TW201102633A - Remote fiber test system and test equipment in the system - Google Patents

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201102633 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種利用光反射測定技術（optical reflectometry)監視光線路之系統及該系統所含之監視裝 置。 【先前技術】 於光通信系統中，重要的是偵測到光纖線路之斷裂或傳 輸損耗增加等故障。特別是用戶系之光通信系統中，當光 纖線路或用戶終端發生斷裂或傳輸損耗增加等故障時，要 求迅速確定並修復故障部位。用戶系之光通信系統中，稱 作PON(Passive Optical Network，被動式光網路）之系統正 在普及。PON系統中，通信事業者之總局與用戶之連接係 藉由自總局延伸之第丨光線路、光分歧器、及分支之複數 之第2光線路所進行。藉此，使得設置於總局之總局側終 端及第1光線路之每一用戶之成本降低。 於光通信系統中’為了偵測上述故障而設置有光線路監 視系統。關於光線路監視系統，例如眾所周知有γ. Enomoto et al, . J. Optical Networking, vol. 6 (2007) 408(非專利文獻”中所記載之系統。該光線路監視系統包 含光線路監視裝置、設置於光線路之反射濾光片、及反射 滤光片之設置位置等敷設資訊等。 光線路監視裝置係利用光反射測定技術者，其求出光纖 線路等測定對象物之反射率分布，並根據峰值或階差等反 射率为布之特徵點偵測出該測定對象物之故障部位。（本 145095.doc 201102633 說明書中只要未作特別限制，則「反射光」係指菲涅耳反 射光及瑞利散射光》)pON系統中係同時接收來自複數之 第2光線路之反射光，從而必需對各個第2光線路之反射率 分布所具有之特徵點加以區分地檢測。為此，要求光線路 監視裝置以較高之空間解析度測定反射率分布。 作為光反射測定技術，眾所周知有根據脈衝狀之監視光 在測疋對象物上傳播時所產生之反射光之強度的時間變化 而測定反射率分布之〇TDR(〇ptical Time Domain

Reflectometry，光時域反射）。〇TDR中為了獲得較高之空 間解析度，而必需縮小監視光之脈衝寬度。並且，為了補 償因監視光之能量之降低而引起的測定之信號對雜訊比 (SNR : Signal to Noise Ratio)之降低，必需提高監視光之 功率。然而’若提高監視光之功率，則會於測定對象物中 表現出受激布裏元散射等非線性光學現象，因而有可能發 生測定性能之降低或對通信信號之干涉。因此，於〇Tdr 中，空間解析度被限制為數米左右。 另一方面，作為另一光反射測定技術，亦眾所周知有 0CDR(0ptical Coherence Domain Reflectometry，光相干 域反射）（例如，K. Hotate and Z. He : J_ Lightw. Technol.， vol· 24 (2006) 2541(非專利文獻 2)、T. Saida and K. Hotate : IEEE Photon. Technol. Lett” vol. 10 (1998) 573(非 專利文獻3)、Z. He and K. Hotate : J. Lightw. Technol., vol.2〇 (2〇02) 1715(非專利文獻4)) » OCDR中，係利用調變 光頻而具有梳齒狀之光波相干函數之監視光在測定對象物 145095.doc 201102633 上傳播時所產生的反射光與將監視光之一部分分支後射出 之參考光的干涉之大小依存於兩光之間之延遲時間差，而 對測定對象物之特定位置處的反射率進行測定。進而，於 OCDR中，係藉由使監視光之光頻調變之間隔變化等，而 使測定反射率之位置變化，從而求出測定對象物之反射率 分布。OCDR能夠獲得比0TDR更高之空間解析度。非專利 文獻2中表示能以19 cm之空間解析度測定出例如5让⑺遠之 反射點。 光波相干函數係以光強度將設時刻t為變數之函數即为 之電場V⑴之自相關函數<v⑴· ^卜少加以標準化所嫣 者，且係以光強度將光功率譜之傅纟葉轉換加以標準化戶片 得者。電場V⑴之光分支為2個，當該等兩個分支光之間之 延遲時間差設為τ時，該等兩個分支光之干涉條紋之大+ 係藉由該光之光波相干函數之實部所表示。又，光波相干 函數之絕對值被稱作可干涉度，表示干涉之大小。 OCDR中所使用之監視光之具體例為如下以固定時間 間隔且依次為 f。、fQ+fs、fG_fs、fG+2fs、、的心、f〇 3fs、…之方式將光頻調變所得之光，或者，以調變頻率^ 將光頻調變為正弦浊妝+ 土 ,, 皮狀所仔之先。如此調變光頻之監視光 之光波相^數於㈣整數時具有類似於Delta函數之形 狀之峰值（相干峰）。即m監視光具有㈣狀之光波 相干函數若[發生變化，則相干峰之位置亦發生變化。 