WO2010041564A1 - ファイバフューズ検知装置 - Google Patents

Abstract

　レーザ光が伝搬する光ファイバにおけるファイバフューズの発生を早期に検出して被害の拡大を防止するファイバフューズ検知装置である。これは、該光ファイバのレーザ光入射側に配置し、当該光ファイバに入射した光に対して逆方向に伝播する逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段と、当該光入力手段で入力された光を光電変換する受光手段と、当該受光手段の出力信号から、ファイバフューズによる周期信号を含む所定周波数帯域成分を抽出する電気フィルタ手段と、当該電気フィルタ手段の出力レベルの所定値以上の変化を検知する検知手段と、当該検知手段の検知出力に応じて、警告信号を発する警告手段と、を備える。この警告手段により、該光ファイバへのレーザ光を停止または抑制する。

Description

ファイバフューズ検知装置

　この発明は、光ファイバにおけるファイバフューズを検知して、それによる被害の拡大を防止するファイバフューズ検知装置に関する。

　無中継距離の延伸や、波長分割多重（ＷＤＭ）技術による多重数の増加により、通信用途でも光ファイバを伝搬する光パワーが増加する傾向にあり、何れは、平均パワーが数Ｗに達するのではないかと考えられる。また、光ファイバでパワーを伝送しようとする試みもある。
　光ファイバ中を高強度光が伝搬する際、光伝送路中または光コネクタ部の微細なゴミなどによって、「ファイバフューズ」と言われる光ファイバの破壊現象が起こることが知られている。具体的には、例えばゴミ部分で発火して光ファイバのコアが溶融し、その溶融現象が光源に向かって進行する現象であり、結果的に、図６に示すように、光ファイバのコアに周期的なミクロンサイズの空洞を作りながら光ファイバが破壊されていく。このファイバフューズ現象の伝搬速度は、光ファイバの種類および光強度に依存するが、毎秒数１００ｃｍから数メートル程である。
　ファイバフューズによる破壊は、コアにおける光パワー密度が一定値以下にならない限り進行する。光源に近いほど、光パワーは大きいので、ファイバフューズ現象を放置すれば、最終的に光源にまで到達することになり、光源をも損傷する。
　ファイバフューズ現象の進行を防止する手段として、コア径を大きくした光ファイバを中間に挿入することが提案されている（特許文献１（米国特許第６６４００４３号）参照）。コア径を大きくした部分の両側にはコア径の変化を緩和するテーパ部を設けて、急激なモードフィールド径の変化を抑制する。
　文献：
米国特許第６６４００４３号 "Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ　ｓｅｌｆ−ｐｒｏｐｅｌｌｅｄ　ｓｅｌｆ−ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ，"Ｒ．Ｋａｓｈｙａｐ　ａｎｄ　Ｋ．Ｊ．Ｂｌｏｗ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．２４，ｎｏ．１，ｐｐ．４７−４９，１９８８． "Ｆｉｂｅｒ　Ｆｕｓｅ　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ−Ｏｐｔｉｃ　Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒｓ"，Ｙｏｓｈｉｔｏ　Ｓｈｕｔｏ，Ｓｈｕｉｃｈｉ　Ｙａｎａｇｉ，Ｓｈｕｉｃｈｉｒｏ　Ａｓａｋａｗａ，Ｍａｓａｒｕ　Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｍｅｍｂｅｒ，ａｎｄ　Ｒｙｏ　Ｎａｇａｓｅ，ＩＥＥＥ　ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬ．１６，ＮＯ．１，Ｐａｇｅ　１７４−１７７，２００４． "Ｃａｔａｓｔｒｏｐｉｃ　ｄａｍａｇ　ａｎｄ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ａｇｅｉｎｇ　ｉｎ　ｂｅｎｔ　ｆｉｂｒｅｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｈｉｇｈ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｏｗｅｒ，"Ｒ．Ｍ．Ｐｅｒｃｉｖａｌ，Ｅ．Ｓ．Ｒ．Ｓｉｋｏｒａ，ａｎｄ　Ｒ．Ｗｙａｔｔ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ　３６，ｎｏ．５，４１４−４１６（２０００）． "Ｓｉｎｇｌｅ　ｍｏｄｅ　ｔａｐｅｒｓ　ａｓ　ｆｉｂｅｒ　ｆｕｓｅ　ｄａｍａｇｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｒｅａｋｅｒｓ，"Ｄ．Ｐ．Ｈａｎｄ　ａｎｄ　Ｔ．Ａ．Ｂｉｒｋｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１，３３−３４（１９８９）．

