光反射測定装置
【課題】測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができる光反射測定装置を提供する。
【解決手段】光反射測定装置１３Ａは、光源部４０Ａ，測定部６０Ａおよび処理部７０を備える。光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して光結合器１２へ出し、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。測定部６０Ａは、第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部４０Ａから出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得し、第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する。処理部７０は、測定部６０Ａにより取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。
【解決手段】光反射測定装置１３Ａは、光源部４０Ａ，測定部６０Ａおよび処理部７０を備える。光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して光結合器１２へ出し、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。測定部６０Ａは、第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部４０Ａから出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得し、第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する。処理部７０は、測定部６０Ａにより取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リフレクトメトリ技術を利用する光反射測定装置、および、このような光反射測定装置を備える光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。
【０００３】
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光反射測定装置が設けられる。光反射測定装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の測定対象物を監視光が伝搬する際に生じる反射光（フレネル反射光およびレイリー散乱光）に基づいて、その測定対象物における反射率分布を求めて、その測定対象物における故障の箇所を検知する。そして、このような光反射測定装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求されている。
【０００４】
光リフレクトメトリ技術として、パルス状の監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、ＯＣＤＲ（Optical Coherence Domain Reflectometry）も知られている（特許文献１および非特許文献１，２を参照）。
【０００５】
ＯＣＤＲでは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する監視光を発生させ、この監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光を入力するとともに、この監視光の一部を分岐して取り出した参照光をも入力し、これら反射光と参照光との干渉の大きさが両光の間の遅延時間差に依存することを利用して、測定対象物における特定位置における反射率を測定する。さらに、ＯＣＤＲでは、監視光における光周波数変調の間隔を変化させる等により、反射率を測定する位置を変化させて、測定対象物における反射率分布を求める。
【０００６】
光波コヒーレンス関数は、時刻ｔを変数とする関数である光の電場Ｖ(ｔ)の自己相関関数<Ｖ(ｔ)・Ｖ*(ｔ−τ)>を光強度で規格化したものであり、光パワースペクトルのフーリエ変換を光強度で規格化したものである。電場Ｖ(ｔ)の光が２分岐されて、これら２つの分岐光の間の遅延時間差がτであるとしたとき、これら２つの分岐光の干渉縞の大きさは、その光の光波コヒーレンス関数の実部により表される。また、光波コヒーレンス関数の絶対値は、可干渉度と呼ばれ、干渉の大きさを表す。
【０００７】
ＯＣＤＲで用いられる監視光は、光周波数が変調されたものであって、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数を正弦波状に変調された光が監視光として用いられる。このように光周波数が変調された監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。
【０００８】
櫛歯状の光波コヒーレンス関数は、間隔(１／ｆs)で配置される複数のコヒーレンスピークを有する。そのうちの１つのコヒーレンスピークが測定対象物のうちの被測定区間に存在するように、コヒーレンスピークの配置の間隔(１／ｆs)より短い時間幅のゲートが監視光にかけられて監視光のパルスが切り出される。
【特許文献１】特開平１０−１４８５９６号公報
【非特許文献１】K. Hotate and Z. He, Journal ofLightwave Technology, vol.24, pp.2541-2557 (2006)
【非特許文献２】Z. He and K. Hotate, Journal ofLightwave Technology, vol.20, pp.1715-1723 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＯＴＤＲで高い空間分解能を得るには、監視光のパルス幅を狭くすることが必要である。また、監視光のパルス幅を狭くすると、監視光のエネルギーの低下に因る測定の信号対雑音比（ＳＮＲ: Signal to Noise Ratio）の低下を補うために、監視光のパワーを高くすることが必要である。ところが、監視光のパワーを高くすると、測定対象物において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象が発現することによって測定性能の低下や通信信号への干渉が生じる可能性がある。したがって、ＯＴＤＲでは、空間分解能は数メートル程度に制限される。
【００１０】
一方、ＯＣＤＲでは、ＯＴＤＲと比べると高い空間分解能を得ることができる。非特許文献１には、例えば５ｋｍ遠方の反射点を１９ｃｍの空間分解能で測定できることが示されている。
【００１１】
しかし、ＯＣＤＲでは、光ファイバ線路等の測定対象物に沿って連続的に生じるレイリー散乱光を検出することができない。なぜなら、実現可能な変調技術では光波コヒーレンス関数のサイドローブ（コヒーレンスピーク以外の部分）をゼロに抑えることができないことから、異なる２つの位置からの反射光を厳密に分離することができず、測定対象物における接続点などで生じる大きな反射光によってレイリー散乱光がノイズに埋もれてしまうからである。
【００１２】
したがって、ＯＣＤＲでは、測定対象物上の離散的な反射点を検出することはできるが、これらの反射点の間の区間で生じるレイリー散乱光を検出することができないので、測定対象物の断片的な情報しか得ることができず、故障検知能力が不十分である。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができる光反射測定装置を提供することを目的とする。また、このような光反射測定装置を備える光通信システムを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光反射測定装置は、(1) 光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して出力するとともに、第１監視光の一部を分岐して参照光として出力する光源部と、(2)光源部から出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部から出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得するとともに、光源部から出力された第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する測定部と、(3)測定部により取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する処理部と、を備えることを特徴とする。このようにしてＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とが組み合わされて出力されることにより、測定対象物における離散反射点が高い空間分解能で検出されるとともに、測定対象物における離散反射点の間の区間の状態をも測定され得る。
【００１５】