梳齒狀之光波相干函數具有關隔（l/fs)配置之複數個相 干峰。以使其中一個相干缘存在於測定對象物中之被測定 145095.doc 201102633 區間之方式，將比相干峰之配置間隔（1/匕)短之時間寬度的 閘賦予監視光從而截取監視光之脈衝。 非專利文獻2中記載有藉由〇cDR擴大可測定之距離範圍 之技術。該技術中’產生藉由週期性地調變光源而具有含 多個梳齒狀之相干峰之光波相干函數之光，藉由將該光脈 衝化，而设為具有單一相干峰之光波相干函數。進而，藉 由切換設置於參考光路中之延遲光纖使參考光之延遲時間 變化’或藉由使參考光於含有延遲線之迴路電路上傳播， 而使參考光相對於監視光之延遲時間變化，從而使延遲時 間成為光源之相干時間。藉此，能夠測定千米級之較長距 離範圍。 又，非專利文獻3中亦記載有藉由〇cDR擴大可測定之距 離範圍之技術。該技術中，以光波相干函數之相干峰存在 於超出光源之輸出光之相干長度之距離範圍的方式選擇光 頻調變週期，藉此擴大可測定之距離範圍。例如，於！ 〇〇 kHz±l〇 kHz之調變週期内對相干長度為6〇 m之光源進行頻 率調變’藉此生成約1 km間隔之相干峰，從而能夠測定約 5 km遠之反射光。 先前技術文獻 非專利文獻 非專利文獻 1 : Y_ Enomoto et ai，： j· 〇ptical Networking, vol. 6 (2007) 408 ® 非專利文獻2 . K. Hotate and Z. He : J. Lightw. Techriol vol. 24 (2006) 254卜 145095.doc 201102633 非專利文獻3 : T. Saida and K. Hotate : IEEE Photon. Technol· Lett·，vol. 10 (1998) 573。 非專利文獻 4 : Z. He and K. Hotate : J. Lightw. Technol·， vol. 20 (2002) 1715。 【發明内容】 發明所欲解決之問題 本發明之目的在於提供一種能夠以實用構成監視p〇N系 統之光線路之光線路監視系統及監視裝置。 解決問題之技術手段 為了達成目的，提供一種光線路監視系統，其係包含： 含有兩個端之㈣線路；含有兩個端之複數之第2光錦 路；包含將^光線路之第i端輕合於複數之第2光線路之 第1端之第1光分歧器的分支型光線路；以及耦合於第以 線路之第2端之監視裝置。於該系統中，監視裝置包含光 源、第2光分歧器、檢測部、及控制部。光源輸出已藉由 週期P之調變信號調變光頻之具有梳齒狀之光波相干函數 ^光。第2光分歧器將自光源輸出之光分支為監視光與參 考光而輸出。檢測部檢測自第2光分歧器輸出之監視光在 先!：上傳播期間所產生之反射光與自第2光分歧 換為電—輸出。控㈣，麵奸涉光轉 衩制邰使週期p變化，並 週期P與自檢測部輸出之電氣 根據。亥 之，求出分支型光線路中 者瓜視先傳播方向之反射率分布。 複數之第2光線路中至少一 夕條包含反射部，監視裝置亦 145095.doc 201102633 可包含記錄有反射部與監視裝置之間之距離之資訊的記錄 裝置。較佳為監視裝置以9 cm以下之空間解析度檢測由反 射部所反射之監視光。又，較佳為複數個反射部為以可選 擇波長之方式反射監視光之反射器，設第1光分歧器之分 支數為N，反射器之反射率[dB]大於 [數1] -40 + 201ogi〇iV 〇 監視裝置亦可進而包含監視光閘部，其輸入自第2光分 歧器輸出之監視光，且以固定週期T選擇性地輸出第1閘寬 w 1之期間之該監視光，檢測部從電氣信號中以固定週期T 選擇性地輸出第2閘寬w2之期間之該電氣信號之特定頻帶 者’上述電氣信號表示自監視光閘部輸出之監視光在光線 路上傳播時所產生之反射光與自第2光分歧器輸出之參考 光相互干涉而成之干涉光的強度。此時’檢測部亦可包 含·光電轉換部’其輸出與干涉光之強度相應之值之電氣 仏號，以及電氣信號閘部，其輸入自光電轉換部輸出之電 氣信號，且以固定週期T選擇性地輸出第2閘寬W2之期間 之該電氣信號。又，較佳為週期p、第1閘寬wl及第2閘寬 W2滿足「Wl + w2<2p」之關係，設m為任意之整數，檢測 部中之特定頻帶不包含m/p之頻率。 作為發明之另一態樣係提供一種包含光源、光耦合器、 監視光閘部、檢測部、及控制部之光線路監視裝置。光源 輸出已藉由週期p之調變信號調變光頻之具有梳齒狀之光 波相干函數之光。光耦合器將自光源輸出之光分支為監視 145095.doc 201102633 光與參考光而輸出。監視光間部係輸入自光麵合器輸出之 監視光’且以固定週期τ選擇性地輸出^閘寬wi之期間 之該監視光。檢測部從電氣信號中以固定週期τ選擇性輸 ^第2閘寬w2之期間之該電氣信號之特定頻帶者，上述電 氣信號表示自監視光閘部輸出之監視光在光線路上傳播時 所產生之反射光與自光耦合器輸出之參考光相互干涉而成 之干涉光的強度。控制部係使週期p變化，並且根據該週 期靖自檢測部輸出之電氣信號，求出光線路中之沿著監 視光傳播方向之反射率分布。 