コヒーレントＯＴＤＲ装置
【課題】
光周波数シフタによるプローブ光の損失を抑えて、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善する。
【解決手段】
プローブ光源から出射されたプローブ光Ｐｐを２つの光路に分波する光分波器４と、光分波器で分岐された一方のプローブ光をパルス化するとともにプローブ光とは光周波数が異なるダミー光Ｐｄを重畳して一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを光ファイバ線路に出射するＣＷ信号発生部５と、光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフトしてローカル光Ｐｌを出射する光周波数シフタ７と、ローカル光と光ファイバ線路からの戻り光Ｐｒを合波する第１の光合波器１０と、第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部１１と備えた。
光周波数シフタによるプローブ光の損失を抑えて、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善する。
【解決手段】
プローブ光源から出射されたプローブ光Ｐｐを２つの光路に分波する光分波器４と、光分波器で分岐された一方のプローブ光をパルス化するとともにプローブ光とは光周波数が異なるダミー光Ｐｄを重畳して一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを光ファイバ線路に出射するＣＷ信号発生部５と、光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフトしてローカル光Ｐｌを出射する光周波数シフタ７と、ローカル光と光ファイバ線路からの戻り光Ｐｒを合波する第１の光合波器１０と、第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部１１と備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレントＯＴＤＲ装置に係り、特に、光ファイバアンプを含んだ光通信システムの線路特性評価および破断点検出を行うコヒーレントＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレントＯＴＤＲ装置は、光ファイバ線路の間に光ファイバアンプが多段に配置された長距離系の光通信システムに接続し、コヒーレント光であるプローブ光パルスを光ファイバ線路に入射し、光ファイバ線路からの戻り光とプローブ光パルスの光周波数からΔｆだけ離れたローカル光とを合波して光ヘテロダイン検波を行い、光ファイバ線路の損失と破断点位置を測定する装置である。
【０００３】
しかしながら、パルス周期Ｔに比べてパルス幅Ｗが比較的小さいプローブ光パルスを光ファイバアンプに入射すると、図６で示すような光サージ現象が発生し、光ファイバ線路を構成する光学素子や受光器が破壊されてしまう。
これは、光信号が入射されない時間が長く光ファイバアンプが高いエネルギー準位に励起された状態で光パルス信号が入射されると、急激なレーザ遷移が生じて光パルス信号の先端部分が急激に増幅されるためである。
【０００４】
この光サージ現象を防止するために、従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置では、プローブ光パルスにプローブ光パルスとは光周波数の異なるダミー光を重畳して一定パワーのＣＷ試験信号光として光ファイバ線路に出射して、光ファイバ線路上の光ファイバアンプに過度のレーザ遷移状態が生じないようにしている。
【０００５】
図４に、光サージ現象の防止機能を備えた従来方式のコヒーレントＯＴＤＲ装置の概略構成を示す。
なお、光通信システム２００は、コヒーレントＯＴＤＲ装置の評価対象であって、光ファイバアンプから構成される中継器２００ｄが多段に縦続接続された上り回線２００ａと下り回線２００ｂから構成され、回線間にはループバックパス２００ｃが設けられている。また、それぞれの回線には、ＷＤＭ送信機２００ｅ、ＷＤＭ受信機２００ｆが接続されており、異なる複数の波長を持つ通信光がＷＤＭ送信機２００ｅから出力されてＷＤＭ受信機２００ｆに向かって伝送される。
【０００６】
プローブ光源１０２から出射されたプローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）は光分波器１０４で分岐され、その一方のプローブ光Ｐｐが、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等の周波数シフタ１０９によって光周波数ｆｐ＋Δｆへ周波数シフトされ、ＣＷ信号生成部１０５に入射される。
ダミー光源１０３からは、光周波数ｆｐ＋Δｆとは異なる光周波数ｆｄのダミー光Ｐｄが出射され、ＣＷ信号生成部１０５に入射される。
ＣＷ信号生成部１０５は、プローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄを重畳して、図５（ｂ）に示す一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを光通信システム２００の上り回線２００ａに出射する。具体的には、ＣＷ信号生成部１０５は、光スイッチ１０６と光スイッチの切替動作を制御する切替制御部１０７から構成されており、光スイッチ１０６は、切替制御部１０７の指示に従って、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）とを交互に切り替えて、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）を測定条件に適合したパルス幅Ｗと周期Ｔのパルス光にパルス化するとともに、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）の無信号区間にダミー光を重畳して、図５（ｂ）に示す一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを形成する。
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔのパワーが一定になるように、出力制御部１０８に指示により、プローブ光源１０２とダミー光源１０３の出力が制御される。
上り回線２００ａの反射戻り光Ｐｒは、ループバックパス２００ｃを介して下り回線側２００ｂからコヒーレントＯＴＤＲ装置側へ出射され、プローブ光Ｐｐを分岐して得たローカル光Ｐｌ（ｆｐ）と光合波器１１０で合波される。合波光は、ヘテロダイン検波部１１１でヘテロダイン検波される。具体的には、ヘテロダイン検波部１１１は、受光部１１２、バンドパスフィルタ１１３及び検波器１１４から構成され、合波光を受光して受光部１１２から出力されたビート信号Ｐｂをバンドパスフィルタ１１３に通した後、ヘテロダイン検波部１１１で搬送周波数Δｆの振幅変調波を取り出し、表示制御部１１５に入力される。
表示制御部１１５では、ヘテロダイン検波した信号を処理して、上り回線２００ａの損失分布と破断点を算出し、表示部１１６の算出結果を表示する。
【特許文献１】特許３３２７４１６号公報
