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特開2024-14805分散管理および交差したセンシングパルスを有する分散型マルチスパン光ファイバＤＡＳシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024014805
(43)【公開日】2024-02-01
(54)【発明の名称】分散管理および交差したセンシングパルスを有する分散型マルチスパン光ファイバＤＡＳシステム
(51)【国際特許分類】
H04B 10/071 20130101AFI20240125BHJP
H04B 10/25 20130101ALI20240125BHJP
【ＦＩ】
H04B10/071
H04B10/25
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023117533
(22)【出願日】2023-07-19
(31)【優先権主張番号】63/391,039
(32)【優先日】2022-07-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】502101180
【氏名又は名称】サブコム，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ジン－シン カイ
(72)【発明者】
【氏名】カール デビッドソン
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム ダブリュー． パターソン
(72)【発明者】
【氏名】アレクセイ エヌ． ピリペツキー
【テーマコード（参考）】
5K102
【Ｆターム（参考）】
5K102AB06
5K102AD01
5K102LA06
5K102LA21
5K102MH15
5K102PA03
5K102PA04
5K102PH13
5K102PH41
5K102PH42
5K102PH50
(57)【要約】 （修正有）
【課題】分散管理および交差したセンシングパルスを有する分散型マルチスパン光ファイバＤＡＳシステムを提供する。
【解決手段】分散型マルチスパン光ファイバＤＡＳシステム４００は、光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって第１方向にアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を受信するために用いられるＤＡＳ受信機と、を有する分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーション４０２を含む。ここで、ＤＡＳ信号が少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送される。
【選択図】図４Ａ
【解決手段】分散型マルチスパン光ファイバＤＡＳシステム４００は、光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって第１方向にアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を受信するために用いられるＤＡＳ受信機と、を有する分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーション４０２を含む。ここで、ＤＡＳ信号が少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送される。
【選択図】図４Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって第１方向に、少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送されるアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、前記アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を受信して分析するために用いられるＤＡＳ受信機とを含む、分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションを含む、
システム。
システム。
【請求項2】
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、第１スパンにルーティングするために用いられる第１外部サーキュレータと、
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンにルーティングして、ＤＡＳステーションに向かって逆方向に前記レイリー後方散乱信号をルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンにルーティングして、ＤＡＳステーションに向かって逆方向に前記レイリー後方散乱信号をルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記第１外部サーキュレータは、前記センシングスパンから前記レイリー後方散乱信号を受信し、前記レイリー後方散乱信号を前記ＤＡＳ受信機にルーティングするように構成される、
請求項２に記載のシステム。
請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記ＤＡＳステーションは第１ＤＡＳステーションであり、前記アウトバウンドＤＡＳ信号は第１アウトバウンドＤＡＳ信号であり、前記レイリー後方散乱信号は第１レイリー後方散乱信号であり、前記ＤＡＳ送信機は第１ＤＡＳ送信機であり、且つ前記ＤＡＳ受信機は第１ＤＡＳ受信機であり、前記システムは、
前記少なくとも１つのスパンにわたって前記第１方向とは反対方向である第２方向に、少なくとも部分的に前記Ｄ－光ファイバにより転送される第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられる第２ＤＡＳ送信機と、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいて第２レイリー後方散乱信号を受信するために用いられる第２ＤＡＳ受信機とを備える、第２ＤＡＳステーションをさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
