)을 경유하여 또 하나의 파장 다중화/역다중화 결합기(32)에 의해 상기 수신기들(22,42)에 전송된다. 상기 결합기들(30, 32)은, 신호가 최소한의 전력손실로써 결합되는 한편, 상기 수신기(22)에 전송되고 있는 모든 데이터신호와 상기 수신기(42)에 전송되고 있는 모든 감지신호로써 최소한의 전력손실로 검출기들에 전송되도록 분리됨을 보장한다.

Description

광섬유 통신링크의 본질적인 안전장치 및 그 방법{INTRINSIC SECURING OF FIBRE OPTIC COMMUNICATION LINKS}
광장치들은 산업과 과학분야에서 널리 이용되고 있고 레이저공동(laser cavity), 도파관, 렌즈, 필터 및 다른 광소자들, 그리고 그들의 결합체 등을 포함한다. 이러한 광장치들은 다양한 기기나 설비에 이용된다.
광전자공학은 통신기술과 센서분야를 혁신하였다. 이것은 주로 광장치 및 광전자장치(opto-electronic device)의 급격한 발전에 기인한다. 다양한 유리재료, 머티리얼-도펀트(meterial-dopant) 및 도파관 구조가 이용가능한데, 본 명세서는 광섬유 통신 링크에 있어서 데이터의 무단간섭 및 도청에 대하여 사용중인 광섬유라인의 안전성을 보장하기 위해 구성된 광도파관 시스템에 관한 것이다.
광섬유 통신은 전통적인 통신수단에 대비해 여러 가지의 바람직한 특징과 장점들을 갖는다. 이러한 장점들은 다음과 같다.
▶ 더 넓은 대역폭과 용량
▶ 전기적 절연성
▶ 낮은 에러율
▶ 외부영향에 대한 면역성
▶ 간섭 및 크로스토크(crosstalk)에 대한 면역성
▶ 신호 보안성
▶ 강인성 및 유연성
▶ 잠재적인 저비용
통신시스템에서 정보운반수단으로서 광섬유의 높은 가능성은 과거 이십 년 동안 그 성능에 의해 입증되어왔다. 그의 높은 대역폭, 낮은 감쇠율 및 기계적 특성 덕분에 하나의 광섬유는 통신시스템에 있어서 1000개 이상의 구리선을 대체하는 것이 가능하다. 이러한 특징으로 인해 광섬유가 통신 분야에서 이용 가능한 가장 여유 있고 효율적인 전달매개체가 되어왔다. 더욱이, 상기 기술의 증가된 용량, 시스템 확장의 용이성, 그리고 축소된 설비, 작동 및 운용비용은 또한 산업 전반에 강력한 충격을 가져와 전통적인 통신 시스템 중의 많은 것을 대체하고 있다.
대부분의 통신 시스템들의 근간으로서 광섬유를 사용하는 것은 많은 양의 정보가 효과적으로 그리고 저비용으로 한 지점에서 다른 지점으로 전송될 수 있다는 것을 의미한다. 현대의 광섬유 통신망은 수백만 킬로미터 이상의 전세계적인 광섬유망을 전개하여 정부, 국방, 금융 및 개인의 중요한 비밀정보를 운반한다. 초기에는 광섬유전송이 본질적으로 안전하다고 생각되었지만, 이제는 광신호에 무시할만한 간섭을 주면서 광섬유로부터 정보를 도청(tap)하는 것이 비교적 용이하다는 것이 알려졌다. 광섬유케이블을 경유해 전송되는 정보의 100%를 추출하기 위해서는 그의 길이를 따라 소정의 위치에서 해당 광섬유를 약간 구부리거나 그에 대해 클램프(clamp)를 설치하면 충분하고, 그렇게 하면 광양자가 침입자의 수신장치에 누출될 것이라는 점이 자명하게 되었다. 상기 신호의 0.1dB(2%) 만이 누출될 경우에도 그것은 각각의 광자에 전송되고 있는 모든 정보를 함유할 것이다. 그럼에도 불구하고 다른 쪽 단말에서의 사용자는 그들 간의 통신에 있어서 어떠한 명백한 외부로부터의 방해도 느끼지 못하기 때문에 그의 정보가 부정하게 간섭 당하고 있다는 것을 결코 인식하지 못할 것이다. 0.1dB의 손실은 현대의 테스트장비 및 망관리 시스템에 의해서 실질적으로 측정가능한 광시스템의 최소광손실을 나타낸다. 동일한 기술이 기존의 정보흐름을 훼손하기 위해 또는 거짓 정보를 집어넣기 위해 사용될 수 있다. 이것은 광섬유 통신시스템 사용자들, 특히 몇 개만 열거하더라도 통신업자들, 은행, 중개소, 금고업자, 국방조직, 정부조직, 외교관 및 회사들에는 매우 심각한 보안문제를 일으킨다. 이러한 모든 정보 전달자들과 사용자들은 그들 자신의 데이터의 제3자에 의한 침입, 무단 간섭 및 도청에 매우 취약하다. 이러한 취약성은 현재까지는 공개적으로 문제화되지는 않았는데, 그 이유는 공급자들 및 사용자들이 그러한 잠재적인 위협을 이해하고 있지 못하거나 어떠한 효과적인 해결수단을 갖고 있지 못하기 때문이다. 대부분의 사람들이 오늘날 광섬유가 가장 안전한 통신수단이라고 믿고 있지만, 이것은 불행하게도 실제 사실은 아니다.
오늘날까지 광섬유통신에 대한 침입에 대응하는 유일한 기술은 다음의 것들을 이용하는 것을 포함하였다:
▶ 전송되고 있는 정보의 암호화;
▶ 물리적 장벽에 입각한 물리적인 보안시스템(예를 들면, 광섬유에 더 두꺼운 피복을 입히기, 케이블에 더 두껍고 단단한 보호 자켓을 입히기, 케이블을 도관에 넣기 등등); 및
▶ 광섬유 파열, 예각굴곡, 광섬유 감쇠, 또는 연결기 손실을 검출하기 위한 광시간영역 반사계(reflectometer:OTDR)를 사용하는 정적 또는 저속변화 측정방법.
암호화기술은 비용이 많이 들고, 종종 시스템의 속도를 상당히 그리고 바람직하지 못하게 감소시키며, 전제적으로 완전히 안전하다고는 할 수 없다.
물리적 보안방법은 광섬유통신링크와의 무단침입을 들춰내기에 정말로 비효율적인데 그 이유는 문제를 찾아내기 전에 광섬유가 절단되거나, 찢어지거나, 심하게 굴절될 필요가 있기 때문이다.
상기한 OTDR은 광섬유 케이블에 대한 동적 또는 일시적인 방해를 검출하는 데 비효율적이다. 덧붙이면, 그것의 기능성은 OTDR을 단지 광손실을 상대적으로 낮은 감도로써 측정하는 데에 한정되게 함으로써 케이블에 대한 중요하고 영구적인 또는 매우 천천히 변화하는(그리고 종종 유해한) 효과를 측정하는 것에 실질적으로 한정된다.
수백만 킬로미터의 광섬유가 전세계에 배치되어, 광섬유의 부정간섭, 완전무결함에 대한 감시 및 결함과 손상의 시점에 대한 예측이 광섬유통신 시스템의 보안과 신뢰성을 위해 중요하다. 광섬유 케이블에 대한 부정간섭 또는 완전무결함을 모니터하기 위한 가장 최근의 기술은 OTDR을 사용하는 정적인 또는 매우 천천히 변화하는 측정방법에 기초하고 있다. 그러나, 광섬유 케이블을 따라서 어느 곳에서든지 비파괴적인 장애에 대한 실시간(real-time)적인, 준정적(quasi-static) 및 동적 정보를 획득할 수 있다는 것은 기술적 대성과일 것이다. 이것은 케이블에 대한 장애와 케이블 부근의 구조 및 물질이나 또는 해당 케이블이 부착된 구조나 물질에 대한 어떠한 장애에 대해서도 모니터할 수 있다는 추가적인 장점을 갖는다. 그러한 능력은 또한 동시적, 실시간적인 광섬유 통신과 함께, 구조상의 무결함 감시, 누출검사, 접지감시, 기기상태 감시 및 침입검출 등과 같은 센서응용 전반을 가능케 할 것이다.
이것은 광섬유가 단순히 신호운반체 이상의 것일 수 있기 때문에 가능하다. 광섬유 코어에 발사되고 한정되는 빛은 외부영향에 의해서 작용되지만 않는다면 교란되지 않은 길이의 광섬유를 따라서 전파한다. 유도되는 광의 특성(즉, 진폭, 위상, 파장, 극성, 형태상의 분포, 체공시간 등) 중의 어떤 것을 변화시키는 광섬유 상의 장애가 모니터될 수 있고 그러한 장애의 영향의 크기에 관련될 수 있도록 특별한 감지기기가 구성될 수 있다.
그러한 광의 변조(modulation)는 하기와 같은 것을 포함하는 광범위한 사건과 조건들을 측정을 가능하게 만든다:
ㆍ변형/잔류변형(residual strain)
ㆍ변위(displacement)
ㆍ손상(damage)
ㆍ균열(cracking)
ㆍ진동/주파수
ㆍ응력변형(deformation)
ㆍ충격
ㆍ음향방출
ㆍ액체레벨
ㆍ압력
ㆍ온도
ㆍ부하
광섬유 감지기술은 지난 10년 동안 급격한 발전을 이루었다. 다른 구성의 광섬유 감지장치가 특정한 파라미터들을 모니터하기 위해 개발되었는데, 이들 각각은 광변조의 원리에 대해서는 서로 다르다. 광섬유 센서들은 해당 섬유가 각각 감지요소이냐 또는 정보운반체이냐에 따라서 내재적이거나 외인성일 수 있다. 센싱의 측정길이가 비연속적인 영역에 국한될 경우 그들은 "포인트(point)" 센서라고 칭하여진다. 그런데, 만일 센서가 전체 길이에 대해서 연속적으로 측정할 필드를 감지할 수 있다면, 그것은 "분포형(distributed)" 센서라고 칭한다. 그런데, 준(quasi)-분포형 센서는 광섬유 전길이에 걸쳐 여러 위치에 배열된 상기 포인트 센서를 이용한다. 광섬유 센서는 전송형일 수도 있고 광섬유 단면(end-face)을 거울화함으로써 반사구성형으로 사용될 수도 있다.
그러므로 광섬유 광센서는 실제적으로 일종의 감지장치이다. 그것은 전기변형측정기나 피에조일렉트릭 변환기(piezoelectric transducer) 등과 같은 많은 전통적인 센서들과는 달리 단일한 구성과 작동에 국한되지는 않는다. 따라서 광섬유는 감지기술의 응용에 있어 전통적인 전기적 장치들의 역할을 대체하고 있는 중이고, 이것은 우리가 다수의 새로운 감지기술과 그에 따른 실제적인 이득이 적용되고 있는 많은 응용예를 인지할 수 있는 단계까지 발전하고 있다.
그러나 현재까지 대부분의 광섬유 감지시스템은 포인트 센서 장치에 기초를 두고 있어서 넓은 지역 또는 장거리 영역을 취급하기 위해서는 많은 수의 센서들을 필요로 할 것이다. 이러한 시스템의 관련 비용과 복잡성도 또한 빈번하게 제한적이고 비현실적이다.
매우 적은 수의 분포형 센서 기술이 개발되었고 현재 상업적으로 이용 가능하다. 개발된 것들 중에서 대부분은 단지 온도만을 모니터하고 그 중 적은 숫자만이 광섬유 성을 따라서 감지된 파라미터 또는 장애의 지역이나 위치를 실제적으로 찾는 능력을 갖고 있는데, 그들은 하나의 사건이 발생했음을 단순히 검출하거나, 경보하거나, 때로는 정량화한다. 더욱이, 이러한 기술들 중의 많은 것들은 매우 좁고, 낮은 전력의 후반사(back-reflected) 광학펄스(대부분 OTDR 원리에 기초함)의 비행시간을 측정하고 평균화하는 것에 따른 필요조건 때문에 정적(static) 또는 매우 늦게 변화하는 파라미터들에만 종종 국한된다.