【特許文献２】特許３５９６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したしながら、従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置において以下のような解決すべき課題があった。
【０００８】
コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善するためには、反射戻り光Ｐｒとローカル光Ｐｌとの合波によって発生するビート信号Ｐｂの強度に対するショット雑音の強度の比を大きくする必要がある。
ショット雑音は半導体受光素子においては光電流に比例した雑音電力であり、ショット雑音電力Ｎｓは、次式（１）で与えられる。
Ｎｓ＝２ｅ（Ｉｐ＋Ｉｄ）ＢＲ （１）
ここで、ｅは電子の電荷(1.6×10-19 c)、Ｉｐは光電流、Ｉｄは暗電流、Ｂは帯域幅、Ｒは負荷抵抗である。
また、合波光の光電力Ａｂは、次式（２）で与えられる。
Ａｂ＝Ａｌ＋Ａｒ＋２√Ａｌ√Ａｒｃｏｓ（２πΔｆｔ＋φ） （２）
ここで、Ａｌはローカル光Ｐｌの光電力、Ａｒは反射戻り光Ｐｒの光電力、Δｆはローカル光Ｐｌと反射戻り光Ｐｒの周波数差、φはローカル光Ｐｌと反射戻り光Ｐｒの位相差であり、（２）式の右辺第３項がビート信号Ｐｂの振幅変調成分に相当する。
【０００９】
反射戻り光Ｐｒはローカル光Ｐｌに比べて極めて微弱であるから、合波光の光電力Ａｂは、（２）式第一項のローカル光Ｐｌの光電力Ａｌが支配的となる。そして、ショット雑音は光電流に比例し、光電流は光電力に比例するので、コヒーレントＯＴＤＲ装置においてショット雑音を低減しＳ／Ｎを改善するためには、光周波数シフタをローカル光側に配置し、プローブ光側の損失を抑えて高出力にする方が効果的である。
【００１０】
上述した従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、挿入損失が比較的大きな光周波数シフタでプローブ光を波長シフトしているため、プローブ光パルスのレベル（光電力）の低下させ、相対的にローカル光のレベル（光電力）を上げることになるため、強いては、Ｓ／Ｎの劣化を招くという問題があった。
例えば、代表的な光周波数シフタとして使用される音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の回折効率は、長距離系の光通信システムで利用される１５００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯のレーザ波長で約５０％である。この周波数シフタでのプローブ光の損失を補うために、プローブ光源の出力を上げたり、あるいは、後段のプリアンプである光ファイバアンプのゲインを上げることにより対処できるが、いずれの方法も電力を余計に消費することになる。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決して、光周波数シフタによるプローブ光の損失を抑えて、Ｓ／Ｎを改善することができるコヒーレントＯＴＤＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、
コヒーレント光パルスを光通信システムの光ファイバ線路に出射し、該光ファイバ線路からの戻り光を光ヘテロダイン検波して前記光ファイバ線路の特性評価を行うコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
プローブ光（Ｐｐ）を出射するプローブ光源（２）と、
該プローブ光とは光周波数が異なるダミー光（Ｐｄ）を出射するダミー光源（３）と、
該プローブ光源から出射されたプローブ光を２つの光路に分波する光分波器（４）と、
該光分波器で分岐された一方のプローブ光、及び前記ダミー光源から出射されたダミー光を、それぞれパルスに変換するとともに、これらのパルスを交互に前記光ファイバ線路に出射するＣＷ試験信号光（Ｐｔ）を形成するＣＷ信号発生部（５、２１）と、
前記ＣＷ試験信号光のそれぞれのパルスが一定のパワーになるように前記プローブ光源及びダミー光源の出力を制御する出力制御部（６）と、
該光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフト（Δｆ）してローカル光（Ｐｌ）を出射する光周波数シフタ（９）と、
該ローカル光と前記光ファイバ線路からの戻り光（Ｐｒ）を合波する第１の光合波器（１０）と、
該第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部（１１）とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記光周波数シフタは、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分岐器で分岐された一方のプローブ光を入射する第１の入力ポート（６ａ）と前記ダミー光源から出射されたダミー光を入射する第２の入力ポート（６ｂ）とを有し、該入射されたプローブ光とダミー光の光路を交互に切り替えることによって前記ＣＷ試験信号光を合成して一の出力ポート（６ｃ）から出射する光スイッチ（６）と、
前記特性評価の評価条件に応じてプローブ光とダミー光の切り替えのタイミングを光スイッチに指示する切替制御部（７）とから構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分波器で分岐された一方のプローブ光の通過を制御する第１の光ゲート（２２）と、
前記ダミー光源から出射されたダミー光の通過を制御する第２の光ゲート（２３）と、
前記特性評価の評価条件に応じて、該プローブ光とダミー光が交互に出射されるように第１及び第２のゲートのゲートタイミングを制御する切替制御部（２４）と、
第１及び第２のゲートから出射されたプローブ光及びダミー光を重畳して前記ＣＷ試験信号光を合成して出射する第２の光合波器（２５）とから構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項４に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記第１の光ゲート及び第２の光ゲートは半導体光増幅素子から構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記プローブ光源は波長可変光源（１０２）であって、前記光ファイバ線路で運用中の通信信号光の光周波数とは異なる光周波数の前記プローブ光を出射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度あたりのプローブ光とローカル光のトータルパワーを下げることにより、ショット雑音を小さくすることができ、周波数シフトによるプローブ光パルスのパワーの損失を抑制してコヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００１９】
また、プローブ光源として波長可変光源を採用したコヒーレントＯＴＤＲ装置においては、波長シフタの波長依存性の影響を低減して、波長可変に伴うプローブ光のレベル変動を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置１の構成を示している。
【００２２】