本発明に係る光反射測定装置では、処理部は、ＯＣＤＲ測定結果に基づいて、測定対象物における離散反射点の位置を求め、この求めた離散反射点の位置と第２監視光のパルス時間波形とに基づいて、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求め、この求めた寄与の程度に基づいてＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力するのが好適である。このような処理が行われることにより、測定対象物における離散反射点の付近の状態が測定されるとともに、離散反射点および離散反射点の間の区間の情報が一元化され得る。
【００１６】
本発明に係る光通信システムは、光ファイバ線路により互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された上記の本発明に係る光反射測定装置とを備え、光反射測定装置から選択的に出力される第１監視光または第２監視光を、光結合器を経て光ファイバ線路に伝搬させ、第１監視光または第２監視光が光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光を、光結合器を経て光反射測定装置に入力させることを特徴とする。また、本発明に係る光通信システムは、局側端末と複数の加入者端末とが光分岐器を介して光学的に接続されており、局側端末と光分岐器との間の光ファイバ線路の途中に光結合器が設けられているのが好適である。このように光通信システムにおいて上記の光反射測定装置が用いられることにより、加入者端末や光ファイバ線路で生じる故障の箇所が特定され得る。
【００１７】
本発明に係る光通信システムは、光分岐器から複数の加入者端末それぞれまでの光ファイバ長が加入者端末毎に異なるのが好適である。この場合には、加入者端末が個別に区別され得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
【００２１】
図１は、第１実施形態に係る光通信システム１Ａおよび光反射測定装置１３Ａの構成図である。この図に示される光通信システム１Ａは、局舎１０Ａに設けられた局側端末１１とＮ個の加入者端末２１１〜２１Ｎとが光分岐器２０を介して互いに光ファイバ線路により光学的に接続されていて、局側端末１１と各加入者端末２１ｎとの間で光通信を行うものである。ここで、Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。このような光通信システム１Ａの形態は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）と呼ばれる。分岐数Ｎは４〜３２が典型的である。
【００２２】
局舎１０Ａには、局側端末１１の他に光結合器１２および光反射測定装置１３Ａが設けられている。局側端末１１と光結合器１２とは光ファイバ線路３１により光学的に接続されている。光結合器１２と光分岐器２０とは光ファイバ線路３２により光学的に接続されている。光分岐器２０と各加入者端末２１ｎとは光ファイバ線路３３ｎにより光学的に接続されている。また、光結合器１２には光反射測定装置１３Ａも光学的に接続されている。
【００２３】
光反射測定装置１３Ａは、ＯＣＤＲ測定およびＯＴＤＲ測定の双方を行うことができ、ＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。光反射測定装置１３Ａは、光源部４０Ａ，測定部６０Ａおよび処理部７０を備え、更に光変調器５１および光遅延線５２を備える。
【００２４】
光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して光結合器１２へ出力する。また、光源部４０Ａは、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。第１監視光および参照光はＯＣＤＲ測定に用いられ、第２監視光はＯＴＤＲ測定に用いられる。光源部４０Ａは、光源４１，信号発生器４２，光変調器４３および光結合器４４を含む。
【００２５】
光源部４０Ａに含まれる光源４１は、出力光の光周波数を変調することができるものであって、例えば半導体ＤＦＢレーザ光源や外部共振器付き半導体レーザ光源等である。光源４１は連続光を出力する。信号発生器４２は、光源４１から出力される連続光の光周波数を変調するための変調信号を出力し、その変調信号を光源４１に与える。光変調器４３は、光源４１から出力される光を入力して、この光を必要に応じて変調して出力する。光結合器４４は、光変調器４３から出力される光を２分岐して、一方の分岐光を光結合器１２へ出力し、他方の分岐光を光変調器５１へ出力する。
【００２６】
測定部６０Ａは、光源部４０Ａから出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部４０Ａから出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得する。また、測定部６０Ａは、光源部４０Ａから出力された第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する。測定部６０Ａは、光結合器６１，バランス検波器６２，フィルタ６３，ＲＦ検波器６４，ＡＤ変換器６５およびＡＤ変換器６６を含む。
【００２７】
測定部６０Ａに含まれる光結合器６１は、光結合器４４から出力される光を入力するとともに、光遅延線５２から光が出力される場合にはその光をも入力して、その入力した光をバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、光結合器６１から出力される光を入力して検波し、その検波結果を表す電気信号をフィルタ６３またはＡＤ変換器６６へ出力する。フィルタ６３は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、その電気信号に含まれる雑音成分を除去して、その除去後の電気信号をＲＦ検波器６４へ出力する。
【００２８】
測定部６０Ａに含まれるＲＦ検波器６４は、フィルタ６３から出力される電気信号を入力し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器６５へ出力する。ＡＤ変換器６５は、ＲＦ検波器６４から出力される電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号（ＯＣＤＲ測定結果）を処置部７０へ出力する。また、ＡＤ変換器６６は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号（ＯＴＤＲ測定結果）を処置部７０へ出力する。
【００２９】
なお、ＯＣＤＲ測定の際には、ＡＤ変換器６６は用いられない。また、ＯＴＤＲ測定の際には、フィルタ６３，ＲＦ検波器６４およびＡＤ変換器６５は用いられない。
【００３０】
処理部７０は、測定部６０Ａにより取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。また、処理部７０は、ＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とに基づいて所定の演算を行って、その演算結果を出力する。処理部７０は、制御部７１および記憶部７２を含む。
【００３１】
処理部７０に含まれる制御部７１は、光源部４０Ａの動作を制御する。また、制御部７１は、ＡＤ変換器６５から出力されるデジタル信号（ＯＣＤＲ測定結果）を入力するとともに、ＡＤ変換器６６から出力されるデジタル信号（ＯＴＤＲ測定結果）を入力して、これらＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果を記憶部７１に記憶させる。記憶部７２は、第２監視光のパルス時間波形を予め記憶している。そして、制御部７１は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および第２監視光のパルス時間波形に基づいて所定の演算を行って、その演算結果を出力する。
【００３２】
次に、ＯＣＤＲ測定について説明する。ＯＣＤＲ測定の場合、光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光を出力する。このとき、光源４１から出力される連続光は、信号発生器４２により光周波数が変調されて、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有するものとされる。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が第１監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数が正弦波状に変調された光が第１監視光として用いられる。このように光周波数が変調された第１監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの第１監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。
【００３３】
光変調器４３は、光源４１から出力される連続光を光周波数変調に同期して強度変調して、この強度変調した光を第１監視光として出力するのが好適である。このような第１監視光は、光波コヒーレンス関数のサイドローブが抑圧されたものとなる。そして、光結合器４４は、光変調器４３から出力された第１監視光を光結合器１２へ出力するとともに、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。
【００３４】