그러나, 광섬유에 대한 장애의 어떠한 형태에 관한 실시간적, 준-정적 및 동적 정보를, 특히 너무 빨리 일어나서 OTDR기술로써는 검출할 수 없는 일시성 사건들에 관한 그러한 정보를 또한 획득할 수 있다는 것은 중요한 기술적 진보일 것이다. 이것은 당해 사건을 찾을 수 없는 분산형 감지기술을 그러한 사건들을 찾을 수 있는 호환성 기술과 결합함에 의해서 수행될 수 있다. 그러한 능력은 상기한 광섬유 근방의 어떠한 구조나 물질, 또는 그 광섬유가 부착되는 구조나 물질을 모니터하는(예를 들면, 구조상의 무결함 감시, 파이프라인 누출검출, 접지모니터링, 기계상태 감시 및 고보안구역에 대한 침입감시 등) 추가적인 이점을 제공할 뿐만 아니라 광섬유케이블에 대한 부정간섭이나 제3자의 방해를 검출하는 것과 같은 진정한 분산형 감지기술의 적용을 가능하게 할 것이다.
본 출원인의 국제출원번호 PCT/AU95/00568호는 광섬유 분포형 진동감지기술을 개시한다. 이 감지기술은 특유한 광섬유 모드측정기법적(modalmetric)인 센서구성에 입각하였다. 이 기술은 대부분의 다중모드 광섬유 센서의 본질적인 약점들을 극복해서 진정으로 지역화 되고 기계적으로 안정한 선형성의 감지능력을 제공한다. 상기 감지는 모드측정기법적인 간섭효과를 사용함으로써 달성되는데, 이것은 외부적인 동요에 의한 다중모드 광섬유에서의 모드상의 분포(효과적으로 강도를 변화시킴)의 조절에 근거한다. 이 방법에 있어서 센서의 응답은 광섬유의 민감한 부분에 대한 장애의 직접적인 함수이다. 상기한 장애는 어떠한 물리적 운동의 형태일 수도 있고 (즉, 방사선상으로 또는 축상으로의 압축, 신장, 뒤틀림, 진동 등), 또는 마이크로폰효과(즉, 이동하는 스트레스파 또는 음향방출)일 수도 있다. 지정된 응용에 맞도록 감지길이를 변경하는 능력은 본 기술의 주요한 그리고 특유한 이점이다. 이것은 감지기술을 광섬유 통신과 결합할 때와 같이 장거리의 감지길이가 요구될 경우 특히 적절하다. 감지길이에 부과되는 유일한 제한은 시스템의 광파워 설비의 예산에 존재한다. 따라서 더 장거리의 감지 길이가 요구된다면, 더 높은 파워의 레이저가 필요하다.
상기 국제출원에 따른 시스템은 광섬유의 전체길이를 따라서 어느 곳에서든지 실시간으로 어떠한 광섬유에 대한 작거나 큰 장애를 검출하고 특징화하기 위한 간단하고, 효율적이며, 저렴한 기술을 제공한다. 이것은 부정간섭경보, 침입경보, 또는 무결함 테스트 감지케이블과 같은 광섬유 통신 케이블을 동시에 활용하는 능력을 제공함으로써 광케이블 및 그 주변 구조물(예를 들면, 그라운드, 터널, 덕트, 파이프, 빌딩, 장비, 용기 등등)에 대한 연속적인, 실시간의 모니터링을 제공한다.
상기 기술의 주요한 특징 중의 하나는 파장에 대한 독립성 때문에 구성이 유연하다는 점이다. 이것은 어떤 종류의 광섬유와 함께 사용하는 것을 가능하게 만들기 때문에 새로운 케이블의 설치와 비용이 필요함이 없이 기존의 광섬유 통신 케이블에 동시에 역으로 맞춰지거나 통합될 수가 있다.
그 다음에, 이 기술은 보안에 관하여 어떠한 통신시스템에도 중요한 가치를 부가하면서 그리고 기존의 광섬유 통신망에 분포형 감지기술의 통합을 용이하게 가능하게 하면서 동일한 광섬유 또는 케이블 내에서 통신시스템과 동시에 동작될 수 있다는 것이다. 이것을 달성하기 위하여, 동시적인 통신과 감지를 위한 표준 단일모드(9/125㎛) 및 표준 다중모드(62.5/125㎛) 광섬유시스템에 사용될 수 있는 파장다중화 광섬유시스템이 개시되었다.
도 1은 동시적인 광섬유 통신 및 감지시스템의 개시를 위해 사용된 구성을도시한다. 상기 시스템의 구성은 각 단에서 표준 3dB(50%의 분할(스플릿)비), 2x2 광섬유결합기 3a, 3b를 갖는 단일 또는 다중모드의 광섬유링크 1로 이루어져서 송신기와 수신기 단에서 각각 두 개의 파장의 다중화 및 역다중화를 가능케 하였다. 통신 채널에서 InGaAs 검출기 2b의 반응성이 감지파장에서는 무시할만하기 때문에 감지 파장의 선택이 매우 중요하였다. 따라서 통신 채널 2a는 1300㎚의 파장에서 동작하도록 선택되고, 반면에 감지채널 4a는 633㎚ 또는 850㎚에서 동작하도록 선택된다. 이것은 감지채널에서 활용된 Si 검출기 4b가 1300㎚ 통신신호에 응답하지 않기 때문에 채널간 크로스토크가 무시할만하다는 것을 보증하였다.
도 2는 광섬유 링크의 단구간에 진동성 장애가 발생했을 때 도 1의 감지기 구성에 따른 결과를 도시한다. 캔틸레버(cantilever) 빔 구성을 사용하는 광섬유링크의 소구간(5㎝)에 진동성 장애가 인가되었다. 상기 섬유는 빔의 길이를 따라서 단순하게 세로로 테이프로 붙여졌다. 28㎞ 단일모드(SM) 링크에 대한 전형적인 센서의 응답이 도2a에 도시되고, 53㎞ 다중모드(MM) 링크에 대한 전형적인 센서의 응답이 도2c에 도시된다. 이로부터 알 수 있듯이, 매우 양호한 신호품질이 획득되었다. 더욱이, 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transforms: FFTs)(도 2b 및 도 2d 참고)은 상기 빔의 자연주파수를 양자의 링크와는 -18Hz인 것으로서 명백히 확인한다.
따라서, 각각 633㎚ 및 850㎚의 감지파장을 사용하는 500㎒ 아날로그 통신채널 대역폭 시스템뿐만 아니라 50Mb/s의 통신 데이터율을 갖는 SM 광섬유 링크에 대한 동시적이고 비간섭적인 통신 및 감지기능이 성공적으로 입증되었다.
이 기술이 안전한 광섬유 통신 케이블을 확보하는 데에 효과적이라는 것을 입증하였지만, 이것은 상업적인 매력을 제한하는 하나의 중요한 제한성을 아직도 갖고 있다. 그것은 광섬유에 대한 장애의 위치를 정확히 지적할 수 없다는 점이다. 이러한 결점을 해소하기 위하여 본 출원인의 국제출원 PCT/AU99/01028호는 광섬유 감지시스템에서 장애위치를 찾아내기 위한 호환성 있는 방법 및 기술을 개시한다. 상기 기술은 두 개의 단부(two-ended)로 된 광섬유구성에 있어서 같은 사건에 의해 영향받는 전달성 반-전파성(transmissive counter-propagating) 광신호들 간의 시간지연이나 차이의 측정에 의존한다. 이러한 새로운 구성에 있어서 도 3에 도시된 바와 같이 연속파(CW) 광신호들 S 및 S1은 바람직하게는 단일한 광원으로부터 감지광섬유 1 또는 광섬유세트의 반대쪽 단부들에 동시에 발사되고 동기화된 광검출기에 의해서 동시에 검출된다. 광신호의 펄스화가 어떤 구성에서는 사용되기도 하지만 여기서 반드시 요구되지는 않는다. 반-전파 신호들을 변화시키는 작용을 하는 어떤 감지된 파라미터들 P는 같은 방법으로 양 신호에 영향을 줄 것이나, 영향을 받은 반-전파 신호들은 그들 각각의 광검출기들로 광섬유 길이의 나머지 구간을 각각 계속 이동해야 하므로 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연이나 시간차이가 존재한다. 상기 시간지연은 광섬유의 길이를 따라 감지된 사건의 위치에 직접 비례한다. 따라서, 상기한 시간지연이나 차이가 검출되거나 측정되면, 해당 사건의 위치가 결정될 수 있다. 그와 동시에 적절한 감지장치가 사용된다면, 감지된 사건은 정량화되거나/식별될 수 있다(즉, 변형, 진동, 음향방출, 과도적인 온도 등). 더욱이 비민감성의 광섬유 지연라인들 L이 전달성 반-전파 신호들 간에 부가적인 지연을 더 주기 위하여 그리고 비민감성(insensitive)의 납(lead) 광섬유를 제공하기 위하여 어느 한쪽 또는 양쪽 단부의 감지섬유에 연결될 수도 있다.
이러한 기술은 동적 및 일시적 사건들이 실질적으로 어떠한 분포형 광섬유감지 시스템에 있어서도 그 위치가 찾아질 수 있게 하며, 그리고 그의 전달성 반-전파 기술은 OTDR 이론의 제한과 복잡성을 갖지 않는다.
상기 시스템은 다음과 같은 이점을 갖는다:
ㆍ광섬유 길이를 따라 어느 곳에서도 동적 및 일시적 사건들이 검출되고, 정량화되고, 특성화되고, 위치가 식별되게 하는 것을 가능케 하면서, 실질적으로 기존의 어떠한 종류의 전달성 분포형 광섬유 센서에 대해서도 동작한다.
ㆍ전달성 구성(transmissive configuration)으로 동작함으로써 신호평균을 요구하지 않고 전체 광신호 및 파워를 검출기에 다시 전송할 수 있다.
ㆍ동일한 장애에 의해 영향을 받은 반-전파 광신호들 간에 측정된 시간지연을 통해 사건들의 위치를 결정한다. 따라서 공간적인 해답은 데이터 포착(acquisition) 시스템의 속도에 의해 한정되고 결정된다.
ㆍ펄스화 기술로써 동작 가능하지만 레이저 펄스를 필요치 않는다.
전술한 두 가지의 진전에 의해서, 도4에 도시된 바와 같이, 케이블에서의 비활성("dark") 광섬유를 활용함으로써 광섬유통신 케이블에 대한 장애를 모니터하고 그 위치를 알아내기 위한 하나의 가능한 구성이 제안되었다. 그러나, 산업계로부터의 요청에 따르면, 어떤 상황에서는 사용중인("live") 광섬유를 모니터할 필요성이 있음이 강조되어왔다.
이러한 필요성에 대한 간단한 해법은 도 1에 도시된 파장다중화 방법을 활용하는 것이다. 그러나, 3dB 결합기의 사용은 6dB의 부가적인 최소 광학손실을 가져오고, 이것은 대부분의 통신 시스템의 최적 광파워 사양을 위한 예산에 심각한 문제를 초래할 수 있다. 궁극적으로, 한 통신시스템에 대한 광파워 손실을 최소화하는 그러한 광학장치로써 모드측정기법의 감지 및 위치식별 기술을 실시하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 그러한 장치가 또한 상기 감지시스템에 대한 광파워 손실을 최소화한다면, 감지하고 있는 광섬유의 길이를 하나의 통신 노드를 넘어서 연장하기 위하여 감지신호를 위한 통신노드 또는 접합부 바이패스 장치를 설계하고 구성하는 것이 가능할 것이다. 이것은 링 형태의 망(ring topology network)에 특히 유용하다.
본 발명은 광섬유 통신링크에 있어서 데이터의 부정간섭(tampering) 및 도청(tapping-off)에 대해 사용중인 광섬유 라인의 안전성을 확보하기 위해 구성되는 광도파관(optical waveguide) 시스템에 관한 것이다.