檢測亦可包含.光電轉換部，其輸出與干涉光之強度 相應之值之電氣信號；以及電氣信號間部，其輸入自光電 轉換部輸出之電氣信號’且以固定週期1選擇性地輸出第2 閘寬W2之期間之該電氣信號。較佳為週期ρ、^問寬^ 及第2閘寬W2係滿足「wl+w2<2p」之關係。又，較佳為設 m為任意之整數’檢測部中之特定頻帶不包含_之頻 〇 【實施方式】 先則之光線路監視系統包含非專利文獻丨〜4中所記載之 光線路監視W ’而難以應用於用戶系p⑽系統中之光纖 線路之監視。其原因為如下。 第，非專利文獻1中戶斤記載之光線路監視系统中，監 視裝置係使用OTDR，因此空間解析度低至2 此當 複數之第2光線路之間自監視裝置至反射據光片為止之距 離彼此為2 m以㈣’會存在反射峰重疊而無法區分之問 145095.doc 201102633 題。又’若為了避免該問題而以第2光線路之長度彼此相 差2 m以上之方式敷設，則必需準備收納最大2 m之餘長之 空間’從而空間較少之集合住宅等處敷設較為困難。 第二，於將OCDR技術用於監視裝置之情形時，可測定 距離範圍之擴大成為課題。一般而言，因用戶系光通信系 統中光纖線路之線路長度為丨〜2〇 km左右，因而如非專利 文獻2、3中所記載之技術般需要擴大可測定距離範圍。 然而，如非專利文獻2中所記載般，於使參考光在將來 自光源之輸出光脈衝化且包含迴路電路（延遲光纖）之參考 光路上傳播，進而切換延遲光纖之方式中，需要準備大於 可測定距離範圍/相干長度之比之根數的延遲光纖。又， 延遲光纖之長度亦必需與監視對象之光線路為同等程度 長。由此，需要多根較長之延遲光纖而導致測定裝置大型 化、咼成本化’從而實用性降低。 又，非專利文獻2中所記載之方式中，為了補償在迴路 電路中傳播時之參考光之損耗而需要光放大器。由此，來 自光源之輸出光之波長被限制為可利用光放大器進行光放 大之波長。另一方面，於實際之用戶系光通信系統中，通 L中係使用1.26 μιη].62 μηι之波長之光，因此監視光必需 為其以外之波長。λ，實際之光通信系統中所廣泛使用之 依據ITU-TG.652之單模光纖中，目比波長126 _短之波 長之光受到高次模之影響而不適合於監視，又，比波長 17 μΓΠ長之波長之光„曲損耗之原因亦不適合於監視。 因此’較好的是將“2吨〜i·7 _之波長之光用於監視， 145095.doc 201102633

料光纖放大器）等普通光放大器，因此難 因此難 以實現延遲線迴路電路。

離範圍内存在複數個。 丫尸汀δ己載之方法中’因來自光源之輸 故而光波相干函數之相干峰於可測定距 個。因此’要對來自複數個位置之反射 光進行總括檢測，從而無法確定反射點之位置。 再者，假設組合非專利文獻2、3之各方法將來自光源之 輸出光脈衝化，則有可能將光波相干函數之相干峰限定為 一個。然而，因相干峰之次數（=延遲時間差相對於調變週 期之比）為固定，故而無法測定較廣距離範圍。 以下參考圖式說明本發明之實施形態。圖式為例示，並 非限定發明之範圍。圖式中相同符號表示相同部分，藉此 避免重複說明》 (第1實施形態） 圖1係表示包含本發明第丨實施形態之光線路監視裝置 13 Α之光線路監視系統丨Α的概念圖。光線路監視系統i A 中’設置於總局10A之總局側終端（〇lt) 11與N個用戶終端 (ONUPUIn經由光分歧器20且相互藉由光纖線路而光學 連接，從而於總局側終端11與各用戶終端21n之間進行光 通信。此處’ N為2以上之整數，η為1以上N以下之各整 數。光線路監視系統1Α之形態被稱作p〇N(Passive Optical

Network，被動式光網路）。分支數n典型的是4〜32。 總局10 A中除了設置有總局側終端丨丨之外，亦設置有光 145095.doc 12 201102633 耗合器12及光線路監視裝置13 A。總局側終端丨1與光輕人 器12藉由光纖線路31而光學連接。又，光耦合器12上亦連 接有光線路監視裝置13A。光耦合器12與光分歧器2〇係藉 由第1光線路32而光學連接。光分歧器20與各用戶終端2U 係藉由第2光線路3 3 n而光學連接。 第1光線路及第2光線路較好的是包含依據ITlJ_TG 652之 單模光纖。較好的是於各第2光線路33n上且用戶終端2“附 近’配置有使通信光透過且使監視光反射之光學滤光片 22n。一般而言，因使用1，26 μιη〜1.62 μπι之波長之光作為 通k光’故較好的是使用1.65 μηι波段（1.64〜1·66 μηι)之光 作為監視光，因此較好的是光學濾光片亦為選擇性反射 1.65 μπι波段之光之濾光片。此種光學濾光片可藉由光纖 光柵等而實現。 光線路監視裝置13Α進行OCDR測定並監視測定對象物 (第1光線路32、光分歧器20、第2光線路33η、光學濾光片 22η、及用戶終端21η)。