光結合器４４から光結合器１２へ出力された第１監視光は、光ファイバ線路３２，光分岐器２０および光ファイバ線路３３ｎを経て加入者端末２１ｎへ伝搬する。第１監視光が測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する際に、測定対象物上の離散反射点においてフレネル反射光が生じ、また、離散反射点の間の区間においてレイリー散乱光が生じる。これら反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光結合器４４を経て光結合器６１へ入力される。
【００３５】
一方、光結合器４４から光変調器５１へ出力された参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。光変調器５１は、光結合器４４から出力される参照光を入力し、必要に応じて、所定のタイミングで参照光にゲートをかけることで、ＯＣＤＲ測定の際の測定対象物における被測定位置を決定する。光遅延線５２は、光変調器５１から出力される参照光に対して遅延を与えることで、光結合器６１に入力される第１監視光の反射光と参照光との光路長差を小さくして、光源４１から出力される光の位相揺らぎによって生じる雑音を低減する。
【００３６】
なお、光変調器５１は、参照光に対してゲートをかけることの他、参照光を偏波変調してもよいし、参照光の光周波数をシフトさせてもよいし、これらのうちの複数の処理をしてもよい。参照光を偏波変調して複数の偏波状態でＯＣＤＲ測定結果を平均化することにより、第１監視光および参照光の偏波ゆらぎの影響を低減することができる。また、参照光の光周波数をシフトさせて第１監視光の反射光がヘテロダイン検波されるようにすることで、第１監視光の強度ゆらぎによる雑音を低減することができる。
【００３７】
光結合器６１は、光結合器４４から出力される第１監視光の反射光と光遅延線５２から出力される参照光とを結合して、これらをバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、これら反射光と参照光とを入力してバランス検波して、これら反射光および参照光それぞれの電界の干渉成分に相当する電気信号をフィルタ６３へ出力する。フィルタ６３は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、その電気信号に含まれる雑音成分を除去して、その除去後の電気信号をＲＦ検波器６４へ出力する。
【００３８】
ＲＦ検波器６４は、フィルタ６３から出力される電気信号を入力し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器６５へ出力する。ＡＤ変換器６５は、ＲＦ検波器６４から出力される電気信号を入力し、この電気信号をデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部７１へ出力する。制御部７１は、ＡＤ変換器６５から出力されたデジタル信号を入力して、このデジタル信号を記憶部７２により記憶させる。このデジタル信号の値は、測定対象物における被測定位置での反射率を表す。
【００３９】
さらに、制御部７１による制御に従って、光源４１における光周波数変調の際のパラメータｆsが変更されることにより、コヒーレンスピークの位置（すなわち、測定対象物における被測定位置）が変更されて、上記と同様にして、測定対象物における被測定位置での反射率を表すデジタル信号が記憶部７２により記憶される。コヒーレンスピークの位置（すなわち、測定対象物における被測定位置）が走査されることで、ＯＣＤＲ測定結果が得られる。
【００４０】
次に、ＯＴＤＲ測定について説明する。ＯＴＤＲ測定の場合、光源部４０Ａは、パルス状の第２監視光を出力する。このとき、光変調器４３は、光源４１から出力される連続光を強度変調して、パルス状の第２監視光として出力する。このとき、光源４１は、信号発生器４２から出力される変調信号に従って光周波数を変調して、スペクトル拡散された連続光を出力するのが好適である。このように第２監視光のスペクトルが拡散されることで、光ファイバ線路３２，３３１〜３３Ｎを第２監視光が伝搬する際に誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象の発生が抑制される。そして、光結合器４４は、光変調器４３から出力された第２監視光を光結合器１２へ出力するとともに、第２監視光の一部を分岐して光変調器５１へ出力する。光変調器５１へ出力された光は、この光変調器５１により遮断される。
【００４１】
光結合器４４から光結合器１２へ出力された第２監視光は、光ファイバ線路３２，光分岐器２０および光ファイバ線路３３ｎを経て加入者端末２１ｎへ伝搬する。第２監視光が測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する際に、測定対象物上の離散反射点においてフレネル反射光が生じ、また、離散反射点の間の区間においてレイリー散乱光が生じる。これら反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光結合器４４を経て光結合器６１へ入力される。
【００４２】
光結合器６１は、光結合器４４から出力される第２監視光の反射光を入力して、これをバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、非バランス動作を行い、光結合器６１から出力される光を入力して、この入力光パワーに応じた電気信号をＡＤ変換器６６へ出力する。この電気信号を時間の関数としたものが、測定対象物における反射率分布をあらわす。ＡＤ変換器６６は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、この電気信号を一定時間間隔でデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部７１へ出力する。制御部７１は、ＡＤ変換器６６から出力されたデジタル信号を入力して、このデジタル信号を記憶部７２により記憶させる。このようにして、ＯＴＤＲ測定結果が得られる。
【００４３】
次に、図２および図３を用いて、処理部７０における処理の内容について説明する。図２は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および処理部７０の処理結果それぞれを模式的に示す図である。図３は、処理部７０の処理のフローを示す図である。処理部７０に含まれる制御部７１は、以上のようにして得られて記憶部７２により記憶されているＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果、ならびに、記憶部７２により予め記憶されている第２監視光のパルス時間波形を用いて、以下のような処理を行う。
【００４４】
図２に示されるように、一般に、ＯＣＤＲ測定結果によれば、離散的な反射点の位置（例えば光ファイバ線路３３ｎと加入者端末２１ｎとの接続点）が高い空間分解能で得られるが、これらの反射点の間の区間では光波コヒーレンス関数のサイドローブに起因するコヒーレンスノイズが観測されるので当該区間での情報が得られない。一方、ＯＴＤＲ測定結果によれば、離散的な反射点の間の区間ではレイリー散乱光が観測されるが、これら反射点の付近では反射点位置と第２監視光のパルス時間波形との畳み込みに因るブロードなピークが観測される。
【００４５】
そこで、このようなＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果それぞれの特質を考慮して、本実施形態に係る光反射測定装置１３Ａの処理部７０は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および第２監視光のパルス時間波形を用いて図３に示される処理を行うことにより、図２に示されるようなレイリー散乱光測定を含んだ高分解能の反射点測定結果を得る。
【００４６】
処理部７０に含まれる制御部７１は、先ず、記憶部７２に記憶されているＯＣＤＲ測定結果を用い、コヒーレンスノイズより高い所定の水準でＯＣＤＲ測定結果の閾値処理を行ってピーク位置を検出することにより、測定対象物における離散反射点の位置のリストを求める。
【００４７】
また、制御部７１は、記憶部７２に記憶されている第２監視光のパルス時間波形、および、測定対象物の波長分散や偏波モ−ド分散の長手方向分布などの情報を用いて、測定対象物を第２監視光が伝搬する際のパルス拡がりに因る各位置での第２監視光のパルス時間波形を求める。
【００４８】
さらに、制御部７１は、既に求めた離散反射点の位置リストと各位置での第２監視光のパルス時間波形とを畳み込み演算することにより、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求める。
【００４９】
そして、制御部７１は、この求めた寄与の程度に基づいて、記憶部７２に記憶されているＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力する。具体的には、制御部７１は、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与をＯＴＤＲ測定結果から減算し、離散反射点の位置リストからデルタ関数状の反射ピーク波形を生成して、これを上記の減算の結果に対して合成する。
【００５０】
このような処理を処理部７０が行うことで、本実施形態に係る光反射測定装置１３Ａは、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができ、高分解能の反射率分布の測定結果を得ることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