前記少なくとも１つのスパンにわたって前記第１方向とは反対方向である第２方向に、少なくとも部分的に前記Ｄ－光ファイバにより転送される第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられる第２ＤＡＳ送信機と、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいて第２レイリー後方散乱信号を受信するために用いられる第２ＤＡＳ受信機とを備える、第２ＤＡＳステーションをさらに含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、前記第１ＤＡＳステーションに隣接する第１スパンにルーティングするために用いられる第１外部サーキュレータと、
センシングスパン内で前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ－光ファイバからＤ＋光ファイバにルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項４に記載のシステム。
センシングスパン内で前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ－光ファイバからＤ＋光ファイバにルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項４に記載のシステム。
【請求項6】
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、前記第２ＤＡＳステーションに隣接する第２スパンにルーティングするために用いられる第３外部サーキュレータと、
センシングスパン内で前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ＋光ファイバから前記Ｄ－光ファイバにルーティングするために用いられる第４外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項５に記載のシステム。
センシングスパン内で前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ＋光ファイバから前記Ｄ－光ファイバにルーティングするために用いられる第４外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項５に記載のシステム。
【請求項7】
前記ＤＡＳステーションは、複数の異なる波長で複数のアウトバウンドＤＡＳ信号を複数のパルスとしてそれぞれ送信するように構成され、時間において互いに重ならないように、前記複数のアウトバウンドＤＡＳ信号が交差して配列される、
請求項１に記載のシステム。
請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記少なくとも１つのスパンは複数のスパンを含み、
第１スパンから第１レイリー後方散乱信号を受信し、且つ第２スパンから第２レイリー後方散乱信号を受信し、且つ、
前記第１レイリー後方散乱信号が時間において前記第２レイリー後方散乱信号と交差する、
請求項７に記載のシステム。
第１スパンから第１レイリー後方散乱信号を受信し、且つ第２スパンから第２レイリー後方散乱信号を受信し、且つ、
前記第１レイリー後方散乱信号が時間において前記第２レイリー後方散乱信号と交差する、
請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つのスパンは複数のスパンを含み、
前記システムは、前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンに入る前に、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーがより高いレベルに増幅されるように構成され、且つ、
前記複数のスパンのうち、他のスパンの全部において、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーが低減される、
請求項１に記載のシステム。
前記システムは、前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンに入る前に、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーがより高いレベルに増幅されるように構成され、且つ、
前記複数のスパンのうち、他のスパンの全部において、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーが低減される、
請求項１に記載のシステム。
【請求項10】
光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって延びる通信光ケーブルと、
前記光通信リンクの前記少なくとも１つのスパンにわたって第１方向に、少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送されるアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、前記アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を受信するために用いられるＤＡＳ受信機とを含む分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションと、を含む、
通信システム。
前記光通信リンクの前記少なくとも１つのスパンにわたって第１方向に、少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送されるアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、前記アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を受信するために用いられるＤＡＳ受信機とを含む分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションと、を含む、
通信システム。
【請求項11】
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、第１スパンにルーティングするために用いられる第１外部サーキュレータと、
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンにルーティングして、ＤＡＳステーションに向かう逆方向に前記レイリー後方散乱信号をルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１０に記載の通信システム。