光線路監視裝置13Α包含光源41、 強度調變器42、光耦合器43、監視光閘部44、光學循環器 45、極化波調變器46、延遲光纖47、光耦合器51、平衡檢 波器52、第1濾光片53、電氣信號閘部54、第2濾光片55、 RF檢波器56、AD轉換器57、控制部61Α及信號發生器 62〜65 ° 光源41係可調變輸出光之光頻者，例如為半導體dFB (Distributed Feedback，分散式回饋）雷射光源或附外部諧 振器之半導體雷射光源等，光源41輸入自信號發生器62輸 145095.doc 201102633 出之週期性直接調變信號A，並輸出根據該直接調變信號 A而週期性調變光頻所得之光。來自該光源41之輸出光具 有梳齒狀之光波相干函數。 強度調變器42輸入自信號發生器63輪出之週期性外部調 變信號B，並根據該外部調變信號B將來自光源41之輸出 光加以強度調變後輸出。外部調變信號3為與直接調變信 號A同步之週期性信號。來自該強度調變器42之輸出光成 為已藉由強度調變而光譜得以整形者，且為光波相干函數 令所含之雜訊得以降低者。 光輕合器43輸人自光源41輸出絲據需要藉由強度調變 器42進行強度調變之光，且將該輸人光2分支為監視光也 參考光，其中將監視光輸出至監視光閘部44,將參考光輸 出至極化波調變器46。 監視光閘部44輸入自光搞合器43輸出之監視光，又，亦 ^入自信號發生器64輸出之監視光閘信號c。監視光間信 7為以固定週期τ具有閑寬…之脈衝之週期性信號。閉 wl大致等於直接調變信號a之調變週期。監視光閑部44 2間寬W1之脈衝之期間，將自光分歧器43輸出之監視光 輸出至光學循環器45。 ^«器45輸人自監視光閘部44脈衝化而輸出之監視 白：3玄監視光輸出至光搞合器…又，光學循環器45 5:。輕合器12到達之光，且將該光輸出至光輕合器 光子循％器45輸出之監視光經由光麵合器12而向第 H5095.doc 201102633 光線路32送出，進而，經由第1光線路32、光分歧器20、 第2光線路33n而到達光學濾光片22„。該監視光之傳播時所 產生之反射光（菲涅耳反射光或瑞利散射光）係沿著與監視 光之傳播路徑為相反方向之路徑，經由光耦合器12及光學 循環器45而輸入至光輕合器51。此時’藉由於各第2光線 路33n上且用戶終端21n附近配置有光學濾光片22n，從而反 射光之功率增大，OCDR測定之SN比得到改善，且測定時 間得以縮短，因而較佳。 尤其好的是，設光分歧器之分支數為N，光學濾光片之 反射率R係滿足 [數2]

R>R〇+20\〇g]〇N 其中’ R〇為光學循環器、光搞合器12、第1光線路及光分 歧器之内部反射率，典型而言，為_4〇 dB。藉由滿足上 式，由光學濾光片反射且到達監視裝置之反射光之功率， 要大於因光分歧器之上游（監視裝置側）處之不當反射而產 生的反射光之功率。因此，因光分歧器上游處之不當反射 所產生之雜sfl之影響得以相對降低，從而測定時間得以縮 短。 較好的是，於光分歧器43與光耦合器51之間之參考光之 光路上設置延遲光纖47。延遲光纖47係設定自光學循環器 45輸入至光耦合器51之反射光（監視光之回光）、與自光分 歧器43輸入至光耦合器51之參考光之間的延遲時間。較好 的是以如下方式設定延遲光織47之長度，即，測定之距離 145095.doc 201102633 範圍内之任意位置處反射監視光所產生之反射光與參考光 之間的延遲時間比光源41之輸出光之相干時間長。因於延 遲時間比相干時間長之範圍内空間解析度為大致固定值， 故而藉由以上述方式設定延遲時間，能夠降低測定範圍内 之空間解析度之偏差。（即，於延遲時間比相干時間短之 範圍内，延遲時間增大之同時空間解析度降低^) 較好的是亦於光分歧器43與光耦合器51之間之參考光之 光路上設置極化波調變器46。極化波調變器“輸入自光分 歧益43輸出之參考光，且改變該參考光之極化波狀態後將 其輸出。較好的是’當使反射光與參考光相互干涉而進行 檢測時’-面改變參考光之極化波狀態一面進行測定，並 針對複數個極化波狀態下測定之結果而實施平均化等運算 處理，從而獲得不依賴於極化波狀態之測定結果。再者， 亦能以代替參考光而改變反射光之側之極化波狀態的方式 設置極化波調變器。 光耦合器51輸入自光學循環器45輸出之反射光，並且輸 入自光分歧器43輸出之參考光，將該等輸入之反射光與參 考光口波後向平衡檢波器52輸出。作為光麵合器5卜係使 用例如3 dB麵合器。 平衡檢波H 52輸人藉由^合⑽而合波之反射光及參 考光’且將表示該等反射光與參考光重疊所得之干涉光之 強度的電氣信號輸出至第i據光片53:即，平衡檢波器Μ 作為輸出與干涉光之強度相應之值之電氣信號的光電轉換 部而發揮作用。 M5095.doc -16- 201102633 第1濾光片53輸入自平衡檢波器52輸出之電氣信號，並 除去該電氣信號中所含之多餘雜訊，將該除去後之電氣信 號輸出至電氣信號閘部54。較好的是，第i濾光片53為除 去所輸入之電氣信號之直流成分之渡光片。直流成分之雜 訊係因光耗合器51及平衡檢波器中之平衡之誤差而產生， 但藉由第1濾光片53將該雜訊除去，從而能夠降低後段之 電氣信號閘部54中之雜訊產生量。 電氣信號閘部54輸入經由第丨濾光片53之電氣信號， 又，亦輸入自信號發生器65輸出之電氣信號閘信號d。