　特許文献１に記載の方法では、ファイバフューズ遮断用の光ファイバより先の部分の光ファイバでのファイバフューズの進行を停止できない。また、ファイバフューズ遮断用の光ファイバでのコア径の差が大きいと、モードコンバージョンが発生し、通信用途では、信号伝送特性に悪影響を与える。
　本発明は、ファイバフューズを迅速に検知し、必要によりファイバフューズの進行を抑制するファイバフューズ検知装置を提示することを目的とする。
　そこで本発明のファイバフューズ検知装置では、レーザ光が伝搬する光ファイバにおけるファイバフューズを検知するために、当該光ファイバのレーザ光入射側に配置され、当該光ファイバに入射した光に対して逆方向に伝播する逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段と、当該光入力手段で入力された光を光電変換する受光手段と、当該受光手段の出力信号から、ファイバフューズによる周期信号を含む所定周波数帯域成分を抽出する電気フィルタ手段と、当該電気フィルタ手段の出力レベルの所定値以上の変化を検知する検知手段と、当該検知手段の検知出力に応じて、警告信号を発する警告手段と、を用いる。
　また、上記光ファイバに光伝送信号を伝送する光伝送手段を備え、上記光入力手段は、上記光伝送手段からの光が上記ファイバフューズによって反射されることによる逆方向伝搬光（つまり戻り光）の少なくとも一部を入力する光入力手段である。
　上記光入力手段には、例えば光カプラを使用することができる。この光カプラは、３デシベルカプラ以外に、広範囲の分岐比の任意の光カプラを使用することができる。
　また、上記の光カプラは、波長分割多重方式カプラである。波長分割多重方式カプラとしては、波長アレイ導波路格子フィルタやプリズム型の波長分割多重方式カプラなどでよい。
　また、上記光伝送手段は、上記ファイバフューズのモニタ用レーザ光源を含み、該モニタ用レーザ光源からの光を上記光カプラを通じて上記光ファイバに入力する。フューズが発生した際、周期的に図６の様な空洞ができるので、フューズ先端からの反射率も周期的に変わる。そのため、モニタ光を設けた場合に、モニタ光の戻り光成分にも同様なフューズを特徴とする周波数特性が表れる。伝送光の波長とモニタ光の波長に対して理想的な波長分割多重方式カプラを用いることによって、伝送光とモニタ光との双方の損失が無い状態での結合を実現することができる。
　上記逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段で入力された光は、光カプラまたはサーキュレータで上記検知手段に分岐する。上記モニタ用レーザ光源からの光は、上記光カプラまたはサーキュレータと、上記光入力手段を通じて、上記光ファイバに入力されるものである。
　また、電気信号は、次の様にさらに高感度に処理することもできる。つまり、上記電気フィルタ手段を第１電気フィルタ手段とするとき、さらに、ファイバフューズの発生で強度が増加しない周波数帯域を抽出する第２電気フィルタ手段を用いる。上記検知手段は、第１電気フィルタ手段と２電気フィルタ手段とを比較して、所定値以上の変化を検知するようにする。これによって、第１電気フィルタ手段と２電気フィルタ手段とを通過するコモンモードノイズを相殺することができる。
　上記モニタ用レーザ光は、光ファイバ中の伝播における伝播損失を抑制するため、つまり、上記光ファイバ中のブリルアン散乱を防止するための光変調を施すものとする。
　上記光入力手段は、上記光ファイバに向かう伝播光からその逆方向伝搬光を分離する光分離手段であり、この光分離手段としては、例えば、サーキュレータ、ハーフミラー、分岐プリズム等を用いることができる。
　上記光分離手段は、上記レーザ光を出力するレーザ光源と上記光ファイバとの間に配置する。これは、上記レーザ光源の出力光を上記光ファイバに転送し、また、上記光ファイバからの逆方向伝搬光を上記受光手段に転送する光素子である。
　上記検知手段は、上記電気フィルタ手段の出力レベルを所定の閾値と比較する比較手段である。この比較手段は、アナログ信号用のコンパレータであっても、デジタル信号化して、数値判定を行う論理回路であってもよい。
　上記光分離手段は、当該レーザ光を出力するレーザ光源と当該光ファイバとの間に配置する。これは、前記レーザ光源の出力光を前記光ファイバに転送し、前記光ファイバからの逆方向伝搬光を前記受光手段に転送する光素子である。
　上記光ファイバに入射するレーザ光に該レーザ光と異なる波長のモニタ光を合波することで、上記のように、伝送光の波長とモニタ光の波長に対して理想的な波長分割多重方式カプラを用いることができる。これによって、伝送光とモニタ光との双方の損失が無い状態での結合を実現することができる。この際、該合波光を上記光ファイバに供給する光合波器と、上記光分離手段で分離された上記逆方向伝搬光に含まれる当該モニタ光を透過し、上記レーザ光を遮断する光フィルタと、を用いる。上記受光手段は、上記光フィルタからの出力光を光電変換するものである。
　上記検知手段は、上記電気フィルタ手段の出力レベルを所定閾値と比較する比較手段である。上記のように、この比較手段は、アナログ信号用のコンパレータであっても、デジタル信号化して、数値判定を行う論理回路であってもよい。
　上記警告手段は、上記検知手段の検知出力に応じて、上記光ファイバへの上記レーザ光の入射を停止する信号を発するものである。この信号には、アナログ信号でも、デジタル信号でも用いることができる。
　上記警告手段は、上記検知手段の検知出力に応じて、上記光ファイバへの上記レーザ光の入射パワーを低減する信号を発するものである。この信号には、アナログ信号でも、デジタル信号でも用いることができる。
　上記光ファイバに入射する前に上記レーザ光を増幅する光アンプを備え、
　上記警告手段が、上記検知手段の検知出力に応じて、上記光ファイバに入射する前に上記レーザ光を光増幅する光アンプを停止させるか、増幅率を低減させる信号を発するものである。この信号には、アナログ信号でも、デジタル信号でも用いることができる。
　上記警告手段は、上記検知手段の検知出力に応じて、上記レーザ光を発生する光源のレーザ出力パワーを低減するように制御するものである。この信号には、アナログ信号でも、デジタル信号でも用いることができる。