도 1은 모드측정기법(modalmetric) 감지기술을 사용하는 통합형 광섬유 감지 및 통신 시스템을 도시하는 개요도;
도 2a, 2b, 2c 및 2d는 진동장애가 광섬유링크의 짧은 구간에 적용되었을 때 도1에 도시된 감지장치로부터 얻은 결과를 도시하는 그래프들;
도 3은 광섬유 감지시스템에서 사건의 위치를 찾아내기 위한 도파관 전달성 반-전파 신호방법의 기본원리를 도시하는 개요도;
도 4는 도 3의 방법에 의해 형성되는 장애위치 식별능력과 모드측정기법의 감지기술을 활용하는 결합형 광섬유 감지 및 통신장치를 도시하는 개요도;
도 5는 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 전달형(transmissive) 감지장치구성을 도시하는 개요도;
도 6은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 반사형(reflective) 감지장치구성을 도시하는 개요도;
도 7은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 2-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도;
도 8은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 1-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치 구성을 도시하는 개요도;
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 전달형 감지장치의 구성을 도시하는 개요도;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 반사형(reflective) 감지장치의 구성을 도시하는 개요도;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 2-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도;
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 1-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도;
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 하나의 통신노드 이상으로 감지섬유의 길이를 신장하기 위하여 감지신호를 위한 하나의 접합 바이패스 장치를 형성하는, 단일모드 광섬유의 3-노드, 포인트-대-포인트 망구성에 있어서 다수의 WDM 결합기들을 사용하는 구성을 도시하는 개요도;
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 하나의 통신노드 이상으로 감지섬유의 길이를 신장하기 위하여 감지신호를 위한 하나의 접합 바이패스 장치를 형성하는, 다중모드 광섬유의 3-노드, 포인트-대-포인트 망구성에 있어서 다수의 WDM 결합기들을 사용하는 구성을 도시하는 개요도;
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 링 형태(ring topology)의 전체 망을 가로질러 상기 감지 광섬유의 전체길이를 신장하기 위하여 상기 감지신호들을 위한 다수의 접합 바이패스 장치들을 형성하는, 링 형태의 광섬유 망으로 구성된 다수의 WDM 결합기들과 하나의 전달형 감지장치를 사용하는 구성을 도시하는 개요도; 및
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 상기한 링 형태의 전체망을 가로질러 상기 감지 광섬유의 전체길이를 신장하기 위하여 상기 감지신호들을 위한 다수의 접합 바이패스 장치들을 형성하는, 링 형태의 광섬유 망으로 구성된 다수의 WDM 결합기들과 하나의 반-전파 감지 및 위치식별 장치를 사용하는 구성을 도시하는 개요도이다.
본 발명의 목적은 통신 및 감지신호 양자에 대한 광손실을 최소화하면서 광섬유 통신링크 상의 데이터의 부당간섭(tampering) 및 도청(tapping-off)에 대한 사용중인 광섬유선의 보안성을 확보하기 위한 광도파관 시스템을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 광도파관 통신링크는:
한 위치에서 다른 위치로 신호를 전달하는 도파관;
제1파장에서 상기 도파관으로 데이터신호를 발사하는 데이터송신기;
도파관으로부터 데이터신호를 받는 데이터수신기;
상기 제1파장과는 다른 제2파장으로 상기 도파관에 감지신호를 발사하는 감지신호 송신기;
감지신호가 상기 도파관을 통해 이동한 연후에 상기 감지신호를 검출하는 감지신호검출기; 및
상기 도파관, 상기 데이터수신기 및 상기 감지신호검출기 사이의 신호분할수단으로서, 상기 제1파장에서의 신호가 이 신호분할수단에 의해서 상기 제2파장에서의 감지신호로부터 분리되어, 심각한 손실이 없이 그리고 감지신호의 주요성분이 없이 상기 데이터신호의 실질적으로 모든 부분이 상기 데이터수신기로 보내지는 한편, 심각한 손실이 없이 그리고 데이터신호의 주요성분이 없이 상기 감지신호의 실질적으로 모든 부분이 상기 감지신호검출기로 보내지는 신호분할수단을 포함한다.
따라서 본 발명에 따르면 감지신호 및 통신신호 둘 다 단일한 도파관으로 발사되어 그 도파관을 따라서 전송될 수 있고, 거기서 상기 시스템은 각각의 데이터수신기와 신호감지검출기로의 전송을 위해 감지신호와 데이터신호의 개별적인 파장성분을 분리하여, 두 신호들이 서로 다른 신호에 의한 실질적인 악영향이 없이 그리고 최소한의 광파워 손실로써 수신되도록 한다. 그리하여 전송되는 데이터신호와 감지신호의 감도가 매우 향상됨으로써 데이터의 적절한 통신을 가능하게 하여줄 뿐만 아니라 도파관으로부터 데이터를 도청하기 위하여 도파관에 개입하려는 어떤 시도에 대해서도 적절한 감지가 가능하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 신호분할수단은 파장 다중화/역다중화 도파관 결합기를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도파관으로부터의 데이터신호와 감지신호송신기로부터의 감지신호는 파장 다중화/역다중화 결합기에 의해 수신되어 상기 도파관을 따른 전송을 위한 신호들을 결합한다.
동일한 광섬유에서 통신 및 감지신호들의 각각의 파장성분들을 결합하고 분리하기 위한 파장 다중화/역다중화(WDM) 도파관 장치는 광파워 손실을 최소화한다. 예를 들면, 통상적인 2x2 결합기가 어느 방향에서든지 전송된 광을 두 개의 대략 동일한 신호들(50/50% 파워분할)로 분리하는 반면에, WDM 결합기는 상당히 작은 손실로써(통상 -10%) 특정한 파장을 효과적으로 빼내거나(tap off) 삽입한다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 감지신호송신기와 감지신호검출기는 상기한 한 위치와 다른 위치에 각각 존재한다.
그러나, 다른 실시예들에 있어서는 상기 감지신호송신기와 감지신호검출기가 상기한 한 위치 또는 다른 위치 중의 어느 하나 또는 또 다른 위치에 놓여질 수 있는데, 여기서 상기 신호분할수단에 의한 데이터신호에서의 감지신호의 분리 후에 도파관을 통해서 감지신호를 다시 반사시키기 위한 반사기가 제공된다.
바람직하게는, 상기 반사기는 반사경을 포함한다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 감지신호송신기는 반-전파 (counter-propagating) 감지신호를 도파관에 발사하기 위한 반-전파 감지신호 송신기를 포함하는데, 상기 감지신호는 도파관을 통해 반대방향으로 이동하여 하나의 혼란상태 감지사건(perturbing sensing event)이 반(카운터)/현재의 감지신호들 모두에서 검출되는 시간들 사이의 차이에 의해 도파관에 대한 장애의 위치가 결정되는 것을 가능케 한다.
바람직하게는, 도파관과 관련한 부정한 간섭의 존재를 나타내는 해당 도파관에 대한 장애를 식별하기 위한 신호에 있어서 파라미터의 변화를 결정하기 위한 감지신호 처리를 위한 처리수단이 제공된다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 통신 링크는 다수의 통신노드들을 포함하되 상기 노드들 중의 적어도 하나는 상기한 데이터송신기를 구비하도록 구성하고, 상기 통신링크는 상기 데이터수신기와 상기 데이터송신기를 더 구비하는 제2노드와, 그리고 상기데이터수신기를 적어도 더 구비하는 제3노드를 포함하고, 상기 도파관은 상기한 각각의 노드를 서로 연결함으로써, 상기 감지신호가 상기한 제1노드로부터 제3노드로 도파관을 통해 통과하도록 구성된다.
다른 실시예에 있어서는, 상기 도파관은 해당 루프를 따라 배치된 다수의 통신노드들을 포함하는 하나의 연속된 루프를 형성하고, 적어도 하나의 루프는 상기한 감지신호송신기와 감지신호검출기를 구비하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 노드들의 어느 하나에 위치한 데이터송신기에서부터 또 하나의 다른 노드에 있는 데이터수신기로 데이터신호를 전송하기 위한 상기 신호의 결합수단이 제공된다.
본 발명은 또한 광도파관 통신링크에 존재하는 것으로 정의할 수도 있는데, 상기 통신링크는:
어느 한 위치에서 또 다른 위치로 신호를 운반하는 도파관;
데이터신호를 상기 도파관에 발사하는 데이터송신기;
상기 도파관에 결합되고, 제1출력단과 제2출력단을 구비한 제1파장 다중화/역다중화 도파관 장치;
상기 도파관을 따라서 데이터신호와의 전송을 위해 데이터신호의 파장과 다른 파장을 갖는 감지신호를 상기 도파관에 발사하는 감지신호 송신기;
상기 제1출력단에 접속되고 상기 도파관 장치로부터 데이터신호를 수신하는 데이터수신기; 및
상기 제2출력단에 접속되어 상기 도파관 장치로부터 감지신호를 수신하는 감지신호검출기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 도파관 장치는 파장 다중화/역다중화 결합기를 포함한다.
바람직하게는, 제2도파관 장치가 상기 제1도파관 장치로부터 멀리 떨어진 도파관에 접속되고, 상기 제2도파관 장치는 제1입력단과 제2입력단을 구비하고, 상기 제1입력단은 데이터송신기에 그리고 제2입력단은 감지신호송신기에 접속되어, 데이터신호와 감지신호가 상기 도파관으로의 발사를 위해 제2도파관 장치로 전송된다.
바람직하게는, 상기 제2도파관 장치는 그로부터 데이터신호 및 감지신호 양자를 입력하는 출력단에 의해 상기 도파관에 접속된다.
바람직하게는, 상기 제1도파관 장치는 상기 데이터신호 및 감지신호 양자가 하나의 입력단을 통해 상기 제1도파관 장치에 전송되도록 상기 입력단에 의해 상기 도파관에 접속된다.
바람직하게는, 상기 제1도파관 장치는 상기한 입력단과 제1 및 제2 출력단들을 갖는 제1파장다중화/역다중화 (WDM) 결합기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2도파관 장치는 상기한 제1 및 제2 입력단과 출력단을 갖는 제2파장다중화/역다중화 (WDM) 결합기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 도파관은 광섬유를 포함하고, 상기 광섬유는 단일모드 또는 다중모드 광섬유이어도 좋다.
또 하나의 실시예에 있어서, 상기 제1WDM 결합기의 제2출력단은 상기 WDM 결합기를 통해 감지신호를 상기 도파관에 다시 반사하기 위한 반사기에 연결되고, 상기 제2WDM 결합기의 제2입력단은 보조결합기(ancillary coupler)에 연결되고, 이 보조 결합기는 제1 및 제2보조입력단들을 가지며, 상기 제1보조입력단은 감지신호송신기에 연결되며, 제2보조입력단은 감지신호검출기에 연결되어, 반사기로부터 다시 반사된 상기 감지신호가 상기 제1WDM결합기를 통해 통과하고, 그리고 제2WDM결합기를 통해 제2입력단에, 상기 보조결합기를 통해 제2보조입력단에 그 다음으로 감지신호검출기로 통과한다.
본 발명의 바람직한 실시예는 광섬유 통신링크에 있어서 데이터의 부정한 간섭 및 도청에 대항하여 현재 사용중인 광섬유 라인의 보안성을 확보하기 위한 도파관 시스템을 제공하는데, 상기 시스템은 하기의 것을 포함한다:
·통신시스템 광원과 다른 파장에서 동작하는 감지시스템 광원의 제공;
·감지 및 통신신호들을 하나의 도파관에 효율적으로 결합하는 파장다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기(단일 또는 다중모드의)의 제공;
·상기 파장다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기로부터 광을 입수하기 위한 실리카 도파관(단일 또는 다중모드의)의 제공, 여기서 상기 실리카 도파관은 그의길이를 따라서 필요한 방법으로, 특히 감지파장과 도파관 특성이 통신신호에 영향을 주지 않으면서 전술한 모드측정기법의 감지 및 위치식별 기술의 필요조건들을 만족하도록 하는 방법으로 상기 감지 및 통신신호들을 전송할 수 있음;
·상기 감지 및 통신 신호들 양자에 대한 광파워 손실을 최소화하면서 상기 감지 및 통신신호들을 두 개의 출력 도파관 포트들로 효율적으로 분할(split) 또는 분리(separate)하는 파장 역다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기(단일 또는 다중모드의)를 제공; 및
·감지신호 및 필요시 동일한 파라미터에 의해 영향 받은 반-전파 감지 광신호들을 검출하고 감지된 사건의 위치를 결정하기 위하여 신호들 사이의 시간지연 또는 차이를 결정하는 검출수단의 제공.