【００５２】
図４は、第２実施形態に係る光通信システム１Ｂおよび光反射測定装置１３Ｂの構成図である。図１に示された第１実施形態に係る光通信システム１Ａの構成と比較すると、この図４に示される第２実施形態に係る光通信システム１Ｂは、局舎１０Ａに替えて局舎１０Ｂを備える点で相違し、光反射測定装置１３Ａに替えて光反射測定装置１３Ｂを備える点で相違する。
【００５３】
また、図１中の光反射測定装置１３Ａの構成と比較すると、図４中の光反射測定装置１３Ｂは、光源部４０Ａに替えて光源部４０Ｂを含む点で相違し、測定部６０Ａに替えて測定部６０Ｂを含む点で相違し、また、光サーキュレータ５３を更に含む点で相違する。
【００５４】
光源部４０Ｂは、光源４１，信号発生器４２，光変調器４３および光結合器４４を含む。光結合器４４は、光源４１と光変調器４３との間に設けられ、光源４１から出力される第１監視光および第２監視光それぞれを２分岐して、一方の分岐光を光変調器４３へ出力し、他方の分岐光を光変調器５１へ出力する。
光変調器４３は、光結合器４４から出力された光を入力し、この光を変調して光サーキュレータ５３へ出力する。
【００５５】
光サーキュレータ５３は、光変調器４３から出力された光を入力して、この入力した光を光結合器１２へ出力する。また、光サーキュレータ５３は、光結合器１２から出力された光を入力して、この入力した光を光結合器６１へ出力する。
【００５６】
測定部６０Ｂは、光結合器６１，バランス検波器６２，フィルタ６３，ＲＦ検波器６４およびＡＤ変換器６５を含む。光結合器６１は、光サーキュレータ５３から出力された光を入力するとともに、光遅延線５２から出力された光をも入力して、これらの光をバランス検波器６２へ出力する。
【００５７】
ＯＣＤＲ測定の場合、光源４１から出力された第１監視光は、光結合器４４，光変調器４３，光サーキュレータ５３および光結合器１２を経て、測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する。この伝搬の際に生じる反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光サーキュレータ５３を経て光結合器６１へ入力される。また、光源４１から出力された第１監視光の一部は光結合器４４により分岐されて参照光とされる。その参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。測定部６０Ｂおよび処理部７０においては、第１実施形態の場合と同様の動作が行われて、ＯＣＤＲ測定結果が得られる。
【００５８】
一方、ＯＴＤＲ測定の場合、光源４１から出力された第２監視光は、光結合器４４，光変調器４３，光サーキュレータ５３および光結合器１２を経て、測定対象物を伝搬する。この伝搬の際に生じる反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光サーキュレータ５３を経て光結合器６１へ入力される。また、光源４１から出力された第２監視光の一部は光結合器４４により分岐されて参照光とされる。その参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。
【００５９】
本実施形態では、ＯＴＤＲ測定の場合にも、バランス検波器６２はバランス検波動作する。望ましくは、光変調器５１により参照光の光周波数がシフトされ、バランス検波器６２により第２監視光がヘテロダイン検波される。その結果、コヒーレントＯＴＤＲ（Ｃ-ＯＴＤＲ）として知られる測定方式が実現され、反射率分布が測定される。
【００６０】
処理部７０は、第１実施形態の場合と同様の処理をする。ＯＣＤＲ測定結果およびＣ-ＯＴＤＲ測定結果が図３のフローで処理されることにより、図２に示したような高分解能の反射率分布測定結果が得られる。さらに、Ｃ-ＯＴＤＲでは十分に高いパワーを有する参照光を用いることによりショットノイズ限界の測定が可能であるので、３２分岐システムなどの光分岐器２０での挿入損失が高いＰＯＮシステムにも用いることができる。
【００６１】
（変形例）
【００６２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、第１監視光の光波コヒーレンス関数のサイドローブを抑圧する手法を組み合わせて用いてもよい。すなわち、信号発生器４２が生成する変調波形を正弦波とすると、光源４１から出力される光のパワースペクトルの両端部においてスペクトル変化が急峻となるのでサイドローブが発生するが、このサイドローブを抑圧するために、光フィルタによってスペクトルの両端部を平滑化する方法や、変調波形を歪ませることでスペクトルを平滑化する方法を採用するのが好ましい。
【００６３】
また、上記実施形態において、局側端末１１から出力される信号光の波長と異なる波長の監視光を用いることにより、信号光と監視光との干渉を防ぐことが望ましい。信号光波長としては１.３μｍ帯，１.４９μｍ帯および１.５５μｍ帯などが用いられるので、第１監視光または第２監視光の波長としては１.５８〜１.６５μｍ帯が好ましい。また、光結合器１２は、波長合波器として信号光および監視光の挿入損失を最小限に抑えることが好ましい。
【００６４】
また、上記実施形態において、ＯＴＤＲ測定に用いる第２監視光は、光源４１を直接変調することによって生成しても良い。
【００６５】
また、上記実施形態において、図１および図４それぞれに模式的に示されるように、光ファイバ線路３３１〜３３Ｎそれぞれの長さは互いに異なることが望ましい。特に、各光ファイバ線路３３ｎの長さの差を、ＯＣＤＲ測定の典型的な分解能より大きく（例えば５０ｃｍ以上）すると、加入者端末２１ｎと光ファイバ線路３３ｎとの接続点で生じる離散反射点を加入者端末毎に区別して測定することができるので好ましい。または、加入者端末２１ｎと光ファイバ線路３３ｎとの間に、加入者端末毎に異なる間隔で形成された離散反射点を有する反射マーカー素子を挿入することも、端末判別手段として用いることができる。
【００６６】
また、上記実施形態において、光通信システムの構築時もしくは構築後の測定によって、それぞれの加入者端末から局舎までの距離の情報を取得し、それを記憶部７２に記憶し、記憶された加入者端末までの距離の近傍にＯＣＤＲの測定範囲を制限しても良い。それにより、それぞれの加入者端末と局舎の間の光学的接続が保たれているかどうかを、短時間で監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係る光通信システム１Ａおよび光反射測定装置１３Ａの構成図である。
【図２】ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および処理部７０の処理結果それぞれを模式的に示す図である。
【図３】処理部７０の処理のフローを示す図である。
【図４】第２実施形態に係る光通信システム１Ｂおよび光反射測定装置１３Ｂの構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ，１Ｂ…光通信システム、１０Ａ，１０Ｂ…局舎、１１…局側端末、１２…光結合器、１３Ａ，１３Ｂ…光反射測定装置、２０…光分岐器、２１１〜２１Ｎ…加入者端末、３１，３２，３３１〜３３Ｎ…光ファイバ線路、４０Ａ，４０Ｂ…光源部、４１…光源、４２…信号発生器、４３…光変調器、４４…光結合器、５１…光変調器、５２…光遅延線、５３…光サーキュレータ、６０Ａ，６０Ｂ…測定部、６１…光結合器、６２…バランス検波器、６３…フィルタ、６４…ＲＦ検波器、６５…ＡＤ変換器、６６…ＡＤ変換器、７０…処理部、７１…制御部、７２…記憶部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光リフレクトメトリ技術を利用する光反射測定装置、および、このような光反射測定装置を備える光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。
【０００３】
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光反射測定装置が設けられる。光反射測定装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の測定対象物を監視光が伝搬する際に生じる反射光（フレネル反射光およびレイリー散乱光）に基づいて、その測定対象物における反射率分布を求めて、その測定対象物における故障の箇所を検知する。そして、このような光反射測定装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求されている。
【０００４】
光リフレクトメトリ技術として、パルス状の監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometry）が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、ＯＣＤＲ（Optical Coherence Domain Reflectometry）も知られている（特許文献１および非特許文献１，２を参照）。
【０００５】