　第１図は、本発明の第１実施例の概略構成ブロック図である。
　第２図は、ファイバフューズによる戻り光のＲＦスペクトル変化を示す模式図である。用いた光ファイバはＳＭＦ−２８で、光のパワーは約２．８Ｗである。
　第３図は、本発明の第２実施例の概略構成ブロック図である。
　第４図は、本発明の第３実施例の概略構成ブロック図である。
　第５図は、本発明の第４実施例の概略構成ブロック図である。
　第６図は、ファイバフューズを起こした光ファイバの縦断面図である。
　第７図は、本発明の第５実施例の概略構成ブロック図である。
　第８図は、本発明の第６実施例の概略構成ブロック図であり、モニタ光源を直接変調する例である。
　第９図は、本発明の第６実施例の概略構成ブロック図であり、モニタ光源からの単色光を変調器で変調する例である。
　第１０図は、本発明の第７実施例の概略構成ブロック図である。
　第１１図は、光検出器の出力を２分岐して異なる周波数帯で比較する検知回路の例を示すブロック図である。
　第１２図は、ファイバフューズに起因する櫛形の周波数分布を持ったピーク群は、等間隔に並んだ複数のピークで構成されることを示す図である。
　第１３図は、ファイバフューズの進行速度と入射光パワーとの実測値を示す。

　以下に、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。レーザ１０は、パルス又はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ；連続発振）のレーザ光を出力する。通常、レーザ１０から出力されるレーザ光は、信号伝送の場合、パルス光又はＣＷ光であり、電力伝送の場合にはＣＷ光となる。エルビウム添加光ファイバ（ＥＤＦＡ）からなる光アンプ１２は、レーザ１０の出力光をパワー増幅する。光アンプ１２の出力レーザ光のパワーは、数Ｗオーダーになる。
　光アンプ１２の出力レーザ光は、光サーキュレータ１４を介して伝送用光ファイバ１６に入射する。光サーキュレータ１４は、ポートＡに入射した光をポートＢから出力し、ポートＢに入射した光をポートＣから出力する公知の光素子である。光サーキュレータ１４のポートＡに光アンプ１２の出力が接続し、ポートＢに光ファイバ１６の一端が接続する。光サーキュレータ１４の代わりに、同様の機能を有する光カプラを使用しても良い。光カプラの場合、一般に、光サーキュレータよりも挿入損失が少なくなるという利点がある。
　光サーキュレータ１４のポートＣには受光素子１８が接続する。即ち、光ファイバ１６から光サーキュレータ１４のポートＢに入射する逆方向伝搬光が、光サーキュレータ１４により受光素子１８に転送される。光ファイバ１６から光サーキュレータ１４のポートＢに入射する逆方向伝搬光は、光アンプ１２の出力レーザ光が光ファイバ１６に入射することで生成される各種の戻り光であり、例えば、光ファイバ１６内での散乱光、ファイバフューズで生成されるファイバフューズ光、及び各部の端面で生成される反射光からなる。
　受光素子１８は光ファイバ１６からの逆方向伝搬光を電気信号に変換し、アンプ２０は受光素子１８の出力電気信号を増幅する。電気フィルタ２２は、アンプ２０の出力電気信号から、ノイズ成分、例えば、１０ｋＨｚ~５００ｋＨｚを抽出する。これは、ファイバフューズが発生すると、ＣＷ伝送の場合、１０ｋＨｚ~５００ｋＨｚ帯域で２０ｄＢ以上の強度増加が検出されたことによる。
　図２は、受光素子１８の出力をスペクトラムアナライザに入力した場合の表示例を示す。ファイバフューズがある場合の信号強度は、それが無い場合の信号強度に比べて４０から５０デシベル程度大きいことが分かる。図２では、ＲＦスペクトルの細かい変動が見られるが、これは、図２に示すｆｃの整数倍の周波数を持った信号である。また、以下で説明するが、ｆ_{Ｄｏｐｐｌｅｒ}（＝２ｎＶ／λ、　ここでは、ｎは光ファイバの屈折率、ｖはフューズの速度、λは光の波長）で示す信号ピークが発生する。この抽出帯域は一例であり、通信用途の場合には、伝送信号に起因する帯域を除外したノイズ帯域のレベルを抽出すればよく、電力伝送の場合には、１０ｋＨｚ以上の周波数から所望の帯域を抽出すればよい。言うまでもないが、電気フィルタ２２とアンプ２０の配置を逆にしてもよい。
　図６に図示したように、ファイバフューズが発生すると、光ファイバ１６内に周期的に空洞が形成され、これらの空洞が、戻り光に強度変調をもたらす。例えば、ファイバフューズの進む速度をｖ（ｍ／ｓ）、フューズ後にファイバ中に生じる周期構造の空洞のピッチをｐ（ｍ）とすると、１ピッチ分、進むために必要な時間はｐ／ｖとなる。ファイバフューズの光源方向への進行により、ファイバフューズの起きている場所で反射して逆方向に伝搬する戻り光は、強度変調を受けることになり、その強度変調の基本繰り返し周波数ｆ_０は、数式１のようになる。