가급적이면, 무반응성(insensitive) 납 도파관을 제공하기 위해, 그리고 적용가능하다면, 전달성의 반-전파(counter-propagating) 신호들 간의 추가적인 지연을 더하기 위하여 어느 한쪽 또는 양쪽 단부에서 상기 제1실리카 도파관에 실리카 도파관들이 더 연결된다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 파장 역다중화 도파관 결합기의 감지파장 출력포트는 반사모드에서 감지기술을 사용하도록 반사경으로써 종결된다. 유사하게, 반사경이 장착된 도파관이 상기 파장 역다중화 도파관 결합기의 감지파장 출력포트에 연결될 수 있다.
만일 감지기술만이 활용된다면, 바람직하게는 상기 검출수단은:
·실리카 도파관의 감지신호로부터 전송되거나 반사된 방사광을 받아들이는광검출기(photo-detector); 및
·상기 광검출기로부터 신호들을 받고 감지된 사건들을 등록하기 위하여 상기 신호들을 분석하는 처리수단을 포함한다.
만일 감지기술뿐만 아니라 위치식별기술이 활용된다면, 상기 검출수단은 바람직하게는:
·실리카 도파관의 반전파성 신호들로부터 방사광을 동시에 받아들이는 제1 및 제2 광검출기들; 및
·상기 제1 및 제2 광검출기로부터 신호들을 받고 감지된 사건들을 등록하기 위하여 상기 신호들을 분석하고 동일한 장애로부터 영향을 받은 상기 반전파성 신호들 간의 시간지연 또는 시차를 결정하는 처리수단을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서 실리카 도파관은 감지파장에서는 다중모드의 섬유이고, 납(lead) 도파관들은 감지파장에서는 단일모드의 섬유이다.
바람직한 실시예에 있어서, 제한은 없지만, 분포형 감지기술은 반응성(sensitive) 다중모드 광섬유에 대한 비민감성 단일모드 광섬유의 융합접합(fusion splicing)을 활용하는 모드측정기법적인 기술에 근거한다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 사건들의 위치식별을 위한 전달성 반-전파 신호방법이 사용되고, 적절한 광학 장치가 신호들을 검출하기 위한 시스템의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 사용된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 파장다중화/역다중화(WDM) 결합기들은 2x1 WDM 결합기들이다. 다른 실시예에 있어서, 그것들은 2x2, 3x1, 4x2 등과 같은 적절한 멀티포트 장치일 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 모든 광섬유들과 그 장치들은 융합접합에 의해 연결된다. 다른 실시예에서는, 광섬유들과 그 장치들은 기계적 접합, 연결화된 리드(leads) 및 관통어댑터(through-adaptor) 등과 같은 적절한 기술에 의해서 연결될 수 있다.
다른 실시예에서는, 상기 WDM 결합기들은 교호적 파장 여과(filtering), 조절(conditioning), 결합(combining), 분리(splitting) 및 전달(directing) 장치들로써 대체되어도 좋다.
다른 실시예에서는, 다수의 WDM 결합기들이 링 형태의 망으로 활용되는데, 이것은 감지 광섬유의 길이를 하나의 통신노드를 넘어서까지 신장하기 위하여 감지신호를 위한 접합부 바이패스(junction bypass)를 형성한다.
바람직하게는, 상기 도파관은 적어도 하나의 광섬유 및/또는 적어도 하나의 광섬유장치를 포함한다. 본 발명의 어떤 실시예에 있어서는 상기 도파관은 어떤 부가요소 없이 단지 광섬유만을 포함할 수도 있다. 그러나, 광섬유는 그의 길이를 따라서 수동 또는 능동소자들을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 광섬유는 그의 길이를 따라서 감지요소를 포함할 수 있고 그 감지요소들은 도파관에서 전파하는 감지 전자기방사의 특성 및 특징에 영향을 미치는 그리고 적용환경에서 소망하는 파라미터의 변화에 반응하는 장치들을 포함할 수 있고, 그럼으로써 파라미터의 변화에 대한 표시를 제공한다.
바람직하게는, 어떠한 적절한 형태의 CW 또는 펄스로 된 단일 또는 다중의파장 소스 또는 다수의 소스들이 사용되어도 좋다. 바람직한 실시예에서, 한정하는 것은 아니지만, CW 또는 펄스의 코히런트(coherent) 레이저 다이오드가 광신호를 공급하기 위해 사용된다. 다른 실시예에서는 동일한 또는 변화하는 파장의 다중 광소스가 상기 감지신호 또는 다수의 감지신호들을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서는 하나의 송신장치에 감지 및 데이터 송신기들을 결합하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직함 실시예는 레이저다이오드, 광방출다이오드, 광검출기, 결합기, WDM 결합기, 아이솔레이터(isolator) 및 필터와 관련하여 완전히 광섬유로 된 저가의 광장치들을 활용할 잠재적 능력을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서 어떠한 적절한 광원, 광커플러 및 광검출기가 센서들 및 위치확인 시스템들과 함께 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서 광원의 필요한 광학적 특성은 광이 단일모드 도파관으로 투광되고 거기에서 전파되도록 한다는 것이다. 위치측정(localization)을 위해서는 단일모드 광섬유에서 전파하는 광은 상기 단일모드 광섬유에서의 전체 이동시간 동안 단일모드로 유지해야만 한다. 상기 광이 일단 단일모드 광섬유로부터 다중모드 광섬유로 투광되면, 여러 가지의 모드가 여기될 수 있고, 다중모드의 광섬유는 다양한 파라미터들에 민감할 것이다. 광이 일단 다중모드 광섬유로부터 단일모드 섬유로 다시 투광되면, 단지 단일모드만이 유지되고 시스템의 광요소들로 이동한다. 인입/인출 광섬유 비감각화(lead-in/lead-out fiber desensitization) 및 센서 위치측정이 이러한 방법으로 달성된다. 실제상의 응용에서는 상기 단일모드 섬유는 신호 대 잡음비를 개선하기 위하여 모든 클래딩(cladding) 모드들을 감쇠하기에 충분히 길게 만들어져야만 한다. 이러한 바람직한 실시예는 상기한 전달성 반-전파 광신호들의 양 이동방향들 모두에 대해 적용된다.
도파관 센서에서 전파하는 전자기방사의 특성 및 특징을 활용하여 비파괴성 방법으로 모니터링이 가능하다. 따라서 센서는 소망하는 파라미터를 찾기 위하여 반드시 손상되거나, 파열되거나, 파괴되지 않는다.
또 다른 실시예에서 다중모드 섬유는 두 개의 단일모드 섬유들과 커플러에 의해 대체되고 위상간섭계(phase interferometric) 원리에 입각해 감지가 수행된다.
본 발명의 실시예에 따른 방법에 있어서 감지파장에서의 전자기방사는 피그테일형(pigtailed) 레이저 다이오드, 광섬유레이저 또는 발광다이오드 등과 같은 광원으로부터 광섬유와 같은 광도파관(단일모드)으로 투광되어 광도파관을 따라서 전파한다. 상기 광도파관은 광도파관 파장다중화 광분리기 또는 결합기(단일 또는 다중모드의)의 입력단에 융합으로 접합되거나 또는 다른 방법으로 연결되어(일시적 또는 영구적으로), 상기 전자기방사가 연결기에 도달할 때 그 전자기방사는 결합기의 도파관 출력단으로 분기될 수 있다. 동시에, 통신파장에서의 전자기방사는 피그테일형(pigtailed) 레이저 다이오드, 광섬유레이저 또는 발광다이오드 등과 같은 광원으로부터 광섬유와 같은 또 다른 광도파관(단일모드)으로 투광되어 상기 광도파관을 따라서 전파한다. 상기 광도파관은 파장다중화 연결기(단일 또는 다중모드 의)의 제2입력단에 융합으로 접합되거나 또는 다른 방법으로 연결되어(일시적 또는영구적으로), 상기 전자기방사가 연결기에 도달할 때 그 전자기방사는 마찬가지로 감지신호와 같이 해당 연결기의 도파관 출력단으로 분기될 수 있다. 따라서, 상기 파장다중화 연결기는 감지 및 통신 신호들을 하나의 도파관 출력단에 효과적으로 결합한다. 만일 두 개의 출력단을 갖는 파장다중화 연결기가 사용된다면, 사용되지 않는 출력단은 역반사(back-reflections)를 피하기 위하여 파열되거나 다른 방법으로 끝맺음 될 것이다. 상기 파장다중화 연결기의 출력단은 주도파관 전송링크(통신신호에 대해서는 단일 또는 다중모드이고 감지신호에 대해서는 다중모드임)에 직접적으로 융합으로 접합되거나 또는 다른 방법으로 연결된다(일시적 또는 영구적으로). 통신 및 감지신호 모두 다 해당 링크의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 도파관의 전길이를 따라서 전파한다. 그 다음 주도파관은 파장다중화 연결기의 입력단에 융합으로 접합되거나 또는 다른 방법으로 연결되어(일시적 또는 영구적으로), 상기 신호들이 연결기에 도달할 때 그들은 효과적으로 분리되어 마찬가지로 연결기의 두 개의 분리된 출력단들로 분기된다. 파장다중화 연결기의 출력단들은 적절한 광검출기들로써 종결된다. 소망하는 정보를 얻기 위하여 적절한 전자장치들, 신호처리시스템들 및 알고리즘에 의해 상기 광검출기로부터의 신호가 후속하여 처리된다.
바람직한 실시예에 있어서 상기 WDM 연결기는 2x1 WDM 커플러들이다. 다른 실시예에 있어서, 그것들은 2x2, 3x1, 4x2 등과 같은 적절한 멀티포트 장치일 것이다.
다른 실시예들에 있어서, 하나의 통신노드 이상으로 감지광섬유 길이를 신장하기 위하여 감지신호를 위한 접합 바이패스장치들을 형성하기 위한 다수의 WDM 연결기들이 사용된다.
바람직한 실시예에 있어서, 모든 광섬유들과 그 장치들은 융합접합에 의해 연결된다. 다른 실시예에서는 광섬유들과 그 장치들은 기계적 접합, 연결부 리드(leads) 및 관통어댑터(through-adaptor) 등과 같은 적절한 기술을 사용하여 연결된다.
다른 실시예에 있어서, 상기 WDM 연결기의 감지 파장출력단은 감지기술이 반사모드로 동작하도록 반사경으로 종결된다. 유사하게, 상기 WDM 연결기의 출력단에 번사경이 구비된 섬유가 연결될 수도 있다.
다른 실시예에 있어서, 사건들의 위치를 찾기 위한 전달성 반전파성 신호방법이 사용되고 적절한 광장치들이 상기 신호들을 검출하기 위하여 시스템의 일단 또는 양단에서 사용된다.
다른 실시예에서는, 상기 WDM 결합기들은 교호적 파장 필터링(filtering), 조절(conditioning), 결합(combining), 분리(splitting) 및 전달(directing) 장치들로써 대체되어도 좋다.
바람직하게는, 상기한 광 및 전자 장치 또는 기구는 잡음최소화 기술을 활용할 수도 있다.
바람직하게는, 모든 광 및 전자부품들은 각각의 광섬유 입력/출력 포트를 갖는 하나의 기구제어상자에 놓여질 수 있다.
광장치, 전기-광 장치, 음향-광 장치, 자기-광 장치 및/또는 집적화 광장치가 본 시스템에서 또한 사용될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 어떠한 한정을 부가함이 없이 전술한 도면들을 참조하여 더 설명될 것이다. 상기한 도면들과 후술하는 실시예들은 혼동을 피하기 위하여 가능하면 일반적인 형태로 제공된다. 하기의 실시예와 도면들에서 특별히 기술되거나 예시되지 않았지만, 바람직한 실시예에서는 다음과 같은 특징들이 활용되며, 고의성 없이 적절히 생략될 것이다.