図１のコヒーレントＯＴＤＲ装置１において、プローブ光源２は、連続光であるプローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）を出射し、ダミー光源３は、プローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）とは異なる光周波数ｆｄの連続光であるダミー光Ｐｄを出射する。
光分波器４は、光カプラ等から構成され、プローブ光Ｐｐを受けて２つの光路に分波し、一方をＣＷ信号生成部５の光スイッチ６へ、他方を光周波数シフタ９へ出射する。
【００２３】
ＣＷ信号生成部５は、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）を受けて、プローブ光Ｐｄを測定条件に合わせてパルス化するとともにダミー光Ｐｄを重畳して、ＣＷ試験信号光Ｐｔを出射するものであり、光スイッチ６と切替制御部７から構成される。
光スイッチ６は、プローブ光源２から出射され光分波器４で分波されたプローブ光Ｐｐとダミー光源から出射されたダミー光Ｐｄをそれぞれ受ける第１の入力ポート６ａおよび第２の入力ポート６ｂと、一つの出力ポート６ｃとを備えた光スイッチであって、切替制御部７の指示に従ってプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）の光路を切り替えることによって、一の出力ポート６ｃから図５（ａ）に示すパワー一定のＣＷ試験信号光Ｐｔ（ｆｐ、ｆｄ）を合成して出射する。
切替制御部７は、光ファイバ回線２００ａの測定距離や測定分解能等の測定条件に対応した最適なプローブ光パルスのパルス幅Ｗとパルス周期Ｔに基づいて、光スイッチ６の光路の切り替えタイミングを制御する。なお、光ファイバ回線の総延長が数千ｋｍになる海底ケーブルシステムを測定対象とする場合、例えば、プローブ光パルスのパルス周期Ｔは１００ｍｓ、パルス幅Ｗは１０ｍｓが設定される。
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔの出力が一定になるように、出力制御部８により、プローブ光源２とダミー光源３の出力が制御されるが、光源と光スイッチ６の間に設けたアッテネータでプローブ光Ｐｐまたはダミー光Ｐｄのレベルを制御する構成にしてもよい。
【００２４】
ＣＷ信号生成部５から出射されたＣＷ試験信号光Ｐｔは、コヒーレントＯＴＤＲ装置に内蔵された光ファイバアンプ１７で測定条件に応じたレベルまで増幅され、試験対象である光通信システム２００の上り回線２００ａに出射される。
ＣＷ試験信号光Ｐｔの入射に伴う上り回線２００ａからの反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）は、ループバックパス２００ｃを介して下り回線２００ｂからコヒーレントＯＴＤＲ装置１側へ出射される。
【００２５】
光周波数シフタ９は、光分波器４で２つに分波したプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）のうち、他方のプローブ光を受けて光周波数ｆｐ＋Δｆへ周波数シフトしてローカル光Ｐｌを出射するものであり、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が使用される。
第１の光合波器１０は、光カプラ等から構成され、下り回線２００ｂから出射された上り回線２００ａの反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）と光周波数シフタ９により周波数シフトされたローカル光Ｐｌ（ｆｐ＋Δｆ）とを合波する。
合波光は、受光部１２、受光部１３および検波器１４から構成されるヘテロダイン検波部１１でヘテロダイン検波される。受光部１２は、合波光を受光して反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）とローカル光Ｐｌ（ｆｐ＋Δｆ）の差周波数のビート信号（Δｆ、ｆｄ−ｆｐ−Δｆ）を出力し、バンドパスフィルタ１３により、プローブ光パルスＰｐの戻り光に基づく成分のビート信号を取り出し、検波器１４でヘテロダイン検波が行われ、表示制御部１５に入力される。
表示制御部１５では、ヘテロダイン検波した信号を処理して、上り回線２００ａの損失分布と破断点を算出し、表示部１６の算出結果を表示する。
【００２６】
以上説明した通り、第１の実施形態に係るコヒーレントＯＴＤＲ装置は、ダミー光Ｐｄと重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光Ｐｒと合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度に対するショット雑音を小さくすることができ、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置２０の構成を示しており、第１の実施形態とは、ＣＷ信号生成部２１の構成が異なる。したがって、第１の実施形態と同じ構成要素については同一の構成番号を付してＣＷ信号生成部２１以外の説明は省略する。
【００２８】
第２の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置２０における、ＣＷ信号生成部２１は、第１の光ゲート２２、第２の光ゲート２３、切替制御部２４、及び第２の光合波器２５から構成される。
【００２９】
第１の光ゲート２２及び第２の光ゲート２３は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が用いられ、切替制御部２４の指示に従って、第１の光ゲート２２はプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）の通過を制御し、第２の光ゲート２３はダミー光Ｐｄ（ｆｄ）の通過を制御する。
第２の光合波器２５は、第１及び第２の光ゲートから出射されたプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄを合波して、図５（ａ）に示すパワー一定のＣＷ試験信号光Ｐｔ（ｆｐ、ｆｄ）を出射する。
切替制御部２４は、光ファイバ回線２００ａの測定距離や測定分解能等の測定条件に対応した最適なプローブ光パルスのパルス幅Ｗとパルス周期Ｔに基づいて、第１の光ゲート及び第２の光ゲートのゲートタイミングを制御する。
【００３０】
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔの出力を一定にするために、第１の実施形態で説明したプローブ光源２及びダミー光源３の出力を制御する方法やアッテネータによりプローブ光Ｐｐまたはダミー光Ｐｄのレベルを制御する方法以外に、この第２の実施形態では、光ゲート２２、２３をＳＯＡで構成した場合は、このＳＯＡでプローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄの通過タイミングを制御するとともにプローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄの出力レベルを同時に制御することができる。
【００３１】