ＯＣＤＲでは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する監視光を発生させ、この監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光を入力するとともに、この監視光の一部を分岐して取り出した参照光をも入力し、これら反射光と参照光との干渉の大きさが両光の間の遅延時間差に依存することを利用して、測定対象物における特定位置における反射率を測定する。さらに、ＯＣＤＲでは、監視光における光周波数変調の間隔を変化させる等により、反射率を測定する位置を変化させて、測定対象物における反射率分布を求める。
【０００６】
光波コヒーレンス関数は、時刻ｔを変数とする関数である光の電場Ｖ(ｔ)の自己相関関数<Ｖ(ｔ)・Ｖ*(ｔ−τ)>を光強度で規格化したものであり、光パワースペクトルのフーリエ変換を光強度で規格化したものである。電場Ｖ(ｔ)の光が２分岐されて、これら２つの分岐光の間の遅延時間差がτであるとしたとき、これら２つの分岐光の干渉縞の大きさは、その光の光波コヒーレンス関数の実部により表される。また、光波コヒーレンス関数の絶対値は、可干渉度と呼ばれ、干渉の大きさを表す。
【０００７】
ＯＣＤＲで用いられる監視光は、光周波数が変調されたものであって、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数を正弦波状に変調された光が監視光として用いられる。このように光周波数が変調された監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。
【０００８】
櫛歯状の光波コヒーレンス関数は、間隔(１／ｆs)で配置される複数のコヒーレンスピークを有する。そのうちの１つのコヒーレンスピークが測定対象物のうちの被測定区間に存在するように、コヒーレンスピークの配置の間隔(１／ｆs)より短い時間幅のゲートが監視光にかけられて監視光のパルスが切り出される。
【特許文献１】特開平１０−１４８５９６号公報
【非特許文献１】K. Hotate and Z. He, Journal ofLightwave Technology, vol.24, pp.2541-2557 (2006)
【非特許文献２】Z. He and K. Hotate, Journal ofLightwave Technology, vol.20, pp.1715-1723 (2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＯＴＤＲで高い空間分解能を得るには、監視光のパルス幅を狭くすることが必要である。また、監視光のパルス幅を狭くすると、監視光のエネルギーの低下に因る測定の信号対雑音比（ＳＮＲ: Signal to Noise Ratio）の低下を補うために、監視光のパワーを高くすることが必要である。ところが、監視光のパワーを高くすると、測定対象物において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象が発現することによって測定性能の低下や通信信号への干渉が生じる可能性がある。したがって、ＯＴＤＲでは、空間分解能は数メートル程度に制限される。
【００１０】
一方、ＯＣＤＲでは、ＯＴＤＲと比べると高い空間分解能を得ることができる。非特許文献１には、例えば５ｋｍ遠方の反射点を１９ｃｍの空間分解能で測定できることが示されている。
【００１１】
しかし、ＯＣＤＲでは、光ファイバ線路等の測定対象物に沿って連続的に生じるレイリー散乱光を検出することができない。なぜなら、実現可能な変調技術では光波コヒーレンス関数のサイドローブ（コヒーレンスピーク以外の部分）をゼロに抑えることができないことから、異なる２つの位置からの反射光を厳密に分離することができず、測定対象物における接続点などで生じる大きな反射光によってレイリー散乱光がノイズに埋もれてしまうからである。
【００１２】
したがって、ＯＣＤＲでは、測定対象物上の離散的な反射点を検出することはできるが、これらの反射点の間の区間で生じるレイリー散乱光を検出することができないので、測定対象物の断片的な情報しか得ることができず、故障検知能力が不十分である。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができる光反射測定装置を提供することを目的とする。また、このような光反射測定装置を備える光通信システムを提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る光反射測定装置は、(1) 光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して出力するとともに、第１監視光の一部を分岐して参照光として出力する光源部と、(2)光源部から出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部から出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得するとともに、光源部から出力された第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する測定部と、(3)測定部により取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する処理部と、を備えることを特徴とする。このようにしてＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とが組み合わされて出力されることにより、測定対象物における離散反射点が高い空間分解能で検出されるとともに、測定対象物における離散反射点の間の区間の状態をも測定され得る。
【００１５】
本発明に係る光反射測定装置では、処理部は、ＯＣＤＲ測定結果に基づいて、測定対象物における離散反射点の位置を求め、この求めた離散反射点の位置と第２監視光のパルス時間波形とに基づいて、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求め、この求めた寄与の程度に基づいてＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力するのが好適である。このような処理が行われることにより、測定対象物における離散反射点の付近の状態が測定されるとともに、離散反射点および離散反射点の間の区間の情報が一元化され得る。
【００１６】
本発明に係る光通信システムは、光ファイバ線路により互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された上記の本発明に係る光反射測定装置とを備え、光反射測定装置から選択的に出力される第１監視光または第２監視光を、光結合器を経て光ファイバ線路に伝搬させ、第１監視光または第２監視光が光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光を、光結合器を経て光反射測定装置に入力させることを特徴とする。また、本発明に係る光通信システムは、局側端末と複数の加入者端末とが光分岐器を介して光学的に接続されており、局側端末と光分岐器との間の光ファイバ線路の途中に光結合器が設けられているのが好適である。このように光通信システムにおいて上記の光反射測定装置が用いられることにより、加入者端末や光ファイバ線路で生じる故障の箇所が特定され得る。
【００１７】
本発明に係る光通信システムは、光分岐器から複数の加入者端末それぞれまでの光ファイバ長が加入者端末毎に異なるのが好適である。この場合には、加入者端末が個別に区別され得る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
【００２１】
図１は、第１実施形態に係る光通信システム１Ａおよび光反射測定装置１３Ａの構成図である。この図に示される光通信システム１Ａは、局舎１０Ａに設けられた局側端末１１とＮ個の加入者端末２１１〜２１Ｎとが光分岐器２０を介して互いに光ファイバ線路により光学的に接続されていて、局側端末１１と各加入者端末２１ｎとの間で光通信を行うものである。ここで、Ｎは２以上の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の各整数である。このような光通信システム１Ａの形態は、ＰＯＮ（Passive Optical Network）と呼ばれる。分岐数Ｎは４〜３２が典型的である。
【００２２】
局舎１０Ａには、局側端末１１の他に光結合器１２および光反射測定装置１３Ａが設けられている。局側端末１１と光結合器１２とは光ファイバ線路３１により光学的に接続されている。光結合器１２と光分岐器２０とは光ファイバ線路３２により光学的に接続されている。光分岐器２０と各加入者端末２１ｎとは光ファイバ線路３３ｎにより光学的に接続されている。また、光結合器１２には光反射測定装置１３Ａも光学的に接続されている。
【００２３】
光反射測定装置１３Ａは、ＯＣＤＲ測定およびＯＴＤＲ測定の双方を行うことができ、ＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。光反射測定装置１３Ａは、光源部４０Ａ，測定部６０Ａおよび処理部７０を備え、更に光変調器５１および光遅延線５２を備える。
【００２４】
光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して光結合器１２へ出力する。また、光源部４０Ａは、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。第１監視光および参照光はＯＣＤＲ測定に用いられ、第２監視光はＯＴＤＲ測定に用いられる。光源部４０Ａは、光源４１，信号発生器４２，光変調器４３および光結合器４４を含む。