·분포형 감지기술은 민감성(sensitive) 다중모드섬유에 대한 비민감성(insensitive) 단일모드섬유의 용착접합기술을 활용한 모드계측기법을 기초로 한다.
·사건의 위치식별을 위한 전달형 반-전파 신호방법이 필요한 부분에 사용되고, 신호들을 검출하고 처리하기 위하여 시스템의 일단 또는 양단에서 적절한 광장치들이 사용된다.
·비민감성 납(lead) 도파관을 제공하기 위하여, 그리고 필요하다면, 전달형 반-전파 신호들 간의 부가지연을 추가하기 위하여 부가적인 실리카 도파관이 일단또는 양단에서 주 실리카 도파관 통신링크에 연결된다.
·어떠한 적절한 광원, 결합기 및 광검출기 장치들이 센서 및 위치식별 시스템과 함께 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서 상기 광원의 필요한 광특성들은 광이 단일모드 도파관으로 투광되고 또한 단일모드 도파관에서 전파될 수 있도록 정의된다. 위치측정을 위해서 단일모드 광섬유에서 전파되는 광은 해당 단일모드 섬유에서의 이동의 전체 기간동안 단일모드로 유지되어야 한다. 일단 광이 단일모드 섬유로부터 다중모드 섬유로 투광되면, 다수의 모드가 여기될 수 있고 다중모드의 광섬유는 여러 가지의 파라미터들에 민감하다. 일단 광이 다중모드 섬유에서 단일모드 섬유로 다시 투광되고 나면, 단지 단일모드만이 유지되어 시스템의 광구성요소들에 이동한다. 인입/인출 광섬유 비민감화(lead-in/lead-out fiber desensitization) 및 센서 위치측정이 이러한 방법으로 달성된다. 실제상의 응용에서는 상기 단일모드 섬유는 신호 대 잡음비를 개선하기 위하여 모든 클래딩모드들을 감쇠하기에 충분히 길게 만들어져야만 한다. 이러한 바람직한 실시예는 이러한 기술이 사용되는 상기 전달형 반-전파 광신호들의 양 이동방향들 모두에 대해 적용된다.
·도파관 센서에서 전파하는 전자기방사의 특성 및 특징을 활용하여 비파괴성 방법으로 모니터링이 가능하다. 따라서 센서는 소망하는 파라미터를 모니터하거나 찾기 위하여 반드시 손상되거나, 파열되거나, 파괴되지는 않는다.
·레이저다이오드, 발광다이오드, 광검출기, 결합기(커플러), WDM 결합기, 아이솔레이터 및 필터 등과 관련하여 완전히 광섬유로 된 저가의 광장치들을 활용을 가능케 한다.
·파장다중화/역다중화 (WDM) 결합기는 2x1 WDM 커플러들이다. 다른 실시예에 있어서, 그것들은 2x2, 3x1, 4x2 등과 같은 적절한 멀티포트 장치일 것이다.
·광섬유들과 그 장치들은 융합접합에 의해 연결된다. 다른 실시예에서는 광섬유들과 그의 광장치들은 기계적 접합, 연결부 리드(leads) 및 관통-어댑터(through-adaptor) 등과 같은 적절한 기술을 사용하여 연결된다.
도 1은 동시작동형 광섬유 감지 및 통신시스템의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 상기 시스템은 각 단에 표준 3dB(50% 분리비의), 2x2 광결합기들 3a 및 3b를 구비한 단일 또는 다중모드의 광섬유링크 1로 구성되어 각각 송신기 2a 및 4a 그리고 수신단 2b 및 4b에서 두 파장의 다중화 및 역다중화를 가능하게 한다. 통신채널에서의 InGaAs 검출기 2b의 반응성이 감지파장에서는 필요상 무시할만하기 때문에 상기 감지파장의 선택은 중요하다. 따라서 통신채널은 1300㎚의 파장에서 동작하는 것으로 선택되고, 반면에 감지채널은 633㎚ 또는 850㎚에서 동작하도록 선택된다. 이것은 감지채널에서 사용된 Si 검출기 4b가 1300㎚의 통신신호에는 반응하지 않기 때문에 채널간 크로스토크가 무시할만하다는 점을 보장한다.
본 출원인의 전술한 국제출원 PCT/AU95/00568 및 PCT/AU99/01028호의 내용이 본 명세서에서 참조된다.
도 2a 내지 2d는 소정의 진동장애가 캔티레버(cantilever) 빔 구성을 사용하는 광섬유링크의 짧은 구간에 적용되었을 때 도1에 도시된 감지장치로부터 얻은 결과를 도시하는 그래프들이다. 상기 광섬유는 빔의 길이를 따라 길이방향으로 단순히 테이프로 고정된다. 28㎞의 단일모드(SM) 링크와 53㎞ 다중모드(MM) 광섬유링크에 대한 결과가 도시된다. 도시된 바와 같이, 매우 양호한 신호특성이 획득되었다. 부가하여, 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transforms: FFT)에 의하면 빔의 자연주파수가 양 링크들에서 -18㎐인 것으로 확인되었다.
도 3은 광섬유 감지시스템에서 사건의 위치를 찾아내기 위한 도파관 전달형 반-전파 신호방법의 기본원리를 도시한다. 상기 기술은 2단말 광섬유구성에 있어서 동일한 사건에 의해 영향 받은 전달성 반-전파 광신호들 간의 시간지연 또는 시차의 측정에 의존한다. 이러한 새로운 장치구성에서 연속파(CW) 광신호들이 바람직하게는 단일광원으로부터 하나의 감지 광섬유 또는 광섬유 세트의 반대쪽 단부들로 동시에 투광되고 동기화 광검출기들에 의해 동시에 검출된다. 반-전파 신호들을 변경하는 기능을 하는 어떠한 감지된 파라미터에 의해 같은 방법으로 양 신호들에 영향이 미칠 것이다. 그러나, 영향 받은 반-전파 신호들은 각각의 광검출기들을 향해 나머지 섬유길이만큼을 각각 계속적으로 이동해야하므로 검출된 신호들 간에 시간지연 또는 시차가 초래된다. 상기 시간지연은 포트 1에서 얻은 섬유길이를 따른 감지된 사건의 위치에 직접적으로 비례하는데, 이 관계는 하기의 식 (1)에 의해 정의된다:
장애지점port1=(1)
여기서,dx는 광섬유 링크의 전체 길이이고, Δt는 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연 또는 시차이고,v는 c/nfibre에 의해 주어지는 광신호의 속도이며, 또한 c는 진공에서의 광속(3x108m/s)이고, nfibre는 광섬유의 유효귤절율(effective refractive index)이다.
마찬가지로, 포트 2에서 얻은 장애지점은 하기의 식 (2)에 의해 정의된다:
장애지점port2=(2)
따라서, 시간지연이나 시차가 검출되고 측정된다면, 해당 사건의 위치가 결정될 수 있다. 동시에 적합한 감지장치가 사용된다면, 감지된 사건은 정량화 및/또는 식별될 수 있다(즉, 변형, 진동, 음향방출, 과도온도 등). 더욱이, 전달성 반-전파 신호들 간의 부가지연을 추가하기 위하여 그리고 비민감성 납(lead) 광섬유를 제공하기 위하여 그 일단 또는 양단에 비민감성 광섬유 지연선이 상기 감지섬유에 연결될 수 있다. 이것은 상기 기술을 실제상의 동작시스템에 구현하는 것을 돕게 될 것이다.
본 시스템에서 각종의 민감성 및 비민감성 영역들의 각각의 길이가 아니라 전체 광섬유링크dx의 길이를 아는 것만이 단지 필요하다는 것을 이 결과가 예시하고 있음을 인식하는 것은 흥미롭다. 이러한 정보는 한 프로젝트의 설계시 및 설치단계에서 또는 OTDR의 사용에 의한 설치후 단계에서 용이하게 획득될 수 있다. 그 다음으로, 일단 전체시간이 알려지고 시간지연 Δt가 본 시스템에 의해 측정되면, 감지된 사건의 위치를 결정하는 것은 방정식 (1) 및 (2)를 사용하는 비교적 수월한 계산이다.
도 4는 도 3의 방법에 의해 형성되는 장애의 위치식별능력과 모드측정 감지기술을 활용하는 결합형 광섬유 감지 및 통신장치를 도시한다. 이 기술의 실제응용에서 반-전파신호들의 양쪽 투광지점들이 동일한 물리적 위치에 존재하는 것이 통상 바람직하다. 이것이 용이하게 수행되는 하나의 방법은 효율적으로 단일-말단형 시스템을 형성할 하나의 다중섬유 케이블을 사용하는 것이다. 이러한 구성에서 하나의 단일모드 섬유 1은 통신 섬유로서 활용되고, 반면에 하나는 단일모드 그리고 다른 하나는 다중모드인 두 개의 섬유들 2 및 3은 지정된 관심영역(슬리브 4 내에서) 상에 상기한 모드측정 침입(intrusion) 센서(사건검출 및 위치결정을 위한)를 설치함에 필요하다. 다중모드 광섬유 슬리브 4에 따른 어느 곳인가에 존재하는 혼돈상황 P는 두 개의 반-전파 혼돈신호들을 발생할 것이다. 상기 링크의 송신단에서 그들 각각의 도달시간에 있어서의 시차를 측정하면 해당 장애의 위치가 결정되는 것을 가능하게 한다.
도 5는 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 전달형(transmissive) 감지장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면인데, 이를 참조하면, 감지파장 980㎚에서 코히런트 레이저광이 선택적인 집적 아이솔레이터 40을 갖는 피그테일(pigtailed)형의 레이저다이오드에서 980㎚ 단일모드 광섬유 6a로 투광되고, 상기 광섬유 6a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 6a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 30의 한 입력단 6b에 용융접합(57)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 30에 도달할 때 결합기 30의 출력단 5a로 분기된다. 동시에 통신파장 1550㎚에서 레이저광이 선택적인 집적 아이솔레이터 20을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 1550㎚ 단일모드 광섬유 7a로 투광되어, 상기 광섬유 7a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 7a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 30의 제2 입력단 7b에 용융접합(50)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 30에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 30의 출력단 5a로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 30은 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 5a에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 30은 1550㎚ 단일모드 광섬유 주전송링크 1000에 직접 용융접합(52)이 된다. 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 1000의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 1550㎚ 단일모드 광섬유 주전송링크 1000의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000은 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 32의 입력단 5b에 용융접합(54)되고, 상기 신호들이 결합기 32에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 32의 두 개의 각각의 출력단들 6c 및 7c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 32의 980㎚ 감지신호 출력단 6c는 980㎚ 단일모드 광섬유 6d의 피그테일형 InGaAs 검출기 42에 용융접합(58)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 32의 상기 1550㎚ 통신신호 출력단 7c는 피그테일형 InGaAs 검출기 22에 연결되는 1550㎚ 단일모드 광섬유 7d의에 용융접합(56)된다. 마지막으로, 적절한 전자장치, 신호처리시스템 및 알고리즘에 의해 소망하는 정보를 얻기 위해 광검출기들로부터의 신호들이 처리된다.