電 氣信號閘信號D為以固定週期τ具有閘寬〜2之脈衝之週期 性信號。電氣信號閘信號D之週期τ係與監視光閘信號〇之 週期Τ相等。電氣信號閘信號D之脈衝中心相對於監視光 閘信號c之脈衝中心僅延遲閘延遲時間d。 電氣信號閘部54僅於閘寬〜2之脈衝之期間，將自第^慮 光片53輸出之電氣信號輸出至第2濾光片55。自電氣信號 閘邛54向第2濾光片55輸出之電氣信號成為脈衝信號。關 於電氣信號閘部54，係使用相應於電氣信號閘信號〇之位 準而進行ΟΝ/OFF(接通/斷開）動作之運算放大器電路。 第2濾光片55輸入自電氣信號閘部54輸出之脈衝狀之電 氣k號，並將該輸入之電氣信號之特定頻帶之信號輸出至 選擇性RF檢波器56。較好的是’第2濾光片55中之上述特 疋頻帶不包含電氣信號閘信號D之重複頻率f(=i/T)之整數 ^之頻率nf(其中福自然數）。尤其好的是，上述特定頻帶 含有f(=l/T)之半奇數倍之頻率且具有f/2以下之頻寬。輸入 145095.doc 201102633 至電氣信號閘部54之信號於直流及1/p之整數倍之頻率中 具有雜訊，藉由該雜訊穿過電氣信號閘部而導致雜訊於f 之整數倍之頻率中擴散。然而’藉由以上述方式設定頻 帶，能夠降低電氣信號閘部54中所產生之雜訊之影響，從 而可改善測定之SN比，且可縮短測定時間。 RF檢波器56輸入自第2濾光片55輸出之電氣信號，且將 其轉換成相當於干涉成分之大小之電氣信號後向ad轉換 器57輸出。AD轉換器57輸入自RF檢波器56輸出之電氣信 號，且將該電氣信號（類比信號）轉換為數位信號後將該數 位信號輸出至控制部61A。該數位信號之值係表示由光源 41之光頻調變之週期p及閘延遲時間d所決定的光線路上之 位置z處所產生之反射光之功率。 控制部61A輸入自AD轉換器57輸出之數位值，並使該數 位值與位置z相關聯而加以記憶。控制部61A控制信號發生 器62〜65之各個，並指定自信號發生器62輸出之直接調變 信號A之調變週期p、自信號發生器63輸出之外部調變信號 B之調變週期（p之整數分之一）、自信號發生器㈣輸出之監 視光閘信號C之週期T及閘寬wi、自信號發生器65輸出之 電氣信號閘信號D之週期τ及閘寬w2、以及閘延遲時間d。 藉此，控制部61A指定作為測定對象之光線路上之測定位 置Z，並自AD轉換器57取得表示該位置2處所產生之反射 光之功率的數位值。繼而，控制部61A求出光線路中之沿 著監視光傳播方向之反射率分布。 又，控制部61A係連接於記錄裝置71。記錄裝置71中儲 145095.doc • 18- 201102633 存有自監視裝置至光學濾光片22n之各個為止之距離、建 築物之名稱或建築物内之位置等光學濾光片及用戶终端之 s免置位置之資訊。將事先準備之至光學濾光片22。為止之 距離之資訊與反射率分布中之反射率峰值之距離加以對 照’判定是否已檢測到來自各光學濾光片22n之反射光。 並且，控制部61A於存在未檢測到反射光之用戶終端之情 形時，判定該用戶終端所屬之用戶側光纖中有斷線等異 常，並顯示出異常。進而，控制部6丨A根據至光學濾光片 為止之距離資訊，限定於光學濾光片之附近進行〇CDR測 定，從而知曉有無來自光學濾光片之反射光及反射率之大 小，藉此能夠迅速檢查該光學濾光片所屬之第2光線路有 無異常。 其次，使用圖2〜圖5說明自信號發生器62供給至光源41 之直接調變信號A、自信號發生器63供給至強度調變器42 之外部調變信號B、自信號發生器64供給至監視光閘部44 之監視光閘信號C、自信號發生器65供給至電氣信號閘部 54之電氣信號閘信號D、以及自RF檢波器％輸出之電氣信 號等。 。 圖2(a)、（b)、（c)、（d)區域之各個係表示直接調變信號 A、外部調變信號B、監視光閘信號c、電氣信號閘信號d 之波形的圖表。圖3(a)區域係表示反射光與參考光之相關 性之圖表’⑻區域係表示監視光閘信號c與電氣信號閘信 號D之重疊（脈衝窗）之圖表，（幻區域係表示反射光之檢^ 靈敏度之圖表。 145095.doc •19· 201102633 如圖2⑷區域所示，直接調變信號A為具有週期p之， 號’且為用於對來自光源41之輸出光進行光頻調變之^ 號。週期P規定光線路中之測定位置2。#於作為測定對^ 之光線路之位置z處受到反射·散射而產生之反射光（監視光 之回光）相對於參考光之延遲時間差τ滿足（1)式 τ/Ρ=整數 ， 之條件時，來自該位置之反射光與參考光之調變之相位同 步從而反射光與參考A之相關性增高（圖3⑷區域中之位置 z丨)。另-方面，於不滿足⑴式之條件之位置處受到反射 散射而產生之反射光與參考光之相關性較低（圖3⑷區域中 之位置z2)。 圖4(a)區域係表示來自反射光與參考光之相關性增高之 位置z丨之反射光所引起的干涉信號之頻譜的圖纟圖4⑻ 區域係表示來自反射光與參考光之相關性降低之位置 反射光所引起的干涉信號之頻譜的圖表。#反射光與參考 光之相關性較高時’兩光所引起之干涉信號之頻譜偈限於 與監視光之線寬同程度之頻帶内。