以上、この第２の実施形態に係るコヒーレントＯＴＤＲ装置においても、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度に対するショット雑音を小さくすることができ、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置３０の構成を示している。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については同一の構成番号を付して説明を省略する。
【００３３】
この第３の実施形態では、プローブ光源３１及びダミー光源３２は波長可変光源であって、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長（光周波数ｆｐ、ｆｄ）を測定条件にあわせて任意に可変可能である。
波長制御部３３は、外部からの指示に従ってプローブ光源３１及びダミー光源３２に対しプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの光周波数ｆｐ、ｆｄや出力を制御するとともに、音響光学変調器９においてプローブ光Ｐｐの損失が小さくなるように音響光学変調器９の音響光学素子に印加する音響パルスの周期やレベルを調節する。これは、音響光学素子は回折効率及び回折方向の波長依存性を有しているので、プローブ光の波長の可変に合わせて変調効率が最大になるように制御する必要があるからである。
【００３４】
この第３の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置３０は、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの光周波数ｆｐ、ｆｄを可変にしたので、インラインサービスにおいて、すなわち、光通信システム２００の運用中に光ファイバ回線の測定を行う場合に、光通信システムで使用している信号光の波長とプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長が重複しないように、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長（光周波数ｆｐ、ｆｄ）を任意に設定することができる。
【００３５】
また、光通信システム２００が波長多重方式（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を採用している場合には、波長多重信号のグリッド波長ごとに光ファイバ線路の評価が必要とされるが、プローブ光を波長可変にすることで任意のグリッド波長における評価ができる。
【００３６】
さらに、音響光学素子を用いた光周波数シフタは、音響光学素子内部に発生させた回折格子によって入射光の光周波数をシフトするものであるが、その回折格子の回折効率の波長依存性が大きく、プローブ光の波長を可変すると回折効率の変化に伴いシフト光の出力光パワーも変動するが、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にすることで、プローブ光の波長を可変しても、プローブ光パルスのパワー変動が少なく安定した測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す図
【図３】本発明の第３実施形態の構成を示す図
【図４】従来のコヒーレントＯＴＤＲの構成を示す図
【図５】本発明と従来方式のＣＷ試験信号光を説明するための模式図
【図６】サージ現象を説明するための模式図
【符号の説明】
【００３８】
１，２０，３０・・・コヒーレントＯＴＤＲ装置、２，３１・・・プローブ光源、３，３２・・・ダミー光源、４・・・光分波器、５，２１・・・ＣＷ信号生成部、６・・・光スイッチ、７，２４・・・切替制御部、８・・・出力制御部、９・・・音響光学変調器、１０，２５・・・光合波器、１１・・・ヘテロダイン検波部、１２・・・受光部、１３・・・、バンドパスフィルタ、１４・・・検波器、１５・・・表示制御部、１６・・・表示部、２００・・・光通信システム、２３・・・光ゲート、２００ａ・・・上り回線、２００ｂ・・・下り回線、２００ｃ・・・ループバックパス、Ｐｐ・・・プローブ光、Ｐｄ・・・ダミー光、Ｐｌ・・・ローカル光、Ｐｔ・・・ＣＷ試験信号光、Ｐｒ・・・戻り光、Ｐｂ・・・ビート信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレントＯＴＤＲ装置に係り、特に、光ファイバアンプを含んだ光通信システムの線路特性評価および破断点検出を行うコヒーレントＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コヒーレントＯＴＤＲ装置は、光ファイバ線路の間に光ファイバアンプが多段に配置された長距離系の光通信システムに接続し、コヒーレント光であるプローブ光パルスを光ファイバ線路に入射し、光ファイバ線路からの戻り光とプローブ光パルスの光周波数からΔｆだけ離れたローカル光とを合波して光ヘテロダイン検波を行い、光ファイバ線路の損失と破断点位置を測定する装置である。
【０００３】
しかしながら、パルス周期Ｔに比べてパルス幅Ｗが比較的小さいプローブ光パルスを光ファイバアンプに入射すると、図６で示すような光サージ現象が発生し、光ファイバ線路を構成する光学素子や受光器が破壊されてしまう。
これは、光信号が入射されない時間が長く光ファイバアンプが高いエネルギー準位に励起された状態で光パルス信号が入射されると、急激なレーザ遷移が生じて光パルス信号の先端部分が急激に増幅されるためである。
【０００４】
この光サージ現象を防止するために、従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置では、プローブ光パルスにプローブ光パルスとは光周波数の異なるダミー光を重畳して一定パワーのＣＷ試験信号光として光ファイバ線路に出射して、光ファイバ線路上の光ファイバアンプに過度のレーザ遷移状態が生じないようにしている。
【０００５】
図４に、光サージ現象の防止機能を備えた従来方式のコヒーレントＯＴＤＲ装置の概略構成を示す。
なお、光通信システム２００は、コヒーレントＯＴＤＲ装置の評価対象であって、光ファイバアンプから構成される中継器２００ｄが多段に縦続接続された上り回線２００ａと下り回線２００ｂから構成され、回線間にはループバックパス２００ｃが設けられている。また、それぞれの回線には、ＷＤＭ送信機２００ｅ、ＷＤＭ受信機２００ｆが接続されており、異なる複数の波長を持つ通信光がＷＤＭ送信機２００ｅから出力されてＷＤＭ受信機２００ｆに向かって伝送される。
【０００６】
プローブ光源１０２から出射されたプローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）は光分波器１０４で分岐され、その一方のプローブ光Ｐｐが、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）等の周波数シフタ１０９によって光周波数ｆｐ＋Δｆへ周波数シフトされ、ＣＷ信号生成部１０５に入射される。
ダミー光源１０３からは、光周波数ｆｐ＋Δｆとは異なる光周波数ｆｄのダミー光Ｐｄが出射され、ＣＷ信号生成部１０５に入射される。