　例えば、米国コーニング社の単一モード光ファイバＳＭＦ−２８を使ったファイバフューズの実験では、２．７５Ｗのレーザ光を入射したときに、フューズ進行速度ｖが０．４６ｍ／ｓ、周期構造のピッチ１５μｍであり、上記式から得られる基本変調周波数ｆ_０は、３１ｋＨｚである。このような強度変調が、ノイズレベルの増大をもたらすと考えられる。
　パワー計２４が電気フィルタ２２の出力レベルとしてその平均電力を計測し、計測されたノイズ電力を代表する電圧値を出力する。パワー計２４として、例えば、米国アジレント（ａｇｉｌｅｎｔ）社のパワーセンサＥ９３０４Ａが使用可能である。比較回路２６が、パワー計２４の出力電圧を閾値Ｖｔｈと比較する。ファイバフューズ現象が光ファイバ１６で発生すると、電気フィルタ２２から出力されるノイズ電力が増大する。実験例では、図２に示したように、５０ｄＢ程度の増大を検出した。閾値Ｖｔｈを、ファイバフューズの発生後の、電気フィルタ２２の出力ノイズ電力より、若干低い値に設定しておけば良い。比較回路２６は、ファイバフューズが起きていない状態は、低（Ｌ）出力であり、ファイバフューズが起きると、高（Ｈ）出力に遷移する。
　警告回路２８は、比較回路２６の出力がＬからＨに遷移すると、レーザ１０に停止信号を送って、レーザ出力を停止させる。これにより、光ファイバ１６でのファイバフューズの進行を即座に停止させることができ、長尺の光ファイバ１６の焼損による交換という事態を未然に防止できる。警告回路２８はまた、スピーカから警告音声を出力し、又は、モニタ画面上に警告を表示する警告信号を出力する。
　本実施例では、警告回路２８は、レーザ１０に対する停止信号と、管理者への警告信号の両方を出力したが、警告のみでも良い。
　ファイバフューズの発生からレーザ入射の遮断までの時間的余裕をＴとすると、電気フィルタ２２の高域遮断周波数は、せいぜい１／Ｔ相当であればよい。電気フィルタ２２の高域遮断周波数が１／Ｔより小さい場合、レーザ入射を遮断する速さは、受光素子１８から警告回路２６までの部分の応答速度により決定される。
　本実施例では、ファイバフューズを検知すると、レーザ１０を停止したが、レーザ１０の出力パワーを、ファイバフューズが起こらない程度に低減してもよい。

　図３は、本発明の実施例２の概略構成ブロック図を示す。図１に示す実施例では、ファイバフューズの発生を検知したとき、警告回路２８が、レーザ１０の出力を停止したが、図３に示すように、警告回路２８が光アンプ１２を停止するようにしてもよい。例えば、光アンプ１２のポンプ光入力を停止する。この場合、光アンプ１２は減衰器として機能する。光ファイバ１６には、ファイバフューズを発生させない程度のパワーのレーザ光が入射することになり、実施例１と同様に、光ファイバ１６でのファイバフューズの進行を即座に停止させることができる。
　警告回路２８は、光アンプ１２の増幅動作を完全停止させずに、ファイバフューズが起こらない程度に、光アンプ１２の増幅率を低減させてもよい。