前記アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンにルーティングして、ＤＡＳステーションに向かう逆方向に前記レイリー後方散乱信号をルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１０に記載の通信システム。
【請求項12】
前記第１外部サーキュレータは、前記センシングスパンから前記レイリー後方散乱信号を受信し、前記レイリー後方散乱信号を前記ＤＡＳ受信機にルーティングするように構成される、
請求項１１に記載の通信システム。
請求項１１に記載の通信システム。
【請求項13】
前記ＤＡＳステーションは第１ＤＡＳステーションであり、前記アウトバウンドＤＡＳ信号は第１アウトバウンドＤＡＳ信号であり、前記レイリー後方散乱信号は第１レイリー後方散乱信号であり、前記ＤＡＳ送信機は第１ＤＡＳ送信機であり、且つ前記ＤＡＳ受信機は第１ＤＡＳ受信機であり、前記通信システムは、
前記少なくとも１つのスパンにわたって前記第１方向とは反対方向である第２方向に、少なくとも部分的に前記Ｄ－光ファイバにより転送される第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられる第２ＤＡＳ送信機と、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいて第２レイリー後方散乱信号を受信するために用いられる第２ＤＡＳ受信機と、を備える第２ＤＡＳステーションをさらに含む、
請求項１０に記載の通信システム。
前記少なくとも１つのスパンにわたって前記第１方向とは反対方向である第２方向に、少なくとも部分的に前記Ｄ－光ファイバにより転送される第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられる第２ＤＡＳ送信機と、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいて第２レイリー後方散乱信号を受信するために用いられる第２ＤＡＳ受信機と、を備える第２ＤＡＳステーションをさらに含む、
請求項１０に記載の通信システム。
【請求項14】
前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、前記第１ＤＡＳステーションに隣接する第１スパンにルーティングするために用いられる第１外部サーキュレータと、
センシングスパン内で前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ－光ファイバからＤ＋光ファイバにルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、前記第２ＤＡＳステーションに隣接する第２スパンにルーティングするために用いられる第３外部サーキュレータと、
センシングスパン内で前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ＋光ファイバから前記Ｄ－光ファイバにルーティングするために用いられる第４外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１３に記載の通信システム。
センシングスパン内で前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ－光ファイバからＤ＋光ファイバにルーティングするために用いられる第２外部サーキュレータと、
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記少なくとも１つのスパンのうち、前記第２ＤＡＳステーションに隣接する第２スパンにルーティングするために用いられる第３外部サーキュレータと、
センシングスパン内で前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記Ｄ＋光ファイバから前記Ｄ－光ファイバにルーティングするために用いられる第４外部サーキュレータと、をさらに含む、
請求項１３に記載の通信システム。
【請求項15】
前記ＤＡＳステーションは、複数の異なる波長で複数のアウトバウンドＤＡＳ信号を複数のパルスとしてそれぞれ送信するように構成され、時間において互いに重ならないように、前記複数のアウトバウンドＤＡＳ信号が交差して配列される、
請求項１０に記載の通信システム。
請求項１０に記載の通信システム。
【請求項16】
前記少なくとも１つのスパンは複数のスパンを含み、
第１スパンから第１レイリー後方散乱信号を受信するとともに、第２スパンから第２レイリー後方散乱信号を受信し、且つ、
前記第１レイリー後方散乱信号が時間において前記第２レイリー後方散乱信号と交差する、
請求項１５に記載の通信システム。
第１スパンから第１レイリー後方散乱信号を受信するとともに、第２スパンから第２レイリー後方散乱信号を受信し、且つ、
前記第１レイリー後方散乱信号が時間において前記第２レイリー後方散乱信号と交差する、
請求項１５に記載の通信システム。
【請求項17】
前記少なくとも１つのスパンは複数のスパンを含み、
前記通信システムは、前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンに入る前に、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーがより高いレベルに増幅されるように構成され、且つ、
前記複数のスパンのうち、他のスパンの全部において、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーが低減される、
請求項１０に記載の通信システム。
前記通信システムは、前記少なくとも１つのスパンのセンシングスパンに入る前に、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーがより高いレベルに増幅されるように構成され、且つ、
前記複数のスパンのうち、他のスパンの全部において、確定された周波数で前記アウトバウンドＤＡＳ信号のパワーが低減される、
請求項１０に記載の通信システム。
【請求項18】
光ファイバにより第１方向にＤＡＳステーションのＤＡＳ送信機からアウトバウンドＤＡＳ信号を送信し、前記光ファイバはＤ－光ファイバであることと、
第１外部サーキュレータを用いて前記アウトバウンドＤＡＳ信号をＤＡＳステーションに隣接するマルチスパンリンクのローカルスパンにルーティングすることと、