도 6은 본 발명의 일반적인 실시예에 따른 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 반사형(reflective) 감지장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 상기 실시예에 따르면, 감지파장 980㎚에서 코히런트 레이저광이 선택적으로 집적 아이솔레이터 40을 갖는 피그테일(pigtailed)형의 레이저다이오드에서 980㎚ 단일모드 광섬유 6a로 투광되고, 상기 광섬유 6a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 6a는 980㎚ 단일모드 광결합기 44의 한 입력단 6e에 용융접합(60)되고, 상기 감지파장에서의 상기 광이 결합기 44에 도달할 때 결합기 44의 출력단 6g로 분기된다. 두 개의 출력단을 갖는 파장다중화결합기가 사용된다면, 사용되지 않는 출력단은 후반사를 회피하기 위하여 파열되거나 또는 다른 방법으로 끝맺음될 것이다. 상기 감지파장에서의 광은 상기 광섬유 6g를 따라 전파한다. 상기 광섬유 6g는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 30의 일 입력단 6b에 용융접합(62)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 30에 도달할 때 결합기 30의 출력단 5a로 분기된다. 동시에 통신파장 1550㎚에서 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 20을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 1550㎚ 단일모드 광섬유 7a로 투광되어, 상기 광섬유 7a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 7a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 30의 제2 입력단 7b에 용융접합(50)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 30에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 30의 동일한 출력단 5a로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 30은 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 5a에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 30의 출력단 5a는 1550㎚ 단일모드 광섬유 주전송링크 1000에 직접 용융접합(52)이 된다. 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 1000의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000은 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 32의 입력단 5b에 용융접합(54)되고, 상기 신호들이 결합기 32에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 32의 두 개의 각각의 분리된 출력단들 6c 및 7c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 32의 1550㎚ 통신신호 출력단 7c는 1550㎚ 단일모드 광섬유 7d의 피그테일형 InGaAs 검출기 22에 용융접합(56)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 32의 상기 980㎚ 감지신호 출력단 6c는 반사경 46으로써 종결되는 980㎚ 단일모드 광섬유 6h에 용융접합(64)된다. 상기 감지신호는 따라서 섬유들 6h, 6c, 5b, 1000, 5a, 6b 및 6g를 따라서 반대방향으로 다시 반사된다. 그러므로 감지신호는 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000의 전체 길이를 따라서 두 번 전파한다. 상기 결합기 44의 출력단 6f는 그 다음 980㎚ 단일모드 광섬유 6d의 피그테일형 InGaAs 검출기 42에 용융접합(66)된다. 마지막으로, 소망하는 정보를 얻기 위해 적절한 전자장치, 신호처리시스템 및 알고리즘에 의해 광검출기들로부터의 신호들이 처리된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일반적인 실시예로서, 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는, 도 3에 도시된 방법에 따른 2-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000의 한 방향으로 감지신호를 투광하기 위하여 980㎚ 반-전파 감지시스템 300이 사용되고, 상기 시스템 300은 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000의 반대 방향으로 감지신호를 투광하는 제2의 980㎚ 반-전파 감지시스템 320으로써 적절하게 시간적으로 동기화 된다. 링크 1000을 따라서 반-전파 감지신호들을 변화시키는 작용을 하는 어떠한 장애 P는 같은 방법으로 양 신호에 영향을 줄 것이다. 그러나, 영향을 받은 반-전파 신호들은 시스템 300 및 320에서 그들 각각의 광검출기들로 광섬유 길이의 나머지 구간을 각각 계속 이동해야 하므로 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연이나 시차가 존재한다. 상기 시간지연은 전술한 바와 같이 광섬유의 길이를 따라 감지된 사건의 위치에 직접 비례한다. 시스템 300과 320 사이의 시간동기는 반-전파 신호들 간의 시차를 결정하는 데에 중요하다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일반적인 실시예로서, 단일모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는, 도4에 도시된 방법에 따른 단일-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시한다. 동일한 또는 인접한 케이블 1200에서 또 다른 광섬유(단일 또는 다중모드)에 용착(74)된 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 1000에서 두 개의 반-전파 감지신호들을 동시에 투광하고, 전파하고, 모니터하기 위해 단일- 단말 980㎚ 반-전파 감지시스템 350이 사용된다. 링크 1000 및/또는 1200을 따라서 반-전파 감지신호들을 변화시키는 작용을 하는 어떠한 장애 P는 같은 방법으로 양 신호 모두에 영향을 줄 것이다. 그러나, 상기 영향을 받은 반-전파 신호들은 시스템 350에서 그들 각각의 광검출기들로 광섬유 길이의 나머지 구간을 각각 계속 이동해야 하므로 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연이나 시차가 존재한다. 상기 시간지연은 전술한 바와 같이 광섬유의 길이를 따라 감지된 사건의 위치에 직접 비례한다. 이 경우에 시간동기는 공통신호포착(acquisition) 시스템을 사용함으로써 용이하게 달성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서동작하는 전달형 감지장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 도 9의 본 발명의 실시예에 따르면, 감지파장 1310㎚에서 코히런트(coherent) 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 41을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 1310㎚ 단일모드 광섬유 8a로 투광되고, 상기 광섬유 8a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 8a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 34의 한 입력단 8b에 용융접합(84)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 34에 도달할 때 결합기 34의 출력단 5c로 분기된다. 동시에 통신파장 850㎚에서 레이저광이 선택적인 집적 아이솔레이터 25를 갖는 피그테일형 레이저다이오드에서 다중모드 광섬유 9a로 투광되어, 상기 광섬유 9a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 9a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 34의 제2입력단 9b에 용융접합(80)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 34에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 34의 동일 출력단 5c로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 34는 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 5c에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 34의 출력단 5c는 다중모드 광섬유 주전송링크 1500에 직접 용융접합(81)이 된다. 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 1500의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 다중모드 광섬유 전송링크 1500의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 다중모드 광섬유 전송링크 1500은 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 36의 입력단 5d에 용융접합(82)되고, 상기 신호들이 결합기 36에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 36의 두 개의 각각의 분리된 출력단들 8c 및 9c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 36의 1310㎚ 감지신호 출력단 8c는 1310㎚ 단일모드 광섬유 8d의 피그테일형 InGaAs 검출기 43에 용융접합(88)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 36의 상기 850㎚ 통신신호 출력단 9c는 피그테일형 또는 소켓형 Si 검출기 27에 연결되는 1550㎚ 다중모드 광섬유 9d에 용융접합(56)된다. 마지막으로, 소망하는 정보를 얻기 위해 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘에 의해 광검출기들로부터의 신호들이 처리된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 반사형(reflective) 감지장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 도 10의 본 발명의 실시예에 따르면, 감지파장 1310㎚에서 코히런트 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 41을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 1310㎚ 단일모드 광섬유 8a로 투광되고, 상기 광섬유 8a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 8a는 1310㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 45의 한 입력단 8e에 용융접합(86) 되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 45에 도달할 때 그 결합기 45의 출력단 8g로 분기된다. 두 개의 출력단을 갖는 하나의 파장다중화결합기가 사용된다면, 사용되지 않는 출력단은 후반사를 회피하기 위하여 파열되거나 또는 다른 방법으로 끝맺음될 것이다. 상기 감지파장에서의 광은 상기 광섬유 8g를 따라 전파한다. 상기 광섬유 8g는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 34의 일 입력단 8b에 용융접합(87)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 34에 도달할 때 그 결합기 34의 출력단 5c로 분기된다. 동시에 통신파장 850㎚에서 레이저광은 선택적인 집적화 아이솔레이터 25를 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 다중모드 광섬유 9a로 투광되어, 상기 광섬유 9a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 9a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유파장다중화 결합기 34의 제2입력단 9b에 용융접합(80)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 34에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 34의 동일 출력단 5c로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 34는 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 5c에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 34의 출력단 5c는 다중모드 광섬유 주전송링크 1500에 직접 용융접합(81)이 된다. 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 1500의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 다중모드 광섬유 전송링크 1500의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 다중모드 광섬유 전송링크 1500은 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 36의 입력단 5d에 용융접합(82)되고, 상기 신호들이 결합기 36에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 36의 두 개의 각각 분리된 출력단들 8c 및 9c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 36의 850㎚ 통신신호 출력단 9c는 다중모드 광섬유 9d의 피그테일형 또는 소켓형 Si 검출기 27에 용융접합(83)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 36의 상기 1310㎚ 감지신호 출력단 8c는 반사경 47로써 종결되는 1310㎚ 단일모드 또는 다중모드 광섬유 8h에 용융접합(88)된다. 상기 감지신호는 따라서 광섬유들 8h, 8c, 5d, 1500, 5c, 8b 및 8g를 따라서 반대방향으로 다시 반사된다. 그러므로 감지신호는 다중모드 광섬유 전송링크 1500의 전체 길이를 따라서 두 번 전파하게 되며, 이것은 감도를 배가한다. 상기 결합기 45의 출력단 8f는 그 다음 1310㎚ 단일모드 광섬유 8d의 피그테일형 InGaAs 검출기 43에 용융접합(89) 된다. 마지막으로, 소망하는 정보를 얻기 위해 광검출기들로부터의 신호들이 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘에 의해 처리된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예로서 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 도 3의 방법에 따른 2-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 다중모드 광섬유 주전송링크 1500의 한 방향으로 감지신호를 투광하기 위하여 1310㎚ 반-전파 감지시스템 400이 사용되고, 상기 시스템 430은 상기 다중모드 광섬유 주전송링크 1500의 반대 방향으로 감지신호를 투광하는 제2의 1310㎚ 반-전파 감지시스템 420으로써 적절하게 시간적으로 동기화 된다. 링크 1500을 따라서 반-전파 감지신호들을 변화시키는 작용을 하는 어떠한 장애 P는 같은 방법으로 양 신호에 영향을 줄 것이다. 그러나, 그러한 영향을 받은 반-전파 신호들은 시스템 400 및 420에서 그들 각각의 광검출기들로 광섬유 길이의 나머지 구간을 각각 계속 이동해야 하므로 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연이나 시차가 존재한다. 상기 시간지연은 전술한 바와 같이 광섬유의 길이를 따라 감지된 사건의 위치에 직접 비례한다. 시스템 400과 420 사이의 시간동기는 반-전파 신호들 간의 시차를 결정하는 데에 있어 중요하다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예로서 다중모드 광섬유 통신링크 상에서 동작하는 도 4의 방법에 따른 단일-단말 반-전파 감지 및 위치식별장치의 구성을 도시하는 개요도이다. 동일한 또는 인접한 케이블 1700에서 또 다른 광섬유(단일 또는 다중모드)에 용착(94)된, 상기 다중모드 광섬유 주전송링크 1500에서 두 개의 반-전파 감지신호들을 동시에 투광하고, 전파하고, 모니터하기 위해 단일-단말 1310㎚ 반-전파 감지시스템 450이 사용된다. 링크 1500 및/또는 1700을 따라서 반-전파 감지신호들을 변화시키는 작용을 하는 소정의 장애는 같은 방법으로 양 신호모두에 영향을 줄 것이다. 그러나, 상기 영향을 받은 반-전파 신호들은 시스템 450에서 그들 각각의 광검출기들로 광섬유 길이의 나머지 구간을 각각 계속 이동해야 하므로 검출된 신호들 간의 결과적인 시간지연이나 시차가 존재한다. 