　図４は、本発明の実施例３の概略構成ブロック図を示す。図４に示すように、レーザ１０と光アンプ１２の間、又は、光アンプ１２と光サーキュレータ１４の間に、光遮断器３０を設け、警告回路２８の出力により、ファイバフューズの発生時に光遮断器３０に光を遮断させてもよい。光遮断器３０は、図４に模式的に示すように、常閉式の光スイッチからなり、警告回路２８からの遮断制御信号により開放され、光信号の光ファイバ１６への入射を遮断する。
　光遮断器３０の代わりに、可変光減衰器を配置し、ファイバフューズの検知に応じて、当該可変減衰器の減衰率を上げて、光ファイバ１６に入力するレーザパワーを低減するようにしてもよい。常時は、光減衰器を光路から外しておき、ファイバフューズの検知に応じて光減衰器を光路に挿入する構成は、レスポンスの遅さはあるものの、可変光減衰器と同様の作用を果たす。

　上記各実施例では、光ファイバ１６が折れる等して反射率の高い端面が生成された場合に、高強度の戻り光が受光素子１８に入射して、受光素子１８を破壊する可能性がある。そこで、次に、このような受光素子１８の破壊の可能性を低減した実施例を説明する。図５は、その実施例の概略構成ブロック図を示す。
　レーザ１１０は、数Ｗオーダーのパルス又はＣＷのレーザ光を出力する。このレーザ光の波長を信号波長λｐとする。通常、レーザ１１０から出力されるレーザ光は、レーザ１０の場合と同様に、パルス変調の場合、パルス光であり、位相変調又は電力伝送の場合にはＣＷ光となる。エルビウム添加光ファイバからなる光アンプ１１２は、レーザ１１０の出力光をパワー増幅する。
　他方、モニタレーザ光発生装置１３０が、波長λｐとは異なる波長λｍ（モニタ波長）のモニタ光又はモニタレーザ光を発生する。光合波器１３２は、光アンプ１１２の出力光に、モニタレーザ光発生装置１３０からのモニタレーザ光を合波し、合波光を光サーキュレータ１１４のポートＡに入射する。
　光サーキュレータ１１４のポートＢには伝送用光ファイバ１１６が接続し、ポートＣには、モニタ波長λｍの光を透過し、信号波長λｐの光を遮断する光フィルタ１３４が接続する。
　光サーキュレータ１１４は、光合波器１３２からポートＡに入射する合波光を、ポートＢから伝送用光ファイバ１１６に供給し、伝送用光ファイバ１１６からポートＢに入射する逆方向伝搬光をポートＣから光フィルタ１３４に供給する。
　先に説明したように、ファイバフューズの発生により、波長λｐの戻り光が強度変調されたものとなり、その結果として、周波数ドメインで見たノイズレベルが増大する。モニタ波長λｍのモニタ光の戻り光も同様に強度変調されたものとなり、周波数ドメインで見たノイズレベルが増大する。従って、波長λｐの戻り光ではなく、モニタ光の戻り光を監視することでも、実施例１~３と同様に、ファイバフューズの発生を検知できることになる。
　光フィルタ１３４は、光サーキュレータ１１４のポートＣの出力光から、モニタ波長λｍの成分のみを抽出して、受光素子１１８に供給する。モニタ光はハイパワーではないので、仮に光ファイバ１１６の切断等で高反射率の端面が出現しても、受光素子１１８に高強度の信号波長λｐの戻り光が入射することがなく、受光素子１１８を保護できる。
　受光素子１１８は光フィルタ１３４からのモニタ波長λｍの逆方向伝搬光を電気信号に変換し、アンプ１２０は受光素子１１８の出力電気信号を増幅する。電気フィルタ１２２は電気フィルタ２２と同様のフィルタ特性を具備し、アンプ１２０の出力電気信号から、ノイズ成分を抽出する。この実施例でも、電気フィルタ１２２とアンプ１２０の配置を逆にしてもよい。パワー計１２４が、パワー計２４と同様に、電気フィルタ１２２の出力の平均電力を計測し、その計測値を代表する電圧値を出力する。
　比較回路１２６は、パワー計１２４の出力電圧値（ノイズ電力）を閾値Ｖｔｈと比較する。ファイバフューズ現象が光ファイバ１１６で発生すると、電気フィルタ１２２の出力電力が増大する。比較回路１２６は、ファイバフューズが起きていない状態は、低（Ｌ）出力であり、ファイバフューズが起きると、高（Ｈ）出力に遷移する。
　警告回路１２８は、比較回路１２６の出力がＬからＨに遷移すると、レーザ１１０に停止信号を送って、レーザ出力を停止させる。これにより、光ファイバ１１６でのファイバフューズの進行を即座に停止させることができ、長尺の光ファイバ１１６の交換という事態を未然に防止できる。警告回路１２８はまた、スピーカから警告音声を出力し、又は、モニタ画面上に警告を表示する警告信号を出力する。警告回路１２８は、レーザ１１０に対する停止信号と、管理者への警告信号の両方を出力したが、警告のみでも良い。
　警告回路１２８はまた、実施例２のように、光アンプ１１２の増幅動作を停止させても、光アンプ１１２と光サーキュレータ１１４の間に設置した光遮断器を制御して光ファイバ１１６への信号波長λｐのレーザ光の入射を遮断してもよい。
　レーザ１０、１１０と伝送用光ファイバ１６、１１６との間の種々の段階で高パワーのレーザ光を停止又は遮断、若しくはその入射パワーを低減する実施例を説明したが、レーザ１０、１１０自体を停止させるのが最も確実である。レーザ１０、１１０と伝送用光ファイバ１６、１１６との間に位置する光伝送路でファイバフューズが起こる可能性を排除できないからである。レーザ１０、１１０を止められない場合には、レーザ１０、１１０に近い場所でレーザ光を遮断又はパワーを低減するのが好ましい。
　光ファイバ１６、１１６又はその一部をラマン増幅媒体とし、レーザ１０、１１０の出力レーザ光のそのラマン増幅の励起光とする場合にも、本発明は有効である。すなわち、本発明は、高パワーのラマン励起光によりラマン増幅媒体である光ファイバ又はその先の伝送用光ファイバでファイバフューズが起こり得るような光システムにも適用可能である。
　本発明が、特定のレーザ波長に限定されないことは明らかである。すなわち、レーザ光源波長として１．５５μｍを例示したが、異なる波長の他種のレーザ、例えば、波長１．０５μｍのＹｂ系レーザでも良い。
　特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更や修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更や修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