ＣＷ信号生成部１０５は、プローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄを重畳して、図５（ｂ）に示す一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを光通信システム２００の上り回線２００ａに出射する。具体的には、ＣＷ信号生成部１０５は、光スイッチ１０６と光スイッチの切替動作を制御する切替制御部１０７から構成されており、光スイッチ１０６は、切替制御部１０７の指示に従って、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）とを交互に切り替えて、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）を測定条件に適合したパルス幅Ｗと周期Ｔのパルス光にパルス化するとともに、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ＋Δｆ）の無信号区間にダミー光を重畳して、図５（ｂ）に示す一定パワーのＣＷ試験信号光Ｐｔを形成する。
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔのパワーが一定になるように、出力制御部１０８に指示により、プローブ光源１０２とダミー光源１０３の出力が制御される。
上り回線２００ａの反射戻り光Ｐｒは、ループバックパス２００ｃを介して下り回線側２００ｂからコヒーレントＯＴＤＲ装置側へ出射され、プローブ光Ｐｐを分岐して得たローカル光Ｐｌ（ｆｐ）と光合波器１１０で合波される。合波光は、ヘテロダイン検波部１１１でヘテロダイン検波される。具体的には、ヘテロダイン検波部１１１は、受光部１１２、バンドパスフィルタ１１３及び検波器１１４から構成され、合波光を受光して受光部１１２から出力されたビート信号Ｐｂをバンドパスフィルタ１１３に通した後、ヘテロダイン検波部１１１で搬送周波数Δｆの振幅変調波を取り出し、表示制御部１１５に入力される。
表示制御部１１５では、ヘテロダイン検波した信号を処理して、上り回線２００ａの損失分布と破断点を算出し、表示部１１６の算出結果を表示する。
【特許文献１】特許３３２７４１６号公報
【特許文献２】特許３５９６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したしながら、従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置において以下のような解決すべき課題があった。
【０００８】
コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善するためには、反射戻り光Ｐｒとローカル光Ｐｌとの合波によって発生するビート信号Ｐｂの強度に対するショット雑音の強度の比を大きくする必要がある。
ショット雑音は半導体受光素子においては光電流に比例した雑音電力であり、ショット雑音電力Ｎｓは、次式（１）で与えられる。
Ｎｓ＝２ｅ（Ｉｐ＋Ｉｄ）ＢＲ （１）
ここで、ｅは電子の電荷(1.6×10-19 c)、Ｉｐは光電流、Ｉｄは暗電流、Ｂは帯域幅、Ｒは負荷抵抗である。
また、合波光の光電力Ａｂは、次式（２）で与えられる。
Ａｂ＝Ａｌ＋Ａｒ＋２√Ａｌ√Ａｒｃｏｓ（２πΔｆｔ＋φ） （２）
ここで、Ａｌはローカル光Ｐｌの光電力、Ａｒは反射戻り光Ｐｒの光電力、Δｆはローカル光Ｐｌと反射戻り光Ｐｒの周波数差、φはローカル光Ｐｌと反射戻り光Ｐｒの位相差であり、（２）式の右辺第３項がビート信号Ｐｂの振幅変調成分に相当する。
【０００９】
反射戻り光Ｐｒはローカル光Ｐｌに比べて極めて微弱であるから、合波光の光電力Ａｂは、（２）式第一項のローカル光Ｐｌの光電力Ａｌが支配的となる。そして、ショット雑音は光電流に比例し、光電流は光電力に比例するので、コヒーレントＯＴＤＲ装置においてショット雑音を低減しＳ／Ｎを改善するためには、光周波数シフタをローカル光側に配置し、プローブ光側の損失を抑えて高出力にする方が効果的である。
【００１０】
上述した従来のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、挿入損失が比較的大きな光周波数シフタでプローブ光を波長シフトしているため、プローブ光パルスのレベル（光電力）の低下させ、相対的にローカル光のレベル（光電力）を上げることになるため、強いては、Ｓ／Ｎの劣化を招くという問題があった。
例えば、代表的な光周波数シフタとして使用される音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の回折効率は、長距離系の光通信システムで利用される１５００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯のレーザ波長で約５０％である。この周波数シフタでのプローブ光の損失を補うために、プローブ光源の出力を上げたり、あるいは、後段のプリアンプである光ファイバアンプのゲインを上げることにより対処できるが、いずれの方法も電力を余計に消費することになる。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決して、光周波数シフタによるプローブ光の損失を抑えて、Ｓ／Ｎを改善することができるコヒーレントＯＴＤＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、
コヒーレント光パルスを光通信システムの光ファイバ線路に出射し、該光ファイバ線路からの戻り光を光ヘテロダイン検波して前記光ファイバ線路の特性評価を行うコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
プローブ光（Ｐｐ）を出射するプローブ光源（２）と、
該プローブ光とは光周波数が異なるダミー光（Ｐｄ）を出射するダミー光源（３）と、
該プローブ光源から出射されたプローブ光を２つの光路に分波する光分波器（４）と、
該光分波器で分岐された一方のプローブ光、及び前記ダミー光源から出射されたダミー光を、それぞれパルスに変換するとともに、これらのパルスを交互に前記光ファイバ線路に出射するＣＷ試験信号光（Ｐｔ）を形成するＣＷ信号発生部（５、２１）と、
前記ＣＷ試験信号光のそれぞれのパルスが一定のパワーになるように前記プローブ光源及びダミー光源の出力を制御する出力制御部（６）と、
該光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフト（Δｆ）してローカル光（Ｐｌ）を出射する光周波数シフタ（９）と、
該ローカル光と前記光ファイバ線路からの戻り光（Ｐｒ）を合波する第１の光合波器（１０）と、
該第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部（１１）とから構成されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記光周波数シフタは、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項３のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分岐器で分岐された一方のプローブ光を入射する第１の入力ポート（６ａ）と前記ダミー光源から出射されたダミー光を入射する第２の入力ポート（６ｂ）とを有し、該入射されたプローブ光とダミー光の光路を交互に切り替えることによって前記ＣＷ試験信号光を合成して一の出力ポート（６ｃ）から出射する光スイッチ（６）と、