【００２５】
光源部４０Ａに含まれる光源４１は、出力光の光周波数を変調することができるものであって、例えば半導体ＤＦＢレーザ光源や外部共振器付き半導体レーザ光源等である。光源４１は連続光を出力する。信号発生器４２は、光源４１から出力される連続光の光周波数を変調するための変調信号を出力し、その変調信号を光源４１に与える。光変調器４３は、光源４１から出力される光を入力して、この光を必要に応じて変調して出力する。光結合器４４は、光変調器４３から出力される光を２分岐して、一方の分岐光を光結合器１２へ出力し、他方の分岐光を光変調器５１へ出力する。
【００２６】
測定部６０Ａは、光源部４０Ａから出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および光源部４０Ａから出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得する。また、測定部６０Ａは、光源部４０Ａから出力された第２監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する。測定部６０Ａは、光結合器６１，バランス検波器６２，フィルタ６３，ＲＦ検波器６４，ＡＤ変換器６５およびＡＤ変換器６６を含む。
【００２７】
測定部６０Ａに含まれる光結合器６１は、光結合器４４から出力される光を入力するとともに、光遅延線５２から光が出力される場合にはその光をも入力して、その入力した光をバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、光結合器６１から出力される光を入力して検波し、その検波結果を表す電気信号をフィルタ６３またはＡＤ変換器６６へ出力する。フィルタ６３は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、その電気信号に含まれる雑音成分を除去して、その除去後の電気信号をＲＦ検波器６４へ出力する。
【００２８】
測定部６０Ａに含まれるＲＦ検波器６４は、フィルタ６３から出力される電気信号を入力し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器６５へ出力する。ＡＤ変換器６５は、ＲＦ検波器６４から出力される電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号（ＯＣＤＲ測定結果）を処置部７０へ出力する。また、ＡＤ変換器６６は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、この電気信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して、このデジタル信号（ＯＴＤＲ測定結果）を処置部７０へ出力する。
【００２９】
なお、ＯＣＤＲ測定の際には、ＡＤ変換器６６は用いられない。また、ＯＴＤＲ測定の際には、フィルタ６３，ＲＦ検波器６４およびＡＤ変換器６５は用いられない。
【００３０】
処理部７０は、測定部６０Ａにより取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する。また、処理部７０は、ＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とに基づいて所定の演算を行って、その演算結果を出力する。処理部７０は、制御部７１および記憶部７２を含む。
【００３１】
処理部７０に含まれる制御部７１は、光源部４０Ａの動作を制御する。また、制御部７１は、ＡＤ変換器６５から出力されるデジタル信号（ＯＣＤＲ測定結果）を入力するとともに、ＡＤ変換器６６から出力されるデジタル信号（ＯＴＤＲ測定結果）を入力して、これらＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果を記憶部７１に記憶させる。記憶部７２は、第２監視光のパルス時間波形を予め記憶している。そして、制御部７１は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および第２監視光のパルス時間波形に基づいて所定の演算を行って、その演算結果を出力する。
【００３２】
次に、ＯＣＤＲ測定について説明する。ＯＣＤＲ測定の場合、光源部４０Ａは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光を出力する。このとき、光源４１から出力される連続光は、信号発生器４２により光周波数が変調されて、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有するものとされる。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が第１監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数が正弦波状に変調された光が第１監視光として用いられる。このように光周波数が変調された第１監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの第１監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。
【００３３】
光変調器４３は、光源４１から出力される連続光を光周波数変調に同期して強度変調して、この強度変調した光を第１監視光として出力するのが好適である。このような第１監視光は、光波コヒーレンス関数のサイドローブが抑圧されたものとなる。そして、光結合器４４は、光変調器４３から出力された第１監視光を光結合器１２へ出力するとともに、第１監視光の一部を分岐して参照光として光変調器５１へ出力する。
【００３４】
光結合器４４から光結合器１２へ出力された第１監視光は、光ファイバ線路３２，光分岐器２０および光ファイバ線路３３ｎを経て加入者端末２１ｎへ伝搬する。第１監視光が測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する際に、測定対象物上の離散反射点においてフレネル反射光が生じ、また、離散反射点の間の区間においてレイリー散乱光が生じる。これら反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光結合器４４を経て光結合器６１へ入力される。
【００３５】
一方、光結合器４４から光変調器５１へ出力された参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。光変調器５１は、光結合器４４から出力される参照光を入力し、必要に応じて、所定のタイミングで参照光にゲートをかけることで、ＯＣＤＲ測定の際の測定対象物における被測定位置を決定する。光遅延線５２は、光変調器５１から出力される参照光に対して遅延を与えることで、光結合器６１に入力される第１監視光の反射光と参照光との光路長差を小さくして、光源４１から出力される光の位相揺らぎによって生じる雑音を低減する。
【００３６】
なお、光変調器５１は、参照光に対してゲートをかけることの他、参照光を偏波変調してもよいし、参照光の光周波数をシフトさせてもよいし、これらのうちの複数の処理をしてもよい。参照光を偏波変調して複数の偏波状態でＯＣＤＲ測定結果を平均化することにより、第１監視光および参照光の偏波ゆらぎの影響を低減することができる。また、参照光の光周波数をシフトさせて第１監視光の反射光がヘテロダイン検波されるようにすることで、第１監視光の強度ゆらぎによる雑音を低減することができる。
【００３７】
光結合器６１は、光結合器４４から出力される第１監視光の反射光と光遅延線５２から出力される参照光とを結合して、これらをバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、これら反射光と参照光とを入力してバランス検波して、これら反射光および参照光それぞれの電界の干渉成分に相当する電気信号をフィルタ６３へ出力する。フィルタ６３は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、その電気信号に含まれる雑音成分を除去して、その除去後の電気信号をＲＦ検波器６４へ出力する。
【００３８】
ＲＦ検波器６４は、フィルタ６３から出力される電気信号を入力し、干渉成分の大きさに相当する電気信号に変換してＡＤ変換器６５へ出力する。ＡＤ変換器６５は、ＲＦ検波器６４から出力される電気信号を入力し、この電気信号をデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部７１へ出力する。制御部７１は、ＡＤ変換器６５から出力されたデジタル信号を入力して、このデジタル信号を記憶部７２により記憶させる。このデジタル信号の値は、測定対象物における被測定位置での反射率を表す。
【００３９】
さらに、制御部７１による制御に従って、光源４１における光周波数変調の際のパラメータｆsが変更されることにより、コヒーレンスピークの位置（すなわち、測定対象物における被測定位置）が変更されて、上記と同様にして、測定対象物における被測定位置での反射率を表すデジタル信号が記憶部７２により記憶される。コヒーレンスピークの位置（すなわち、測定対象物における被測定位置）が走査されることで、ＯＣＤＲ測定結果が得られる。