　図７に示すファイバフューズ検知装置１は、高出力レーザ光源１０からのレーザ光を光ファイバ１６に入射する。この入射の際に、モニタ光光源８からのモニタ光を光路９を通じて上記のレーザ光と、例えば波長分割多重方式（ＷＤＭ）カプラ６を用いて、合流させるものである。光ファイバ１６からの戻り光が、波長分割多重方式カプラ６を通過する際に、上記モニタ光が波長分割多重方式カプラ６で光路９に分岐される。
　この分岐を、上記レーザ光とモニタ光の波長を異なるものとし、ＷＤＭカプラ６の特性に合わせた光路の結合とすることによって、上記の戻り光に含まれるモニタ光の分離をほぼ完全に行うことができる。
　光路９上の戻り光は、光カプラやサーキュレータなどの分岐器７で光検出器２に分岐される。
　光検出器２の出力は、必要に応じて増幅し、光ファイバフューズ特有の信号を抽出するために、電気フィルタ３で濾波する。上記実施例１で説明したように、この信号は、特徴的な周波数帯にあるので、周波数フィルタで選択することができる。この電気フィルタ３の出力は、電気パワー測定器４で、測定されさらにその測定結果が判定される。この判定に用いる比較下段は、電気パワー測定器４の内部回路に依るが、アナログ信号用のコンパレータであってもよく、また、デジタル信号化して数値判定を行う論理回路であってもよい。電気パワー測定器４での判定結果で高出力レーザ光源１０の出力を制御する。この制御は、光ファイバフューズが発生した場合に、高出力レーザ光源１０の出力を停止または抑制するものである。

　図８に示すファイバフューズ検知装置１では、実施例５の場合と異なり、モニタ光として単色光自体でなくそのスペクトルを分散した光を用いる。このようなモニタ光は、単色光を変調することで容易に得ることができる。図８では、モニタ光の光源として、例えば半導体レーザを用いる。一般に、半導体レーザでは、供給する電流で変調することができることが知られている。この変調周はブリルアン散乱を抑制するため、例えば、数十ＭＨｚから数百ＭＨｚの間の周波数で行えば良い。この変調によってブリルアンア散乱を抑制できる。一方、その変調帯域はファイバフューズ特有の変調帯域と重ならないので、ファイバフューズの検知には悪い影響を及ぼさない。

　また、図９に示すファイバフューズ検知装置１では、上記の場合と同様に、変調したモニタ光を使用するが、実施例６の場合と異なり、モニタ光の光源を直接変調するのではなく、低雑音のモニタ光光源からの単色光を変調器３０を用いて変調するものである。

　図１０に示すファイバフューズ検知装置１は、高出力レーザ光源１０からのレーザ光の代わりに、光出力光アンプ１２からのレーザ光を用いる例である。ファイバフューズ検知装置１がファイバフューズの発現を検知すると、信号を発して、光出力光アンプ１２の増幅を停止するか増幅率を低下させる。また、増幅率を制御する代わりに、光スイッチなどを用いて光出力光アンプ１２への入力光を遮断するようにしてもよい。