前記特性評価の評価条件に応じてプローブ光とダミー光の切り替えのタイミングを光スイッチに指示する切替制御部（７）とから構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項４のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分波器で分岐された一方のプローブ光の通過を制御する第１の光ゲート（２２）と、
前記ダミー光源から出射されたダミー光の通過を制御する第２の光ゲート（２３）と、
前記特性評価の評価条件に応じて、該プローブ光とダミー光が交互に出射されるように第１及び第２のゲートのゲートタイミングを制御する切替制御部（２４）と、
第１及び第２のゲートから出射されたプローブ光及びダミー光を重畳して前記ＣＷ試験信号光を合成して出射する第２の光合波器（２５）とから構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項５のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項４に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記第１の光ゲート及び第２の光ゲートは半導体光増幅素子から構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項６のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
前記プローブ光源は波長可変光源（１０２）であって、前記光ファイバ線路で運用中の通信信号光の光周波数とは異なる光周波数の前記プローブ光を出射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
このように、本発明のコヒーレントＯＴＤＲ装置は、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度あたりのプローブ光とローカル光のトータルパワーを下げることにより、ショット雑音を小さくすることができ、周波数シフトによるプローブ光パルスのパワーの損失を抑制してコヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００１９】
また、プローブ光源として波長可変光源を採用したコヒーレントＯＴＤＲ装置においては、波長シフタの波長依存性の影響を低減して、波長可変に伴うプローブ光のレベル変動を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置１の構成を示している。
【００２２】
図１のコヒーレントＯＴＤＲ装置１において、プローブ光源２は、連続光であるプローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）を出射し、ダミー光源３は、プローブ光Ｐｐ（光周波数ｆｐ）とは異なる光周波数ｆｄの連続光であるダミー光Ｐｄを出射する。
光分波器４は、光カプラ等から構成され、プローブ光Ｐｐを受けて２つの光路に分波し、一方をＣＷ信号生成部５の光スイッチ６へ、他方を光周波数シフタ９へ出射する。
【００２３】
ＣＷ信号生成部５は、プローブ光Ｐｐ（ｆｐ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）を受けて、プローブ光Ｐｄを測定条件に合わせてパルス化するとともにダミー光Ｐｄを重畳して、ＣＷ試験信号光Ｐｔを出射するものであり、光スイッチ６と切替制御部７から構成される。
光スイッチ６は、プローブ光源２から出射され光分波器４で分波されたプローブ光Ｐｐとダミー光源から出射されたダミー光Ｐｄをそれぞれ受ける第１の入力ポート６ａおよび第２の入力ポート６ｂと、一つの出力ポート６ｃとを備えた光スイッチであって、切替制御部７の指示に従ってプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）とダミー光Ｐｄ（ｆｄ）の光路を切り替えることによって、一の出力ポート６ｃから図５（ａ）に示すパワー一定のＣＷ試験信号光Ｐｔ（ｆｐ、ｆｄ）を合成して出射する。
切替制御部７は、光ファイバ回線２００ａの測定距離や測定分解能等の測定条件に対応した最適なプローブ光パルスのパルス幅Ｗとパルス周期Ｔに基づいて、光スイッチ６の光路の切り替えタイミングを制御する。なお、光ファイバ回線の総延長が数千ｋｍになる海底ケーブルシステムを測定対象とする場合、例えば、プローブ光パルスのパルス周期Ｔは１００ｍｓ、パルス幅Ｗは１０ｍｓが設定される。
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔの出力が一定になるように、出力制御部８により、プローブ光源２とダミー光源３の出力が制御されるが、光源と光スイッチ６の間に設けたアッテネータでプローブ光Ｐｐまたはダミー光Ｐｄのレベルを制御する構成にしてもよい。
【００２４】
ＣＷ信号生成部５から出射されたＣＷ試験信号光Ｐｔは、コヒーレントＯＴＤＲ装置に内蔵された光ファイバアンプ１７で測定条件に応じたレベルまで増幅され、試験対象である光通信システム２００の上り回線２００ａに出射される。
ＣＷ試験信号光Ｐｔの入射に伴う上り回線２００ａからの反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）は、ループバックパス２００ｃを介して下り回線２００ｂからコヒーレントＯＴＤＲ装置１側へ出射される。
【００２５】
光周波数シフタ９は、光分波器４で２つに分波したプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）のうち、他方のプローブ光を受けて光周波数ｆｐ＋Δｆへ周波数シフトしてローカル光Ｐｌを出射するものであり、例えば、音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ―Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）が使用される。
第１の光合波器１０は、光カプラ等から構成され、下り回線２００ｂから出射された上り回線２００ａの反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）と光周波数シフタ９により周波数シフトされたローカル光Ｐｌ（ｆｐ＋Δｆ）とを合波する。
合波光は、受光部１２、受光部１３および検波器１４から構成されるヘテロダイン検波部１１でヘテロダイン検波される。受光部１２は、合波光を受光して反射戻り光Ｐｒ（ｆｐ、ｆｄ）とローカル光Ｐｌ（ｆｐ＋Δｆ）の差周波数のビート信号（Δｆ、ｆｄ−ｆｐ−Δｆ）を出力し、バンドパスフィルタ１３により、プローブ光パルスＰｐの戻り光に基づく成分のビート信号を取り出し、検波器１４でヘテロダイン検波が行われ、表示制御部１５に入力される。
表示制御部１５では、ヘテロダイン検波した信号を処理して、上り回線２００ａの損失分布と破断点を算出し、表示部１６の算出結果を表示する。
【００２６】