另一方面，當反射光與 參考光之相關較低時，干涉信號之頻譜則遍及與監視光之 光頻調變之振幅同程度之頻帶而擴散…匕，藉由以大於 監視光之線寬之振幅實施光頻調變，能夠選擇性檢測來自 特定之測定位置之反射光。 空間解析度係與光頻調變之振幅成大致反比例，因此較 好的是頻率調變之振幅較大。另—方面，能夠注入至作為 光源41之雷射二極體之電流的上限值係由損冑臨限值所規 145095.doc •20- 201102633 疋’且下限值為零，藉此振幅之上限受到規定。再者，直 接调變k號A之波形於本實施形態中為正弦波，但亦可為 矩形波或三角波等各種週期性波形。 更好的是’空間解析度為9 cm以下。藉此，為了避免不 同之第2光線路所屬之光學濾光片之反射峰之重疊，只要 使第2光線路之長度相互錯開9 cm以上即足夠，只要於各 第2光線路中確保9 cm之餘長便可。另一方面，關於用作 第2光線路之光纖，一般而言依據itu_tg 652之單模光纖 中，強化彎曲特性且允許彎曲半徑設為15 mm之光纖正得 到曰及藉由以允許彎曲半徑15 mm繞1周，能夠收納9 cm 之餘長’因此藉由將空間解析度設為9 以下，能夠將餘 長收納之空間最小化。 外部調變信號B為與直接調變信號a同步 之週期性信

高OCDR之反射光測定之位置選擇性。

期旺信铌，且為用於僅於閘寬wi T具有閘寬wl之脈衝之週 之脈衝之期間選擇自監視 145095.doc •21· 201102633 光閘部44輸出之監視光的信號（圖2(c)區域）。又，電氣信 號閘信號D為以固定週期τ具有閘寬w2之脈衝之週期性信 號’且為用於僅於閘寬w2之脈衝之期間選擇自電氣信號問 部54輸出之電氣信號的信號（圖2(d)區域）。 電氣信號閘信號D之週期T係與監視光閘信號C之週期τ 相等。電氣信號閘信號D之脈衝中心相對於監視光閘信號 C之脈衝中心僅延遲閘延遲時間d。藉此，選擇性檢測來自 光線路中之特定之測定距離範圍（脈衝窗）的反射光（圖3(b) 區域、（c)區域）。 較好的是’直接調變信號A之週期p、監視光閘信號c之 閘寬w 1及電氣信號閘信號D之閘寬w2滿足（2)式 wl+w2<2p ...(2) 藉此’若以於脈衝窗之中心處反射光與參考光之相關性達 到峰值之方式規定閘延遲時間d，則脈衝窗之中可存在之 相關峰值被限制為一個。 其中’（2)式中’可忽視監視光閘部44之on/ofF動作相 對於監視光閘信號c之位準變化之延遲、電氣信號閘部54 之ΟΝ/OFF動作相對於電氣信號閘信號口之位準變化之延 遲、裝置内之監視光閘信號C或電氣信號閘信號D等信號 之傳播延遲或光之傳播延遲等。當無法忽視該等延遲時， 可據此增減閘延遲時間d。 另一方面，當滿足（4)式 wl+w2>2p ...(4) 時，於脈衝窗内，反射光與參考光之相關性達到峰值之 145095.doc •22- 201102633 位置存在2個以上，因此該等位置之間會產生反射光測定 之串擾，因而不佳。又，當滿足（5)式 wl+w2<0.5p ...(5) 時，因脈衝能量之降低而導致測定之SN比降低，因而不 佳。因此’較好的是滿足（6)式 0.5p<wl+w2<2p ...(6)。 較好的是，監視光閘信號C及電氣信號閘信號D各自之 週期T為直接調變信號A之週期？之整數倍。較好的是，第 2滤光片55之通頻帶不包含監視光間信號以電氣信號問信 號D各自之重複頻率“=1/丁）之整數倍之頻率。例如，較好 的是設η為整數，滿足（7)式 (η+0.1)/Τ<通頻帶下限〈通頻帶上限<(η+〇 9)/τ ⑺。 其原因為如下。當設輸入至平衡檢波器52之反射光之電 場之複振幅為Ε1、設輸入至平衡檢波器52之參考光之電場 之複振幅為Ε2時，自平衡檢波器52輸出之電氣信號（電流 11)若省略比例係數，則由（8)式

Il=6(|El|2+|E2|2)+2Re[El-E2*]…⑻ 所表示。該式之第1項為非干渉性 、 々汗丁/y性之雜汛β ε表示平衡檢測 之同相成分之衰減係數。8較為理想的是零，但實際上大 第2項為干 夕取10或其以上之值，從而成為雜訊之原因 涉信號。 ，非干涉雜訊係與光強度成比例，作為光譜成具有相 當於平均功率之直流成分 '與光源41中之寄生強度調變及 外部強度調變所引起之調變成分(週期ρ)。對於非干涉雜訊 145095.doc -23- 201102633 而吕，於藉由第1濾光片53使直流成分衰減後，於電氣信 號閘部54中藉由電氣信號閘信號D而截取脈衝。 自電氣信號閘部54輸出之電氣信號（電流12)係由（9)式 I2=8F(|El|2+|E2|2)+2F-Re[El.E2*] …（9) 所表示。其中，F為電氣信號閘信號D，且具有週期T ^該 式之第1項為非干涉性雜訊，第2項為干涉信號。第丨項之 非干涉性雜訊為頻率（l/ρ)之函數與頻率（1/τ)之函數之積， 因此設i、j為整數，從而成為頻率（i/p+j/T)中所出現之雜 訊（圖5(b)區域）。此處，若以監視光閘信號c及電氣信號閘 仏號D各自之脈衝重複週期τ等於直接調變信號人之調變週 期P之整數倍的方式而設定脈衝週期，則設丨為整數，非干 涉性之雜訊產生之頻率被限定為i/T(圖5(a)區域）。 