　図２のファイバフューズがある場合のグラフを見ると、０．６ＭＨｚ弱まで、ファイバフューズに起因する櫛形の周波数分布を持ったピーク群があり、また、０．８７ＭＨｚ程度に、ファイバフューズの進行速度に伴うドプラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）効果によるピークがあることが分かる。このドプラー周波数は進行型のフューズからの反射光とスプリアス反射光（ｓｐｕｒｉｏｕｓ、光ファイバのコネクタ等からの反射光）のビートから生じる。０．８７ＭＨｚのこの実験値は、屈折率ｎ＝１．５、波長λ＝１．５５μｍ、ｖ＝０．４５ｍ／ｓの場合のドプラー周波数の理論数値（２ｎｖ／λ）と同様な値である。そこで、図１１に示す様に、光検出器２の出力を２分岐して、一方を、ファイバフューズに起因する櫛形の周波数分布を持ったピーク群が顕著な周波数帯域Ａまたはその一部を抽出する電気フィルタ３−１と、前記周波数帯域Ａと上記ドプラー効果によるピークとの間の周波数帯域Ｂまたはその一部を抽出する電気フィルタ３−２とを用いて、それぞれ抽出する。周波数帯域Ｂとしては、例えば０．６から０．８５ＭＨｚである。また、電気フィルタ３−１はドプラー周波数中心でのバンドパスフィルタ、電気フィルタ３−２は、ドプラー周波数成分を含まないように少し中心をずらした同様な帯域幅のものを利用してもよい。また、それぞれの強度をそれぞれのパワー測定器４−１、４−２で測定する。これは、前記周波数帯域Ａ、Ｂの帯域幅が異なるときには、それぞれの周波数パワー密度に相当する値に変換することをも行うものである。パワー測定器４−１、４−２の出力を、例えば作動増幅器５を用いた判定器で判定する。当然のことながら、デジタル信号化して数値判定を論理回路で行うこともできる。
　上記ピーク群の各要素ピークは、図１２に示すように、３１ｋＨｚ信号の高調波となっている。このため、上記電気フィルタ３−１には、各ピークを選択的に抽出する櫛形フィルタを摘要することで、検出感度を改善できることがわかる。また、櫛形フィルタは、容易に周波数可変にできるので、上記電気フィルタ３−１においても周波数可変の櫛形フィルタを摘要することは容易である。
　図１３にファイバフューズの進行速度と入射光パワーとの実測値を示す。これは、ＤＣＦ（分散補償光ファイバ）、ＤＳＦ（分散シフトシングルモード光ファイバ）、ＳＭＦ（汎用シングルモード光ファイバ）についてのもので、矢印は、それぞれの光ファイバフューズの起こるパワー閾値である。光の強度はこの閾値以下まで下げるとフューズ発生を中断させることになる。入射するレーザ光の強度の増大とともに、その進行速度が大きくなる。これから、上記のドプラー効果によるピークの周波数位置を容易に推定することができるので、前記周波数帯域Ｂを決定することができる。

　本発明のファイバフューズ検知装置を実際に運用する場合は、取り付け後に、動作試験をすることが望ましい。ファイバフューズを意図的に発生させるためには、数ワットの光が端面から出ている状態で、その光ファイバ端面に例えば修正液（文房具）の用な微粒子を含めた液を着けることによって、容易に発生できる。この試験には、数メートル長の光ファイバで充分であるので、試験後、破壊した部分を切り取って、再び元の状態に戻すことができる。
　しかしファイバフューズは破壊的な現象であり、例えば光通信用の伝送路では通信路を破壊することになるので、実際にファイバフューズを起こして動作試験を行うことは実用上難しい。
　このため、上記光ファイバ１６のレーザ光入射側の反対側から、擬似ファイバフューズ信号を伝送して、ファイバフューズ検知装置が実際にこれを検知することで、光ファイバを損傷することなく動作試験とすることができる。このような擬似ファイバフューズ信号は、図２のファイバフューズがある場合の信号と類似のものであればよいので、その生成は容易である。

Claims (19)