以上説明した通り、第１の実施形態に係るコヒーレントＯＴＤＲ装置は、ダミー光Ｐｄと重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光Ｐｒと合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度に対するショット雑音を小さくすることができ、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置２０の構成を示しており、第１の実施形態とは、ＣＷ信号生成部２１の構成が異なる。したがって、第１の実施形態と同じ構成要素については同一の構成番号を付してＣＷ信号生成部２１以外の説明は省略する。
【００２８】
第２の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置２０における、ＣＷ信号生成部２１は、第１の光ゲート２２、第２の光ゲート２３、切替制御部２４、及び第２の光合波器２５から構成される。
【００２９】
第１の光ゲート２２及び第２の光ゲート２３は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が用いられ、切替制御部２４の指示に従って、第１の光ゲート２２はプローブ光Ｐｐ（ｆｐ）の通過を制御し、第２の光ゲート２３はダミー光Ｐｄ（ｆｄ）の通過を制御する。
第２の光合波器２５は、第１及び第２の光ゲートから出射されたプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄを合波して、図５（ａ）に示すパワー一定のＣＷ試験信号光Ｐｔ（ｆｐ、ｆｄ）を出射する。
切替制御部２４は、光ファイバ回線２００ａの測定距離や測定分解能等の測定条件に対応した最適なプローブ光パルスのパルス幅Ｗとパルス周期Ｔに基づいて、第１の光ゲート及び第２の光ゲートのゲートタイミングを制御する。
【００３０】
なお、ＣＷ試験信号光Ｐｔの出力を一定にするために、第１の実施形態で説明したプローブ光源２及びダミー光源３の出力を制御する方法やアッテネータによりプローブ光Ｐｐまたはダミー光Ｐｄのレベルを制御する方法以外に、この第２の実施形態では、光ゲート２２、２３をＳＯＡで構成した場合は、このＳＯＡでプローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄの通過タイミングを制御するとともにプローブ光Ｐｐとダミー光Ｐｄの出力レベルを同時に制御することができる。
【００３１】
以上、この第２の実施形態に係るコヒーレントＯＴＤＲ装置においても、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに、反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にしたので、プローブ光とローカル光によって発生するビート信号強度に対するショット雑音を小さくすることができ、コヒーレントＯＴＤＲ装置のＳ／Ｎを改善することができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置３０の構成を示している。なお、第１の実施形態と同じ構成要素については同一の構成番号を付して説明を省略する。
【００３３】
この第３の実施形態では、プローブ光源３１及びダミー光源３２は波長可変光源であって、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長（光周波数ｆｐ、ｆｄ）を測定条件にあわせて任意に可変可能である。
波長制御部３３は、外部からの指示に従ってプローブ光源３１及びダミー光源３２に対しプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの光周波数ｆｐ、ｆｄや出力を制御するとともに、音響光学変調器９においてプローブ光Ｐｐの損失が小さくなるように音響光学変調器９の音響光学素子に印加する音響パルスの周期やレベルを調節する。これは、音響光学素子は回折効率及び回折方向の波長依存性を有しているので、プローブ光の波長の可変に合わせて変調効率が最大になるように制御する必要があるからである。
【００３４】
この第３の実施形態のコヒーレントＯＴＤＲ装置３０は、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの光周波数ｆｐ、ｆｄを可変にしたので、インラインサービスにおいて、すなわち、光通信システム２００の運用中に光ファイバ回線の測定を行う場合に、光通信システムで使用している信号光の波長とプローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長が重複しないように、プローブ光Ｐｐ及びダミー光Ｐｄの波長（光周波数ｆｐ、ｆｄ）を任意に設定することができる。
【００３５】
また、光通信システム２００が波長多重方式（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を採用している場合には、波長多重信号のグリッド波長ごとに光ファイバ線路の評価が必要とされるが、プローブ光を波長可変にすることで任意のグリッド波長における評価ができる。
【００３６】
さらに、音響光学素子を用いた光周波数シフタは、音響光学素子内部に発生させた回折格子によって入射光の光周波数をシフトするものであるが、その回折格子の回折効率の波長依存性が大きく、プローブ光の波長を可変すると回折効率の変化に伴いシフト光の出力光パワーも変動するが、ダミー光と重畳するプローブ光パルスを周波数シフトする代わりに反射戻り光と合波するプローブ光を周波数シフトする構成にすることで、プローブ光の波長を可変しても、プローブ光パルスのパワー変動が少なく安定した測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す図
【図３】本発明の第３実施形態の構成を示す図
【図４】従来のコヒーレントＯＴＤＲの構成を示す図
【図５】本発明と従来方式のＣＷ試験信号光を説明するための模式図
【図６】サージ現象を説明するための模式図
【符号の説明】
【００３８】
１，２０，３０・・・コヒーレントＯＴＤＲ装置、２，３１・・・プローブ光源、３，３２・・・ダミー光源、４・・・光分波器、５，２１・・・ＣＷ信号生成部、６・・・光スイッチ、７，２４・・・切替制御部、８・・・出力制御部、９・・・音響光学変調器、１０，２５・・・光合波器、１１・・・ヘテロダイン検波部、１２・・・受光部、１３・・・、バンドパスフィルタ、１４・・・検波器、１５・・・表示制御部、１６・・・表示部、２００・・・光通信システム、２３・・・光ゲート、２００ａ・・・上り回線、２００ｂ・・・下り回線、２００ｃ・・・ループバックパス、Ｐｐ・・・プローブ光、Ｐｄ・・・ダミー光、Ｐｌ・・・ローカル光、Ｐｔ・・・ＣＷ試験信号光、Ｐｒ・・・戻り光、Ｐｂ・・・ビート信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光パルスを光通信システムの光ファイバ線路に出射し、該光ファイバ線路からの戻り光を光ヘテロダイン検波して前記光ファイバ線路の特性評価を行うコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
プローブ光（Ｐｐ）を出射するプローブ光源（２）と、
該プローブ光とは光周波数が異なるダミー光（Ｐｄ）を出射するダミー光源（３）と、
該プローブ光源から出射されたプローブ光を２つの光路に分波する光分波器（４）と、