상기 시간지연은 전술한 바와 같이 광섬유의 길이를 따라 감지된 사건의 위치에 직접 비례한다. 이 경우에 시간동기는 하나의 공통 신호포착(acquisition) 시스템을 사용함으로써 용이하게 달성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 하나의 통신노드 이상으로 감지섬유의 길이를 신장하기 위하여 감지신호를 위한 하나의 접합 바이패스 장치를 형성하는, 단일모드 광섬유의 3-노드, 포인트-대-포인트 망구성에 있어서 다수의 WDM 결합기들을 사용하는 구성을 도시한다. 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면, 통신노드1(N1)에서 시작해 감지파장 980㎚에서 코히런트 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 140을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 980㎚ 단일모드 광섬유 16a로 투광되고, 상기 광섬유 16a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 16a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 130의 한 입력단 16b에 용융접합(157)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 130에 도달할 때 결합기 130의 출력단 15a로 분기된다. 동시에 통신노드1(N1)에서 통신파장 1550㎚의 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 120을 갖는 피그테일형 레이저다이오드에서 1550㎚단일모드 광섬유 17a로 투광되어, 상기 광섬유 17a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 17a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 130의 제2입력단 17b에 용융접합(150)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 130에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 130의 동일 출력단 15c로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 130은 상기 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 15a에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 130의 출력단 15a는 1550㎚ 단일모드 광섬유 주전송링크 2000에 직접 용융접합(152)이 된다. 상기 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 2000의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 2000의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 2000은 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 132의 입력단 15b에 용융접합(154)되고, 상기 신호들이 결합기 132에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 132의 두 개의 각각의 분리된 출력단들 16c 및 17c로 분기된다. 상기 파장 역다중화 결합기 132의 1550㎚ 통신신호 출력단 17c는 통신노드2(N2)에서 1550㎚ 단일모드 광섬유 17d의 피그테일형 InGaAs 검출기 122에 용융접합(156)된다. 여기서, 소망하는 통신정보를 얻기 위해 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘 과정에 의해 광검출기 122로부터의 신호들이 처리된다. 파장 역다중화 결합기 132의 상기 980㎚ 감지신호 출력단 16c는, 감지신호가 통신노드3(N3)를 향해 계속 전파하도록 통신노드2(N2)를 바이패스하는 작용을 하는 980㎚ 또는 1550㎚ 단일모드 광섬유 2001에 용융접합(158)된다. 계속적으로 상기 감지신호는 광섬유 2001이 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장 다중화 결합기 230의 한 입력단 116b에 용융접합(257) 될 때까지 접합 바이패스 섬유 2001을 따라서 전파하고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 230에 도달할 때 그 결합기 230의 출력단 115a로 분기된다. 동시에 상기 통신노드2(N2)에서는 통신파장 1550㎚의 레이저광은 선택적인 집적화 아이솔레이터 220을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 1550㎚ 단일모드 광섬유 117a로 투광되어, 상기 광섬유 117a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 117a는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장다중화 결합기 230의 제2입력단 117b에 용융접합(250)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 230에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 230의 동일 출력단 115a로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 230은 상기 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 115a에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 230의 출력단 115a는 제2의 1550㎚ 단일모드 광섬유 주전송링크 2002에 직접 용융접합(252)이 된다. 상기 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 2002의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 2002의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 1550㎚ 단일모드 광섬유 전송링크 2002는 980/1550㎚ 단일모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 232의 입력단 115b에 용융접합(254)되고, 상기 신호들이 결합기 232에 도달할 때 효율적으로 분리되어 상기 결합기 232의 두 개의 각각 분리된 출력단들 116c 및 117c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 232의 1550㎚ 통신신호 출력단 117c는 통신노드3(N3)에서 1550㎚ 단일모드 광섬유 117d의 피그테일형 InGaAs 검출기 222에 용융접합(256)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 232의 상기 980㎚ 감지신호 출력단 116c는 980㎚ 단일모드 광섬유 116d의 피그테일형 InGaAs 검출기 242에 용융접합(258)된다. 마지막으로, 소망하는 통신정보를 얻기 위해 통신노드3(N3)에서 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘 과정에 의해 광검출기들로부터의 신호들이 처리된다. 이러한 방법으로, 상기 감지신호는 단지 하나의 송신단 140 및 하나의 검출기 말단 242를 활용하면서 두 개의 광섬유링크들 2000 및 2002를 따라서 전파된다. 상기 980㎚ 감지신호 파장에서 통신시스템이 다중모드링크 상에서 동작하고 있다면 단일모드 섬유들 2000, 2001 및 2002 대신에 진정한 다중모드 섬유를 사용하는 것도 또한 가능하다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 하나의 통신노드 이상으로 상기 감지섬유의 길이를 신장하기 위하여 감지신호를 위한 하나의 접합 바이패스 장치를 형성하는, 다중모드 광섬유의 3-노드, 포인트-대-포인트 망구성에 있어서 다수의 WDM 결합기들을 사용하는 구성을 도시하는 개요도이다. 도 14를 참조하여 본 발명의 또 하나의 바람직한 실시예를 설명하면, 통신노드1(N1)에서 시작해 감지파장 1310㎚에서 코히런트 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 141을 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 다중모드 광섬유 18a로 투광되고, 상기 광섬유 18a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 18a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 134의 한 입력단 18b에 용융접합(184)되고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 134에 도달할 때 결합기 134의 출력단 15c로 분기된다. 동시에 통신노드1(N1)에서 통신파장 850㎚의 레이저광이 선택적인 집적화 아이솔레이터 125을 갖는 피그테일형 레이저다이오드에서 다중모드 광섬유 19a로 투광되어, 상기 광섬유 19a를 따라 전파한다. 상기 광섬유 19a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 134의 제2입력단 19b에 용융접합(180)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 134에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 134의 동일 출력단 15c로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 134는 상기 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단15c에 효율적으로 결합한다. 그 다음, 상기 파장다중화결합기 134의 출력단 15c는 다중모드 광섬유 주전송링크 2150에 직접 용융접합(181) 된다. 상기 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 2150의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 상기 다중모드 광섬유 주전송링크 2150의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 다중모드 광섬유 전송링크 2150은 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 136의 입력단 15d에 용융접합(182)되고, 상기 신호들이 결합기 136에 도달할 때 효율적으로 분리되어 결합기 136의 두 개의 각각의 분리된 출력단들 18c 및 19c로 분기된다. 상기 파장 역다중화 결합기 136의 850㎚ 통신신호 출력단 19c는 통신노드2(N2)에서 다중모드 광섬유 19d의 피그테일형 또는 소켓형 Si 검출기 127에 용융접합(183)된다. 여기서, 소망하는 통신정보를 얻기 위해 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘 과정에 의해 광검출기 127로부터의 신호들이 처리된다. 파장 역다중화 결합기 136의 상기 1310㎚ 감지신호 출력단 18c는, 감지신호가 통신노드3(N3)를 향해 계속 전파하도록 통신노드2(N2)를 바이패스하는 작용을 하는 다중모드 또는 1310㎚ 단일모드 광섬유 2160에 용융접합(188)된다. 계속적으로 상기 감지신호는 광섬유 2160 이 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장 다중화 결합기 234의 한 입력단 118b에 용융접합(284)될 때까지 접합 바이패스 섬유 2160을 따라서 전파하고, 감지파장에서의 상기 광이 결합기 234에 도달할 때 그 결합기 234의 출력단 115c로 분기된다. 동시에 상기 통신노드2(N2)에서는 통신파장 850㎚에서의 레이저광은 선택적인 집적화 아이솔레이터 225를 갖는 피그테일형의 레이저다이오드에서 상기 다중모드 광섬유 119a로 투광되어, 상기 광섬유 119a를 따라 전파한다. 상기광섬유 119a는 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장다중화 결합기 234의 제2입력단 119b에 용융접합(280)되고, 통신파장에서의 상기 광이 결합기 234에 도달할 때 감지신호와 마찬가지로 결합기 234의 동일 출력단 115a로 분기된다. 따라서 파장다중화결합기 234는 상기 감지 및 통신신호들 모두를 하나의 결합기 출력단 115c에 효율적으로 결합한다. 그 다음 상기 파장다중화결합기 234의 출력단 115c는 제2의 다중모드 광섬유 주전송링크 2170에 직접 용융접합(281) 된다. 상기 통신 및 감지 신호들 모두 그들이 상기 링크 2170의 반대쪽 말단에 도달할 때까지 서로 간섭함이 없이 상기 다중모드 광섬유 전송링크 2170의 전체 길이를 따라 전파한다. 상기 다중모드 광섬유 전송링크 2170은 850/1310㎚ 다중모드 광섬유 파장 역다중화 결합기 236의 입력단 115d에 용융접합(282)되고, 상기 신호들이 결합기 236에 도달할 때 효율적으로 분리되어 상기 결합기 236의 두 개의 각각 분리된 출력단들 118c 및 119c로 분기된다. 파장 역다중화 결합기 236의 850㎚ 통신신호 출력단 119c는 통신노드3(N3)에서 다중모드 광섬유 119d의 피그테일형 또는 소켓형 Si 검출기 227에 용융접합(283)된다. 마찬가지로, 파장 역다중화 결합기 236의 상기 1310㎚ 감지신호 출력단 118c는 다중모드 또는 1310㎚ 단일모드 광섬유 118d의 피그테일형 InGaAs 검출기 243에 용융접합(288)된다. 마지막으로, 소망하는 통신정보를 얻기 위해 통신노드3(N3)에서 적절한 전자장치, 신호처리 시스템 및 알고리즘 과정에 의해 광검출기들로부터의 신호들이 처리된다. 이러한 방법으로, 상기 감지신호는 단지 하나의 송신단 141 및 하나의 검출기 단부 243을 활용하면서 두 개의 광섬유링크들 2150 및 2170을 따라서 전파된다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예로서, 링 형태(ring topology)의 전체 망을 가로질러 상기 감지 광섬유의 전체길이를 신장하기 위하여 상기 감지신호들을 위한 다수의 접합 바이패스 장치들을 형성하는, 하나의 링 형태의 광섬유망으로 구성된 다수의 WDM 결합기들과 하나의 전달형 감지장치를 사용하는 구성을 도시하는 개요도이다. 이러한 구성에서는 링형태의 망(ring topology network: RTN) 노드들(500, 502, 504, 506, 508 및 510)은 적절한 WDM 결합기들(550, 552, 554, 556, 558, 560, 562, 564, 566, 568, 570 및 572)의 논리적 순서로 광섬유(단일 또는 다중모드의) 링크들(600, 602, 604, 606, 608 및 610)을 통해 서로 연결된다. 한편, 소정의 감지신호가, 상기 WDM 결합기들(550, 552, 554, 556, 558, 560, 562, 564, 566, 568, 570 및 572)과의 동일한 논리적 순서에 의해, 망 광섬유들(600, 602, 604, 606, 608 및 610)과 그리고 접합 바이패스 섬유들(단일 또는 다중모드의) (650, 652, 654, 656 및 658) 부근의 임의의 아이솔레이터 520을 구비한 피그테일형 레이저다이오드로부터 투광되는데, 이 신호는 도 13 및 14에서 상세히 설명된 것과 같은 유사한 방식으로 검출기 540에 의해 최종적으로 수신될 때까지 투광된다. 이러한 구성의 장점은 단지 하나의 송신단 520과 하나의 검출기 단말 540을 사용하면서도 전체적인 감지섬유의 길이가 전체 링 형태의 망을 가로질러 연장된다는 것이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기한 링 형태의 전체망을 가로질러 감지 광섬유의 전체길이를 신장하기 위하여 상기 감지신호들을 위한 다수의 접합 바이패스 장치들을 형성하는, 링 형태의 광섬유 망으로 구성된 다수의 WDM 결합기들과 하나의 반-전파 감지 및 위치식별 장치를 사용하는 구성을 도시한다. 이러한 구성에서는 링 형태의 망(RTN) 노드들(700, 702, 704, 706, 708 및 710)은 적절한 WDM 결합기들(750, 752, 754, 756, 758, 760, 762, 764, 766, 768, 770 및 772)의 논리적 순서로 광섬유(단일 또는 다중모드의) 링크들(800, 802, 804, 806, 808 및 810)을 통해 서로 연결된다. 한편, 반-전파 감지 시스템 720은 동시에 소정의 반-전파 감지신호들을 적절한 WDM 결합기들(750, 752, 754, 756, 758, 760, 762, 764, 766, 768, 770 및 772)의 동일한 논리적 순서에 의해 망 광섬유들(800, 802, 804, 806, 808 및 810)과 그리고 접합 바이패스 섬유들(단일 또는 다중모드의) (850, 852, 854, 856 및 858) 부근에서 투광하는데, 이 신호는 다른 도면들에서 상세히 설명된 것과 같은 유사한 방식으로 상기 반-전파 감지시스템 720에 의해 최종적으로 수신될 때까지 투광된다. 이러한 구성의 장점은 개별적인 광섬유 입출력 포트들을 갖는 단지 하나의 기구제어장치를 사용하면서도 전체적인 감지섬유의 길이가 전체 링 형태의 망을 가로질러서까지 연장된다는 것이다.
광섬유를 사용하는 통신은 전통적인 통신수단들에 대해서 많은 이점과 장점들을 가지며 그들의 성능은 과거 이십 년에 걸쳐 인정되어 왔다. 이러한 시스템에 의해 제공되는 가치는 최근에 케이블 근처의 또는 그 케이블이 부착되는 구조물이나 재료뿐만 아니라 케이블의 무결함성을 실시간으로 동시에 모니터하는 능력에 의해 배가되었다. 이러한 매력 및 유용한 새로운 특징은 관련된 기술적 요구사항을증가시키게 됨은 물론이다.