因此，藉由第2濾光片55截取不包含頻率（i/τ)之頻帶之 成为並作為檢測頻帶’藉此可獲得雜訊較少之測定結果。 因此’較好的是第2光學濾光片55之通頻帶滿足（7)式。 又’尤其是頻率（m+0.5)/T距離雜訊之峰值較遠因而雜訊較 低’從而較好的是第2光學濾光片55之通頻帶包含脈衝重 複之半奇數倍之頻率（m+0.5)/T。 (第2實施形態） 圖ό係表示包含本發明之第2實施形態之光線路監視裝置 UB之光線路監視系統1Β的圖。若與光線路監視系統ια相 比’不同點在於光線路監視系統1Β不包含第1濾光片53、 電氣信號閘部54及信號發生器65，包含參考光閘部48及信 號發生器66，且代替控制部61Α而包含控制部61Β。 145095.doc •24· 201102633 參考光閘部48係設置於光耦合器43與光耦合器51之間之 參考光之光路上。參考光閘部48輸入自光耦合器43輸出之 參考光，又，亦輸入自信號發生器66輸出之參考光閘信號 E參考光閘彳§號E係與第1實施形態中之電氣信號閘信號 D為相同者，且為以固定週期τ具有閘寬评2之脈衝之週期 性信號。參考光閘信號丑之週期丁係與監視光閘信號c之週 期Τ相等。參考光閘信號£之脈衝中心相對於監視光閘信號 c之脈衝中心僅延遲閘延遲時間d。參考光閘部4 8僅於參考 光閘信號E之閘寬W2之脈衝之期間，使參考光自光分歧器 43朝向光耦合器51穿過。 平衡檢波器52輸入藉由光耦合器57合波之反射光（監視 光之回光）及參考光，且將表示該等反射光與參考光相互 干涉而成之干涉光之強度的電氣信號輸出至第2濾光片 55。第2濾光片55輸入自平衡檢波器52輸出之脈衝狀之電 巩信號，且將該輸入之電氣信號之特定頻帶之信號選擇性 輸出至RF檢波器56。AD轉換器57輸入自RF檢波器56輪出 之電氣信號，且將該電氣信號（類比信號）轉換為數位信號 後將該數位信號輸出至控制部61 b。 控制部61B輸入自AD轉換器57輸出之數位值，且將該數 位值與位置z相關聯而加以記憶。控制部6 ib控制信號發生 器62、63、64、66之各個，且指定自信號發生器62輸出之 直接調變信號A之調變週期p、自信號發生器63輸出之外部 調變信號B之調變週期（p之整數分之一）、自信號發生器64 輸出之監視光閘信號C之週期τ及閘寬wl、自信號發生器 145095.doc -25- 201102633 66輸出之參考光閘信號E之週期τ及閘寬w2以及閘延遲時 間d。藉此，控制部61B指定作為測定對象之光線路上之測 定位置Z，並自AD轉換器57取得表示該位置2處所產生之 反射光之功率的數位值。繼而，控制部6丨B求出光線路中 之沿著監視光傳播方向之反射率分布。 光線路監視裝置13A中，使作為連續光之參考光與反射 光（監視光之回光）相互干涉並藉由平衡檢波器52進行檢測 後藉由作為電氣開關之電氣信號閘部5 4而以脈衝截取干 涉信號（來自.平衡檢波器52之輸出電壓信號），藉此將作為 測疋對象之光線路中之被測定位置限定於脈衝窗内從而可 貫現無串擾之測定。與此相對，於光線路監視裝置丨3B 中，係藉由參考光閘信號E使設置於參考光之光路上之參 考光閘部48動作而以脈衝截取參考光，且以相同方式將被 測定位置限制於脈衝窗内從而可實現無串擾之測定。 光線路監視裝置13B若與光線路監視裝置13A相比，則 八有簡化電路之優點。另一方面，光線路監視裝置丨3 A若 與光線路監視裝置13B相比，則可藉由第1濾光片53使非干 涉雜讯之直流成分衰減，因此由該直流成分與電氣信號閘 信號D之積所產生之非干涉性雜訊減小，由此，於避開非 干涉性雜訊之峰值而設定之檢測頻帶中由雜訊峰值之裙邊 所佔據，雜訊產生之可能性降低，從而測定之穩定性較 门又，光線路監視裝置13A若與光線路監視裝置13B相 身又而§能夠減少成本高於電氣式開關之光閘之使 用’因此能夠以低成本實現。 145095.doc -26· 201102633 本發明之光線路監視系統及光線路監視裝置能夠以實用 構成遍及較廣之可測定距離範圍且以高空間解析度監視光 線路。 產業上之可利用性 本發明之光線路監視系統及光線路監視裝置可用於PON 系統之光線路監視。 【圖式簡單說明】 圖1係表示包含本發明第丨實施形態之光線路監視裝置之 光線路監視系統的概念圖。 圖2(a)、（b)、（c)、（d)區域之各個係表示直接調變信號 A外。p調變#號B、監視光閘信號c、電氣信號閘信號〇 之波形的圖表。 圖3(a)區域係表示反射光與參考光之相關性之圖表⑻ 區域係表示監視光閘信號c與電氣信號間信號〇之重疊之 圖表’⑷區域係表示反射光之檢測靈敏度之圖表。 圖4⑷區域係表示來自反射光與參考光之相關性增高之 位置Zl的反射光所引起之干涉信號之頻譜的圖表，⑻區域 係表示來自反射光與參考光之相關性降低之位置&之反射 光所引起之干涉信號之頻譜的圖表。 圖5係放大表示圖4⑷區域之圖表之虛線所包圍之部分的 圖表’⑷區域係表示閘信號D及閘信號c各自之週期τ為直 接調變信號Α之週期？