1. 　レーザ光が伝搬する光ファイバにおけるファイバフューズを検知する装置であって、
   　当該光ファイバのレーザ光入射側に配置され、当該光ファイバに入射した光に対して逆方向に伝播する逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段と、
   　当該光入力手段で入力された光を光電変換する受光手段と、
   　当該受光手段の出力信号から、ファイバフューズによる周期信号を含む所定周波数帯域成分を抽出する電気フィルタ手段と、
   　当該電気フィルタ手段の出力レベルの所定値以上の変化を検知する検知手段と、
   　当該検知手段の検知出力に応じて、警告信号を発する警告手段と、を具備することを特徴とするファイバフューズ検知装置。
2. 　上記光ファイバに光伝送信号を伝送する光伝送手段を備え、
   　上記光入力手段は、上記光伝送手段からの光が上記ファイバフューズによって反射されることによる逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段であることを特徴とする請求項１に記載のファイバフューズ検知装置。
3. 　上記光入力手段は、光カプラであることを特徴とする請求項１に記載のファイバフューズ検知装置。
4. 　上記の光カプラは、波長分割多重方式カプラであることを特徴とする請求項３に記載のファイバフューズ検知装置。
5. 　上記光伝送手段は上記ファイバフューズのモニタ用レーザ光源を含み、該モニタ用レーザ光源からの光を上記光カプラを通じて上記光ファイバに入力することを特徴とする請求項３に記載のファイバフューズ検知装置。
6. 　上記逆方向伝搬光の少なくとも一部を入力する光入力手段で入力された光は、光カプラまたはサーキュレータで上記検知手段に分岐されるものであり、
   　上記モニタ用レーザ光源からの光は、上記光カプラまたはサーキュレータと、上記光入力手段を通じて、上記光ファイバに入力されるものであることを特徴とする請求項５に記載のファイバフューズ検知装置。
7. 　上記電気フィルタ手段を第１電気フィルタ手段とするとき、
   　さらに、ファイバフューズの発生で強度が増加しない周波数帯域を抽出する第２電気フィルタ手段を含み、
   　上記検知手段は、第１電気フィルタ手段と２電気フィルタ手段とを比較して、所定値以上の変化を検知する検知手段であることを特徴とする請求項１に記載のファイバフューズ検知装置。
8. 　上記モニタ用レーザ光は、上記光ファイバ中のブリルアン散乱を防止するための光変調を施された光であることを特徴とする請求項５に記載のファイバフューズ検知装置。
9. 　上記光入力手段は、上記光ファイバに向かう伝播光から、その逆方向伝搬光を分離する光分離手段であることを特徴とする請求項１に記載のファイバフューズ検知装置。
10. 　当該光分離手段が、当該レーザ光を出力するレーザ光源と当該光ファイバとの間に配置され、当該レーザ光源の出力光を当該光ファイバに転送し、当該光ファイバからの逆方向伝搬光を当該受光手段に転送する光素子であることを特徴とする請求項９に記載のファイバフューズ検知装置。
11. 　当該検知手段が、当該電気フィルタ手段の出力レベルを所定閾値と比較する比較手段であることを特徴とする請求項９に記載のファイバフューズ検知装置。
12. 　当該光分離手段が、当該レーザ光を出力するレーザ光源と当該光ファイバとの間に配置され、当該レーザ光源の出力光を当該光ファイバに転送し、当該光ファイバからの逆方向伝搬光を当該受光手段に転送する光素子であることを特徴とする請求項１１に記載のファイバフューズ検知装置。
13. 　上記光ファイバに入射するレーザ光に、該レーザ光と異なる波長のモニタ光を合波し、該合波光を上記光ファイバに供給する光合波器と、
    　上記光分離手段で分離された上記逆方向伝搬光に含まれる当該モニタ光を透過し、当該レーザ光を遮断する光フィルタと、を備え、
    上記受光手段は、上記光フィルタからの出力光を光電変換するものであることを特徴とする請求項１２に記載のファイバフューズ検知装置。
14. 　上記検知手段は、上記電気フィルタ手段の出力レベルを所定閾値と比較する比較手段であることを特徴とする請求項９に記載のファイバフューズ検知装置。
15. 　当該警告手段が、当該検知手段の検知出力に応じて、当該光ファイバへの当該レーザ光の入射を停止する信号を発することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のファイバフューズ検知装置。
16. 　当該警告手段が、当該検知手段の検知出力に応じて、当該光ファイバへの当該レーザ光の入射パワーを低減する信号を発することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のファイバフューズ検知装置。
17. 　上記光ファイバに入射する前に上記レーザ光を増幅する光アンプを備え、
    　当該警告手段が、当該検知手段の検知出力に応じて、当該光ファイバに入射する前に当該レーザ光を光増幅する光アンプを停止させるか、増幅率を低減させる信号を発することを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のファイバフューズ検知装置。
18. 　当該警告手段が、当該検知手段の検知出力に応じて、当該レーザ光を発生する光源のレーザ出力パワーを低減するように制御することを特徴とする請求項１５に記載のファイバフューズ検知装置。
19. 　当該警告手段が、当該検知手段の検知出力に応じて、当該レーザ光を発生する光源のレーザ出力パワーを低減するように制御することを特徴とする請求項１６に記載のファイバフューズ検知装置。

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