하기의 실례들은 본 발명의 통합형 통신 및 감지 (이중형)시스템이 사용될 수 있는 응용예들을 포괄적이 아니라 암시적으로 예시한다.
광섬유상의 정보에 대한 침입, 부정개입(tampering) 또는 도청(tapping-off)을 검출하거나 그에 대하여 모니터할 필요가 있는 모든 종류의 광섬유 통신 시스템들로서 하기와 같은 것들을 포함한다;
단일모드 또는 다중모드 정보기술(IT) 네트워크 및 링크,
단일모드 근거리통신망(local area networks: LANs),
다중모드 근거리통신망(local area networks: LANs),
단일모드 원거리통신망(wide area networks: WANs),
다중모드 원거리통신망(wide area networks: WANs),
단거리(short-haul) 통신,
장거리(long-haul) 통신,
사설(private) 광통신 링크 및 통신망,
공중(public) 광통신 링크 및 통신망,
상업용 광통신 링크 및 통신망,
정부용 광통신 링크 및 통신망,
군사용 광통신 링크 및 통신망,
방어용 광통신 링크 및 통신망,
대사관(외교)용 광통신 링크 및 통신망,
산업용 광통신 링크 및 통신망, 및
금융기관용 광통신 링크 및 통신망.
본 발명에 따른 감지기능의 적용을 위해 또한 사용될 수 있는 광섬유통신 시스템들에는 하기와 같은 것들이 포함된다:
공중(public)통신
사설(private)통신
정보통신망(information technology networks)
국가보안
산업보안
법률집행조직(law enforcement)
대정보업무(counter-intelligence)
물리적 주변보안(physical perimeter security)
침입 검출 및 위치식별(identification)
파이프라인의 완전한 상태(integrity)에 대한 모니터링
파이프라인에 대한 제3자 개입의 검출 및 위치식별(identification)
파이프라인 누출 검출 및 위치식별
국가도로 관리기관(public road authorities)
사유도로업자(private road ventures)
철도청 및 화물업자
도로운송업자
본 발명에 따른 통신기능의 적용을 위해 또한 사용될 수 있는 광섬유통신 시스템들에는 하기와 같은 것들이 포함된다:
공중(public)통신
사설(private)통신
정보통신망(information technology networks)
국가보안
산업보안
법률집행조직(law enforcement)
대정보업무(counter-intellignece)
물리적 주변보안(physical perimeter security)
침입 검출 및 위치식별(identification)
파이프라인의 완전한 상태(integrity)에 대한 모니터링
파이프라인에 대한 제3자 개입의 검출 및 위치식별(identification)
파이프라인 누출 검출 및 위치식별
육상 및 해상 건축 구조물의 완전한 상태에 대한 모니터링 및 설계
기계성능 모니터링 및 설계
철도 재고 모니터링(플랫 현장검출)
발전 및 송전회사
석유화학 및 산업플랜트 모니터링 및 설계업자
우주/항공 설계 및 정비업자
국가도로 관리기관(public road authorities)
사유도로업자(private road ventures)
철도청 및 화물업자
도로운송업자
항공업자
광산업자
지진 모니터링 기관
해양회사
본 발명의 정신과 영역 내에서 어떠한 변경이 당 업계의 전문가에 의해서 용이하게 수행될 수 있기 때문에, 본 발명은 전술한 예에 의해서 기술된 특정한 실시예들에만 한정되지는 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 광도파관 통신링크에 있어서:
    한 위치에서 다른 위치로 신호를 전달하는 도파관;
    제1파장에서 상기 도파관으로 데이터신호를 투광하는 데이터송신기;
    상기 도파관으로부터 데이터신호를 받는 데이터수신기;
    상기 제1파장과 다른 제2파장으로 상기 도파관에 감지신호를 발사하는 감지신호 송신기;
    상기 감지신호가 상기 도파관을 통해 이동한 후에 상기 감지신호를 검출하는 감지신호검출기; 및
    상기 도파관, 상기 데이터수신기 및 상기 감지신호검출기 사이의 신호분리수단으로서, 상기 제1파장에서의 신호가 이 신호분할수단에 의해서 상기 제2파장에서의 감지신호로부터 분리되어, 심각한 손실이 없이 그리고 상기 감지신호의 주요성분이 개재됨이 없이 상기 데이터신호의 실질적으로 모든 부분이 상기 데이터수신기로 보내지는 한편, 심각한 손실이 없이 그리고 데이터신호의 주요성분이 개재됨이 없이 상기 감지신호의 실질적으로 모든 부분이 상기 감지신호검출기로 보내지는 신호분할수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호분리수단은 파장 다중화/역다중화 도파관 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신링크.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도파관으로부터의 데이터신호와 감지신호송신기로부터의 감지신호는 상기 도파관을 따른 전송을 위한 신호들을 결합하기 위한 파장 다중화/역다중화 결합기에 의해 수신됨을 특징으로 하는 통신링크.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감지신호송신기와 감지신호검출기는 상기한 한 위치와 또 다른 위치에 각각 존재함을 특징으로 하는 통신링크.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감지신호송신기와 감지신호검출기가 상기한 한 위치 또는 다른 위치 중의 어느 하나, 또는 또 다른 위치에 놓여지고, 상기 신호분리수단에 의한 데이터신호에서의 감지신호의 분리 후에 상기 도파관을 통해서 감지신호를 다시 반사시키기 위한 반사기가 제공됨을 특징으로 하는 통신링크.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반사기는 반사경을 포함함을 특징으로 하는 통신링크.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 감지신호송신기는 반-전파성 감지신호를 상기 도파관에 발사하기 위한 반-전파 감지신호송신기를 포함하고, 상기 감지신호는 도파관을 통해 반대방향으로 이동하여 하나의 혼란상태 감지사건이 반(카운터)/현재의 감지신호들 모두에서 검출되는 시간들 사이의 차이에 의해 상기 도파관에 대한 어떠한 장애의 위치가 결정되는 것을 가능케 하도록 구성함을 특징으로 하는 통신링크.
  8. 제1항에 있어서, 상기 도파관과 관련한 부정한 간섭의 존재를 나타내는 상기 도파관에 대한 하나의 장애를 식별하기 위한 상기 신호에 있어서 파라미터의 변화를 결정하기 위한 상기 감지신호 처리를 위한 처리수단이 제공됨을 특징으로 하는 통신링크.
  9. 제1항에 있어서, 상기 통신 링크는 다수의 통신노드들을 포함하되 상기 노드들 중의 적어도 하나는 상기한 데이터송신기를 구비하도록 구성하고, 상기 통신링크는 또한 상기 데이터수신기와 상기 데이터송신기를 구비하는 제2노드와, 그리고 상기데이터수신기를 적어도 구비하는 제3노드를 포함하고, 상기 도파관은 상기한 각각의 노드를 서로 연결함으로써, 상기 감지신호가 상기한 제1노드로부터 제3노드로 도파관을 통해 통과하도록 구성됨을 특징으로 하는 통신링크.
  10. 제1항에 있어서, 상기 도파관은 해당 루프를 따라 배치된 다수의 통신노드들을 포함하는 하나의 연속된 루프를 형성하고, 적어도 하나의 상기 루프는 상기한 감지신호송신기와 감지신호검출기를 포함하도록 구성됨을 특징으로 하는 통신링크.
  11. 상기 노드들의 어느 하나에 위치한 데이터송신기에서부터 또 하나의 다른 노드에 있는 데이터수신기로 데이터신호를 전송하기 위한 상기 신호의 결합수단이 제공됨을 특징으로 하는 통신링크.
  12. 광도파관 통신링크에 있어서:
    어느 한 위치에서 또 다른 위치로 신호를 운반하는 도파관;
    데이터신호를 상기 도파관에 투광하는 데이터송신기;
    상기 도파관에 결합되고, 제1출력단과 제2출력단을 구비한 제1파장 다중화/역다중화 도파관 장치;
    상기 도파관을 따라서 상기 데이터신호와 전송을 위해 데이터신호의 파장과 다른 파장을 갖는 감지신호를 상기 도파관에 투광하는 감지신호 송신기;
    상기 제1출력단에 접속되고 상기 도파관 장치로부터 상기 데이터신호를 수신하는 데이터수신기; 및
    상기 제2출력단에 접속되어 상기 도파관 장치로부터 감지신호를 수신하는 감지신호검출기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 통신링크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 도파관 장치는 파장 다중화/역다중화 결합기를 포함함을 특징으로 하는 통신링크.
  14. 제12항에 있어서, 제2도파관 장치가 상기 제1도파관 장치로부터 멀리 떨어진 도파관에 접속되고, 상기 제2도파관 장치는 제1입력단과 제2입력단을 구비하고, 상기 제1입력단은 데이터송신기에 그리고 제2입력단은 감지신호송신기에 접속되어, 상기 데이터신호와 감지신호가 상기 도파관으로의 발사를 위해 제2도파관 장치로 전송됨을 특징으로 하는 통신링크.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2도파관 장치는 그로부터 데이터신호 및 감지신호 양자를 입력하는 출력단에 의해 상기 도파관에 접속됨을 특징으로 하는 통신링크.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제1도파관 장치는 상기 데이터신호 및 감지신호 양자가 하나의 입력단을 통해 상기 제1도파관 장치에 전송되도록 상기 입력단에 의해 상기 도파관에 접속됨을 특징으로 하는 통신링크.
  17. 제14항에 있어서, 상기 제1도파관 장치는 상기 입력단과 제1 및 제2 출력단들을 갖는 제1파장다중화/역다중화 (WDM) 결합기를 포함함을 특징으로 하는 통신링크.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제2도파관 장치는 상기 제1 및 제2 입력단과 출력단을 갖는 제2파장다중화/역다중화 (WDM) 결합기를 포함함을 특징으로 하는 통신링크.
  19. 제12항 내지 제 18항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 도파관은 광섬유를 포함함을 특징으로 하는 통신링크.
  20. 제18항에 있어서, 상기 제1WDM 결합기의 제2출력단은 상기 WDM 결합기를 통해 감지신호를 상기 도파관에 다시 반사하기 위한 반사기에 연결되고, 상기 제2WDM 결합기의 제2입력단은 보조결합기(ancillary coupler)에 연결되고, 상기 보조 결합기는 제1 및 제2보조입력단들을 가지며, 상기 제1보조입력단은 상기 감지신호송신기에 연결되며, 상기 제2보조입력단은 상기 감지신호검출기에 연결되어, 상기 반사기로부터 다시 반사된 상기 감지신호가 상기 제1WDM결합기를 통해 통과하고, 그리고 제2WDM결합기를 통해 제2입력단에, 상기 보조결합기를 통해 제2보조입력단에, 그 다음 상기 감지신호검출기로 통과하도록 구성됨을 특징으로 하는 통신링크.
  21. 광섬유 통신링크에 있어서 데이터의 부정한 간섭 및 도청에 대항하여 현재 사용중인 광섬유라인의 보안성을 확보하기 위한 방법에 있어서:
    통신시스템 광원과 다른 파장에서 동작하는 감지시스템 광원을 제공하는 과정;
    상기 감지 및 통신신호들을 하나의 도파관에 효율적으로 결합하는 파장다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기(단일 또는 다중모드의)를 제공하는 과정;
    상기 파장다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기로부터 광을 입수하기 위한, 상기 감지 및 통신신호들을 전송할 수 있도록 하는 실리카 도파관(단일 또는 다중모드의)을 제공하는 과정;
    상기 감지 및 통신 신호들 양자에 대한 광파워 손실을 최소화하면서 상기 감지 및 통신신호들을 두 개의 출력 도파관 포트들로 분할 또는 분리하는 파장 역다중화 도파관 광 분리기 또는 결합기(단일 또는 다중모드의)를 제공하는 과정; 및
    상기 실리카 도파관과의 어떠한 부정한 개입이 발생하였는지를 결정하기 위하여 상기 감지신호를 검출하는 과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 방법.
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