之整數倍之情形，⑻區域係表示閉 及閘信號C各自之週期丁不為週期p之整數倍之情 145095.doc -27· 201102633 圖6係表示包含本發明之第2實施形態之光線路監視裝置 之光線路監視系統的概念圖。 【主要元件符號說明】 ΙΑ、1B 光線路監視系統 10A、10B 總局 11 總局側終端 12 光耦合器 13A、13B 光線路監視裝置 20 光分歧器 21,~21n 用戶終端（ONU) 221〜22n 光學濾光片 31 光纖線路 32 第1光線路 33,~33n 第2光線路 41 光源 42 強度調變器 43、51 光搞合器 44 監視光閘部 45 光學循環器 46 極化波調變器 47 延遲光纖 48 參考光閘部 52 平衡檢波器 53 第1濾光片 145095.doc -28· 201102633 55 第2濾光片 54 電氣信號閘部 56 RF檢波器 57 AD轉換器 61A、61B 控制部 62 〜66 信號發生器 71 記錄裝置 29- 145095.doc

Claims (1)

1. 201102633 七、申請專利範圍： 1. 一種光線路監視系統，其係包含： 具有兩端之第1光線路； 具有兩端之複數之第2光線路； 分支型光線路，其包含將上述第】光線路之第i端麵合 於上述複數之第2光線路之第丨端之第丨光分歧器；以及 監視裝置，其耦合於上述第丨光線路之第2端；且 上述監視裝置包含： 光源，《輸出藉由週期p之調變信㉟而調變過光頻 之具有梳齒狀之光波相干函數之光； 第2光分歧器’其將自上述光源輸出之光分支為監 視光與參考光而輸出； 檢測部’其檢測自上述第2光分歧器輸出之監視光 在上述分支型光線路上傳播期間所產生之反射光與自 上述第2光分歧器輸出之參考光相互干涉而成的干涉 光，並將該干涉光轉換為電氣信號而輸出；及 控制部，其係使上述週期P變化，並且根據該週期p 與自上述檢測部輸出之電氣信號，求出上述分支型光 線路中之沿著監視光傳播方向之反射率分布。 2. 如請求項1之光線路監視系統，其中 上述複數之第2光線路中至少一者包含反射部， 上述瓜視裝置包含記錄有上述反射部與上述監視褒置 之間之距離之資訊的記錄裝置。 3. 如請求項2之光線路監視系統，其中 145095.doc 201102633 上述監視裝置係以9 cm以下之空間解析度檢測由上述 反射部所反射之監視光。 4·如請求項2之光線路監視系統，其中 上述反射部全部為以可選擇波長之方式反射監視光之 反射器， 設上述第1光分歧器之分支數為N，上述反射器之反射 率[dB]大於 [數1] -40+201〇轻1()7^ ° 5. 如請求項1之光線路監視系統，其中 上述監視裝置進而包含監視光閘部，其輸入自上述第 2光分歧器輸出之監視光，且以固定週期了選擇性地輸出 第1閘寬wl之期間之該監視光， 上述檢測部從電氣信號中以上述固定週期T選擇性地 輸出第2閘寬W2之期間之該電氣信號之特定頻帶者，上 述電氣彳§號係表示自上述監視光閘部輸出之監視光在光 線路上傳播時所產生之反射光與自上述第2光分歧器輸 出之參考光相互干涉而成之干涉光的強度。 6. 如請求項5之光線路監視系統，其中 上述檢測部係包含： 光電轉換部’其輸出與上述干涉光之強度相應之值 之電氣信號；以及 電氣信號閘部’其輸入自上述光電轉換部輸出之電 氣信號’且以上述固定週期T選擇性地輸出上述第2閘 145095.doc -2- 201102633 寬w2之期間之該電氣信號。 7.如凊求項5之光線路監視系統，其中 述週期P、上述第1閘寬wl及上述第2閘寬W2係滿足 Wl+W2<2P」之關係。 女凊求項5之光線路監視系統，其中 為任思之整數’上述檢測部中之上述特定頻帶不 包含m/p之頻率。 9· 一種光線路監視裝置，其係包含： 光原其輸出藉由週期p之調變信號而調變過光頻之 具有梳齒狀之光波相干函數之光； 光搞口器，其將自上述光源輸出之光分支為監視光與 參考光而輸出； .光閘。卩，其輸入自上述光耦合器輸出之監視光， 且以固疋週期τ選擇性地輸出第1閘寬之期間之該 光； 1 才欢測部’其從電氣信號中以上述固定週期T選擇性地 輸出第2閘寬w2之期間之該電氣信號之特定頻帶者，上 述電氣信號係表示自上述監視光閘部輸出之監視光在光 線路上傳播時所產生之反射光與自上述光麵合器= 參考光相互干涉而成之干涉光的強度；及 控制部’其係使上述週期卜變化，並且根據該週期p與 +自上述檢測部輸出之電氣信號，求出上述光線路中之沿 著監視光傳播方向之反射率分布。 /σ 10.如睛求項9之光線路監視裝置，其中 145095.doc 201102633 上述檢測部係包含： 光電轉換部’其輸出與上述干涉光之強度相應之值 之電氣信號；及 電氣仏號閘部，其輸入自上述光電轉換部輸出之電 氣信號，且以上述固定週期τ選擇性地輸出上述第2閘 寬w2之期間之該電氣信號。 11. 如請求項9之光線路監視裝置，其中 上述週期Ρ、上述第i閘寬…及上述第2問寬w2係滿足 「wl+w2c2p」之關係》 12. 如請求項9之光線路監視裝置，其中 設m為任意之整數，上述檢測部中之上述特定頻帶不 包含m/p之頻率。 145095.doc