該光分波器で分岐された一方のプローブ光、及び前記ダミー光源から出射されたダミー光を、それぞれパルスに変換するとともに、これらのパルスを交互に前記光ファイバ線路に出射するＣＷ試験信号光（Ｐｔ）を形成するＣＷ信号発生部（５、２１）と、
前記ＣＷ試験信号光のそれぞれのパルスが一定のパワーになるように前記プローブ光源及びダミー光源の出力を制御する出力制御部（８）と、
該光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフト（Δｆ）してローカル光（Ｐｌ）を出射する光周波数シフタ（９）と、
該ローカル光と前記光ファイバ線路からの戻り光（Ｐｒ）を合波する第１の光合波器（１０）と、
該第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部（１１）とから構成されることを特徴とするコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項２】
前記光周波数シフタは、音響光学変調器（ＡＯＭ）であることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項３】
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分岐器で分岐された一方のプローブ光を入射する第１の入力ポート（６ａ）と前記ダミー光源から出射されたダミー光を入射する第２の入力ポート（６ｂ）とを有し、該入射されたプローブ光とダミー光の光路を交互に切り替えることによって前記ＣＷ試験信号光を合成して一の出力ポート（６ｃ）から出射する光スイッチ（６）と、
前記特性評価の評価条件に応じてプローブ光とダミー光の切り替えのタイミングを光スイッチに指示する切替制御部（７）とから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項４】
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分波器で分岐された一方のプローブ光の通過を制御する第１の光ゲート（２２）と、
前記ダミー光源から出射されたダミー光の通過を制御する第２の光ゲート（２３）と、
前記特性評価の評価条件に応じて、該プローブ光とダミー光が交互に出射されるように第１及び第２のゲートのゲートタイミングを制御する切替制御部（２４）と、
第１及び第２のゲートから出射されたプローブ光及びダミー光を重畳して前記ＣＷ試験信号光を合成して出射する第２の光合波器（２５）とから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項５】
前記第１の光ゲート及び第２の光ゲートは半導体光増幅素子から構成されることを特徴とする請求項４に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項６】
前記プローブ光源は波長可変光源（１０２）であって、前記光ファイバ線路で運用中の通信信号光の光周波数とは異なる光周波数の前記プローブ光を出射することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項１】
コヒーレント光パルスを光通信システムの光ファイバ線路に出射し、該光ファイバ線路からの戻り光を光ヘテロダイン検波して前記光ファイバ線路の特性評価を行うコヒーレントＯＴＤＲ装置において、
プローブ光（Ｐｐ）を出射するプローブ光源（２）と、
該プローブ光とは光周波数が異なるダミー光（Ｐｄ）を出射するダミー光源（３）と、
該プローブ光源から出射されたプローブ光を２つの光路に分波する光分波器（４）と、
該光分波器で分岐された一方のプローブ光、及び前記ダミー光源から出射されたダミー光を、それぞれパルスに変換するとともに、これらのパルスを交互に前記光ファイバ線路に出射するＣＷ試験信号光（Ｐｔ）を形成するＣＷ信号発生部（５、２１）と、
前記ＣＷ試験信号光のそれぞれのパルスが一定のパワーになるように前記プローブ光源及びダミー光源の出力を制御する出力制御部（８）と、
該光分波器で分波された他方のプローブ光を周波数シフト（Δｆ）してローカル光（Ｐｌ）を出射する光周波数シフタ（９）と、
該ローカル光と前記光ファイバ線路からの戻り光（Ｐｒ）を合波する第１の光合波器（１０）と、
該第１の光合波器により合波された合波光を受光して戻り光とローカル光とでヘテロダイン検波を行うヘテロダイン検波部（１１）とから構成されることを特徴とするコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項２】
前記光周波数シフタは、音響光学変調器（ＡＯＭ）であることを特徴とする請求項１に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項３】
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分岐器で分岐された一方のプローブ光を入射する第１の入力ポート（６ａ）と前記ダミー光源から出射されたダミー光を入射する第２の入力ポート（６ｂ）とを有し、該入射されたプローブ光とダミー光の光路を交互に切り替えることによって前記ＣＷ試験信号光を合成して一の出力ポート（６ｃ）から出射する光スイッチ（６）と、
前記特性評価の評価条件に応じてプローブ光とダミー光の切り替えのタイミングを光スイッチに指示する切替制御部（７）とから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項４】
前記ＣＷ信号発生部は、前記光分波器で分岐された一方のプローブ光の通過を制御する第１の光ゲート（２２）と、
前記ダミー光源から出射されたダミー光の通過を制御する第２の光ゲート（２３）と、
前記特性評価の評価条件に応じて、該プローブ光とダミー光が交互に出射されるように第１及び第２のゲートのゲートタイミングを制御する切替制御部（２４）と、
第１及び第２のゲートから出射されたプローブ光及びダミー光を重畳して前記ＣＷ試験信号光を合成して出射する第２の光合波器（２５）とから構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項５】
前記第１の光ゲート及び第２の光ゲートは半導体光増幅素子から構成されることを特徴とする請求項４に記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【請求項６】
前記プローブ光源は波長可変光源（１０２）であって、前記光ファイバ線路で運用中の通信信号光の光周波数とは異なる光周波数の前記プローブ光を出射することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１つに記載のコヒーレントＯＴＤＲ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２５７９７３（Ｐ２００９−２５７９７３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８３５２（Ｐ２００８−１０８３５２）
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
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