【００４０】
次に、ＯＴＤＲ測定について説明する。ＯＴＤＲ測定の場合、光源部４０Ａは、パルス状の第２監視光を出力する。このとき、光変調器４３は、光源４１から出力される連続光を強度変調して、パルス状の第２監視光として出力する。このとき、光源４１は、信号発生器４２から出力される変調信号に従って光周波数を変調して、スペクトル拡散された連続光を出力するのが好適である。このように第２監視光のスペクトルが拡散されることで、光ファイバ線路３２，３３１〜３３Ｎを第２監視光が伝搬する際に誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象の発生が抑制される。そして、光結合器４４は、光変調器４３から出力された第２監視光を光結合器１２へ出力するとともに、第２監視光の一部を分岐して光変調器５１へ出力する。光変調器５１へ出力された光は、この光変調器５１により遮断される。
【００４１】
光結合器４４から光結合器１２へ出力された第２監視光は、光ファイバ線路３２，光分岐器２０および光ファイバ線路３３ｎを経て加入者端末２１ｎへ伝搬する。第２監視光が測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する際に、測定対象物上の離散反射点においてフレネル反射光が生じ、また、離散反射点の間の区間においてレイリー散乱光が生じる。これら反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光結合器４４を経て光結合器６１へ入力される。
【００４２】
光結合器６１は、光結合器４４から出力される第２監視光の反射光を入力して、これをバランス検波器６２へ出力する。バランス検波器６２は、非バランス動作を行い、光結合器６１から出力される光を入力して、この入力光パワーに応じた電気信号をＡＤ変換器６６へ出力する。この電気信号を時間の関数としたものが、測定対象物における反射率分布をあらわす。ＡＤ変換器６６は、バランス検波器６２から出力される電気信号を入力し、この電気信号を一定時間間隔でデジタル信号に変換して、このデジタル信号を制御部７１へ出力する。制御部７１は、ＡＤ変換器６６から出力されたデジタル信号を入力して、このデジタル信号を記憶部７２により記憶させる。このようにして、ＯＴＤＲ測定結果が得られる。
【００４３】
次に、図２および図３を用いて、処理部７０における処理の内容について説明する。図２は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および処理部７０の処理結果それぞれを模式的に示す図である。図３は、処理部７０の処理のフローを示す図である。処理部７０に含まれる制御部７１は、以上のようにして得られて記憶部７２により記憶されているＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果、ならびに、記憶部７２により予め記憶されている第２監視光のパルス時間波形を用いて、以下のような処理を行う。
【００４４】
図２に示されるように、一般に、ＯＣＤＲ測定結果によれば、離散的な反射点の位置（例えば光ファイバ線路３３ｎと加入者端末２１ｎとの接続点）が高い空間分解能で得られるが、これらの反射点の間の区間では光波コヒーレンス関数のサイドローブに起因するコヒーレンスノイズが観測されるので当該区間での情報が得られない。一方、ＯＴＤＲ測定結果によれば、離散的な反射点の間の区間ではレイリー散乱光が観測されるが、これら反射点の付近では反射点位置と第２監視光のパルス時間波形との畳み込みに因るブロードなピークが観測される。
【００４５】
そこで、このようなＯＣＤＲ測定結果およびＯＴＤＲ測定結果それぞれの特質を考慮して、本実施形態に係る光反射測定装置１３Ａの処理部７０は、ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および第２監視光のパルス時間波形を用いて図３に示される処理を行うことにより、図２に示されるようなレイリー散乱光測定を含んだ高分解能の反射点測定結果を得る。
【００４６】
処理部７０に含まれる制御部７１は、先ず、記憶部７２に記憶されているＯＣＤＲ測定結果を用い、コヒーレンスノイズより高い所定の水準でＯＣＤＲ測定結果の閾値処理を行ってピーク位置を検出することにより、測定対象物における離散反射点の位置のリストを求める。
【００４７】
また、制御部７１は、記憶部７２に記憶されている第２監視光のパルス時間波形、および、測定対象物の波長分散や偏波モ−ド分散の長手方向分布などの情報を用いて、測定対象物を第２監視光が伝搬する際のパルス拡がりに因る各位置での第２監視光のパルス時間波形を求める。
【００４８】
さらに、制御部７１は、既に求めた離散反射点の位置リストと各位置での第２監視光のパルス時間波形とを畳み込み演算することにより、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求める。
【００４９】
そして、制御部７１は、この求めた寄与の程度に基づいて、記憶部７２に記憶されているＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力する。具体的には、制御部７１は、離散反射点での第２監視光の反射によるＯＴＤＲ測定結果への寄与をＯＴＤＲ測定結果から減算し、離散反射点の位置リストからデルタ関数状の反射ピーク波形を生成して、これを上記の減算の結果に対して合成する。
【００５０】
このような処理を処理部７０が行うことで、本実施形態に係る光反射測定装置１３Ａは、測定対象物において発生するレイリー散乱光および離散的な反射光を高精度に検出することができ、高分解能の反射率分布の測定結果を得ることができる。
【００５１】
（第２実施形態）
【００５２】
図４は、第２実施形態に係る光通信システム１Ｂおよび光反射測定装置１３Ｂの構成図である。図１に示された第１実施形態に係る光通信システム１Ａの構成と比較すると、この図４に示される第２実施形態に係る光通信システム１Ｂは、局舎１０Ａに替えて局舎１０Ｂを備える点で相違し、光反射測定装置１３Ａに替えて光反射測定装置１３Ｂを備える点で相違する。
【００５３】
また、図１中の光反射測定装置１３Ａの構成と比較すると、図４中の光反射測定装置１３Ｂは、光源部４０Ａに替えて光源部４０Ｂを含む点で相違し、測定部６０Ａに替えて測定部６０Ｂを含む点で相違し、また、光サーキュレータ５３を更に含む点で相違する。
【００５４】
光源部４０Ｂは、光源４１，信号発生器４２，光変調器４３および光結合器４４を含む。光結合器４４は、光源４１と光変調器４３との間に設けられ、光源４１から出力される第１監視光および第２監視光それぞれを２分岐して、一方の分岐光を光変調器４３へ出力し、他方の分岐光を光変調器５１へ出力する。
光変調器４３は、光結合器４４から出力された光を入力し、この光を変調して光サーキュレータ５３へ出力する。
【００５５】
光サーキュレータ５３は、光変調器４３から出力された光を入力して、この入力した光を光結合器１２へ出力する。また、光サーキュレータ５３は、光結合器１２から出力された光を入力して、この入力した光を光結合器６１へ出力する。
【００５６】
測定部６０Ｂは、光結合器６１，バランス検波器６２，フィルタ６３，ＲＦ検波器６４およびＡＤ変換器６５を含む。光結合器６１は、光サーキュレータ５３から出力された光を入力するとともに、光遅延線５２から出力された光をも入力して、これらの光をバランス検波器６２へ出力する。
【００５７】
ＯＣＤＲ測定の場合、光源４１から出力された第１監視光は、光結合器４４，光変調器４３，光サーキュレータ５３および光結合器１２を経て、測定対象物（光ファイバ線路３２，光分岐器２０，光ファイバ線路３３ｎ，加入者端末２１ｎ）を伝搬する。この伝搬の際に生じる反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光サーキュレータ５３を経て光結合器６１へ入力される。また、光源４１から出力された第１監視光の一部は光結合器４４により分岐されて参照光とされる。その参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。測定部６０Ｂおよび処理部７０においては、第１実施形態の場合と同様の動作が行われて、ＯＣＤＲ測定結果が得られる。
【００５８】
一方、ＯＴＤＲ測定の場合、光源４１から出力された第２監視光は、光結合器４４，光変調器４３，光サーキュレータ５３および光結合器１２を経て、測定対象物を伝搬する。この伝搬の際に生じる反射光（フレネル反射光、レイリー散乱光）は、光結合器１２および光サーキュレータ５３を経て光結合器６１へ入力される。また、光源４１から出力された第２監視光の一部は光結合器４４により分岐されて参照光とされる。その参照光は、光変調器５１および光遅延線５２を経て光結合器６１へ入力される。
【００５９】
本実施形態では、ＯＴＤＲ測定の場合にも、バランス検波器６２はバランス検波動作する。望ましくは、光変調器５１により参照光の光周波数がシフトされ、バランス検波器６２により第２監視光がヘテロダイン検波される。その結果、コヒーレントＯＴＤＲ（Ｃ-ＯＴＤＲ）として知られる測定方式が実現され、反射率分布が測定される。
【００６０】
処理部７０は、第１実施形態の場合と同様の処理をする。ＯＣＤＲ測定結果およびＣ-ＯＴＤＲ測定結果が図３のフローで処理されることにより、図２に示したような高分解能の反射率分布測定結果が得られる。さらに、Ｃ-ＯＴＤＲでは十分に高いパワーを有する参照光を用いることによりショットノイズ限界の測定が可能であるので、３２分岐システムなどの光分岐器２０での挿入損失が高いＰＯＮシステムにも用いることができる。
【００６１】
（変形例）
【００６２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、第１監視光の光波コヒーレンス関数のサイドローブを抑圧する手法を組み合わせて用いてもよい。すなわち、信号発生器４２が生成する変調波形を正弦波とすると、光源４１から出力される光のパワースペクトルの両端部においてスペクトル変化が急峻となるのでサイドローブが発生するが、このサイドローブを抑圧するために、光フィルタによってスペクトルの両端部を平滑化する方法や、変調波形を歪ませることでスペクトルを平滑化する方法を採用するのが好ましい。
【００６３】
また、上記実施形態において、局側端末１１から出力される信号光の波長と異なる波長の監視光を用いることにより、信号光と監視光との干渉を防ぐことが望ましい。信号光波長としては１.３μｍ帯，１.４９μｍ帯および１.５５μｍ帯などが用いられるので、第１監視光または第２監視光の波長としては１.５８〜１.６５μｍ帯が好ましい。また、光結合器１２は、波長合波器として信号光および監視光の挿入損失を最小限に抑えることが好ましい。
【００６４】
また、上記実施形態において、ＯＴＤＲ測定に用いる第２監視光は、光源４１を直接変調することによって生成しても良い。
【００６５】
また、上記実施形態において、図１および図４それぞれに模式的に示されるように、光ファイバ線路３３１〜３３Ｎそれぞれの長さは互いに異なることが望ましい。特に、各光ファイバ線路３３ｎの長さの差を、ＯＣＤＲ測定の典型的な分解能より大きく（例えば５０ｃｍ以上）すると、加入者端末２１ｎと光ファイバ線路３３ｎとの接続点で生じる離散反射点を加入者端末毎に区別して測定することができるので好ましい。または、加入者端末２１ｎと光ファイバ線路３３ｎとの間に、加入者端末毎に異なる間隔で形成された離散反射点を有する反射マーカー素子を挿入することも、端末判別手段として用いることができる。
【００６６】
また、上記実施形態において、光通信システムの構築時もしくは構築後の測定によって、それぞれの加入者端末から局舎までの距離の情報を取得し、それを記憶部７２に記憶し、記憶された加入者端末までの距離の近傍にＯＣＤＲの測定範囲を制限しても良い。それにより、それぞれの加入者端末と局舎の間の光学的接続が保たれているかどうかを、短時間で監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係る光通信システム１Ａおよび光反射測定装置１３Ａの構成図である。
【図２】ＯＣＤＲ測定結果，ＯＴＤＲ測定結果および処理部７０の処理結果それぞれを模式的に示す図である。
【図３】処理部７０の処理のフローを示す図である。
【図４】第２実施形態に係る光通信システム１Ｂおよび光反射測定装置１３Ｂの構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１Ａ，１Ｂ…光通信システム、１０Ａ，１０Ｂ…局舎、１１…局側端末、１２…光結合器、１３Ａ，１３Ｂ…光反射測定装置、２０…光分岐器、２１１〜２１Ｎ…加入者端末、３１，３２，３３１〜３３Ｎ…光ファイバ線路、４０Ａ，４０Ｂ…光源部、４１…光源、４２…信号発生器、４３…光変調器、４４…光結合器、５１…光変調器、５２…光遅延線、５３…光サーキュレータ、６０Ａ，６０Ｂ…測定部、６１…光結合器、６２…バランス検波器、６３…フィルタ、６４…ＲＦ検波器、６５…ＡＤ変換器、６６…ＡＤ変換器、７０…処理部、７１…制御部、７２…記憶部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して出力するとともに、前記第１監視光の一部を分岐して参照光として出力する光源部と、
前記光源部から出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および前記光源部から出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得するとともに、前記光源部から出力された第２監視光が前記測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する測定部と、
前記測定部により取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する処理部と、
を備えることを特徴とする光反射測定装置。
【請求項２】
前記処理部が、
前記ＯＣＤＲ測定結果に基づいて、前記測定対象物における離散反射点の位置を求め、
この求めた離散反射点の位置と前記第２監視光のパルス時間波形とに基づいて、前記離散反射点での前記第２監視光の反射による前記ＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求め、
この求めた寄与の程度に基づいて前記ＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光反射測定装置。
【請求項３】
光ファイバ線路により互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、
前記光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された請求項１または２に記載の光反射測定装置と、を備え、
前記光反射測定装置から選択的に出力される前記第１監視光または前記第２監視光を、前記光結合器を経て前記光ファイバ線路に伝搬させ、
前記第１監視光または前記第２監視光が前記光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光を、前記光結合器を経て前記光反射測定装置に入力させる、
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項４】
前記局側端末と複数の加入者端末とが光分岐器を介して光学的に接続されており、
前記局側端末と前記光分岐器との間の光ファイバ線路の途中に前記光結合器が設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記光分岐器から前記複数の加入者端末それぞれまでの光ファイバ長が加入者端末毎に異なることを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項１】
光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する第１監視光およびパルス状の第２監視光の何れかを選択して出力するとともに、前記第１監視光の一部を分岐して参照光として出力する光源部と、
前記光源部から出力された第１監視光が測定対象物を伝搬する際に生じる反射光および前記光源部から出力される参照光に基づいてＯＣＤＲ測定結果を取得するとともに、前記光源部から出力された第２監視光が前記測定対象物を伝搬する際に生じる反射光に基づいてＯＴＤＲ測定結果を取得する測定部と、
前記測定部により取得されたＯＣＤＲ測定結果とＯＴＤＲ測定結果とを組み合わせて出力する処理部と、
を備えることを特徴とする光反射測定装置。
【請求項２】
前記処理部が、
前記ＯＣＤＲ測定結果に基づいて、前記測定対象物における離散反射点の位置を求め、
この求めた離散反射点の位置と前記第２監視光のパルス時間波形とに基づいて、前記離散反射点での前記第２監視光の反射による前記ＯＴＤＲ測定結果への寄与の程度を求め、
この求めた寄与の程度に基づいて前記ＯＴＤＲ測定結果を補正して、その補正結果を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光反射測定装置。
【請求項３】
光ファイバ線路により互いに光学的に接続された局側端末と加入者端末との間で光通信を行う光通信システムであって、
前記光ファイバ線路の途中に設けられた光結合器と、この光結合器に光学的に接続された請求項１または２に記載の光反射測定装置と、を備え、
前記光反射測定装置から選択的に出力される前記第１監視光または前記第２監視光を、前記光結合器を経て前記光ファイバ線路に伝搬させ、
前記第１監視光または前記第２監視光が前記光ファイバ線路を伝搬する際に生じる反射光を、前記光結合器を経て前記光反射測定装置に入力させる、
ことを特徴とする光通信システム。
【請求項４】
前記局側端末と複数の加入者端末とが光分岐器を介して光学的に接続されており、
前記局側端末と前記光分岐器との間の光ファイバ線路の途中に前記光結合器が設けられている、
ことを特徴とする請求項３に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記光分岐器から前記複数の加入者端末それぞれまでの光ファイバ長が加入者端末毎に異なることを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２９３９５０（Ｐ２００９−２９３９５０Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４９０３（Ｐ２００８−１４４９０３）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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