第２外部サーキュレータを用いて、前記ローカルスパンと異なる前記マルチスパンリンクのセンシングスパンにより前記アウトバウンドＤＡＳ信号をルーティングすることと、
前記第１方向とは反対方向である第２方向に、前記第２外部サーキュレータにより、前記アウトバウンドＤＡＳ信号から導出されたレイリー後方散乱信号をルーティングすることと、
前記第１外部サーキュレータを用いて前記レイリー後方散乱信号を前記ＤＡＳステーションにおけるＤＡＳ受信機にルーティングすることと、を含む、
分散型音響センシング（ＤＡＳ）を実行する方法。
第１外部サーキュレータを用いて前記アウトバウンドＤＡＳ信号をＤＡＳステーションに隣接するマルチスパンリンクのローカルスパンにルーティングすることと、
第２外部サーキュレータを用いて、前記ローカルスパンと異なる前記マルチスパンリンクのセンシングスパンにより前記アウトバウンドＤＡＳ信号をルーティングすることと、
前記第１方向とは反対方向である第２方向に、前記第２外部サーキュレータにより、前記アウトバウンドＤＡＳ信号から導出されたレイリー後方散乱信号をルーティングすることと、
前記第１外部サーキュレータを用いて前記レイリー後方散乱信号を前記ＤＡＳステーションにおけるＤＡＳ受信機にルーティングすることと、を含む、
分散型音響センシング（ＤＡＳ）を実行する方法。
【請求項19】
前記ＤＡＳステーションは第１ＤＡＳステーションであり、前記アウトバウンドＤＡＳ信号は第１アウトバウンドＤＡＳ信号であり、前記レイリー後方散乱信号は第１レイリー後方散乱信号であり、前記ＤＡＳ送信機は第１ＤＡＳ送信機であり、前記ＤＡＳ受信機は第１ＤＡＳ受信機であり、且つ前記ローカルスパンは第１ローカルスパンであり、前記方法は、
前記マルチスパンリンクにより前記第２方向に、第２ＤＡＳステーションの第２ＤＡＳ送信機から第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信することと、
第３外部サーキュレータを用いて前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記第２ＤＡＳステーションに隣接するマルチスパンリンクの第２ローカルスパンにルーティングすることと、
第４外部サーキュレータを用いて前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を、前記マルチスパンリンクのセンシングスパンを通過するようにルーティングすることと、
前記第１方向に、前記第４外部サーキュレータにより、前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号から導出された第２レイリー後方散乱信号をルーティングすることと、
第３外部サーキュレータを用いて前記第２レイリー後方散乱信号を前記第２ＤＡＳステーションにおける第２ＤＡＳ受信機にルーティングすることと、をさらに含む、
請求項１８に記載の方法。
前記マルチスパンリンクにより前記第２方向に、第２ＤＡＳステーションの第２ＤＡＳ送信機から第２アウトバウンドＤＡＳ信号を送信することと、
第３外部サーキュレータを用いて前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を前記第２ＤＡＳステーションに隣接するマルチスパンリンクの第２ローカルスパンにルーティングすることと、
第４外部サーキュレータを用いて前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号を、前記マルチスパンリンクのセンシングスパンを通過するようにルーティングすることと、
前記第１方向に、前記第４外部サーキュレータにより、前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号から導出された第２レイリー後方散乱信号をルーティングすることと、
第３外部サーキュレータを用いて前記第２レイリー後方散乱信号を前記第２ＤＡＳステーションにおける第２ＤＡＳ受信機にルーティングすることと、をさらに含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
前記第１アウトバウンドＤＡＳ信号は、前記センシングスパンの前半で前記Ｄ－光ファイバを通過するようにルーティングされるとともに、前記センシングスパンの後半でＤ＋光ファイバを通過するようにルーティングされ、及び
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号は、前記センシングスパンの後半で前記Ｄ－光ファイバを通過するようにルーティングされるとともに、前記センシングスパンの前半で前記Ｄ＋光ファイバを通過するようにルーティングされる、
請求項１９に記載の方法。
前記第２アウトバウンドＤＡＳ信号は、前記センシングスパンの後半で前記Ｄ－光ファイバを通過するようにルーティングされるとともに、前記センシングスパンの前半で前記Ｄ＋光ファイバを通過するようにルーティングされる、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２２年７月２１日に出願された、名称が「ＭＵＬ ＴＩＳＰＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＳＥＮＳＩＮＧ」の米国仮特許出願シリアル番号６３／３９１，０３９の優先権を主張するものであり、そのすべての内容が引用により本文に併入される。
本出願は、２０２２年７月２１日に出願された、名称が「ＭＵＬ ＴＩＳＰＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＡＣＯＵＳＴＩＣ ＳＥＮＳＩＮＧ」の米国仮特許出願シリアル番号６３／３９１，０３９の優先権を主張するものであり、そのすべての内容が引用により本文に併入される。
【0002】
本開示の実施例は光通信システムの分野に関する。特に、本開示は、海底光ケーブルにおける分散型音響センシング（ＤＡＳ）の感度を拡張及び向上させるための技術に関する。
【背景技術】
【0003】
分散型音響センシング（ＤＡＳ）システムにおいて、光ケーブルは、光ケーブル近傍の外乱又は異常の連続リアルタイム又は近接リアルタイムの監視を提供するために用いられることができる。言い換えれば、光ケーブル自体は、光ケーブル近傍のローカルＤＡＳ環境（例えば、陸上環境、海洋環境）内又は外で発生した自然要因又は人的要因によらない、異なるタイプの破壊、干渉、不規則性、音響振動活動を検出又は監視するようにセンシング素子として用いられることができる。そのために、ＤＡＳシステムを構成して光ケーブルに結合された光電子デバイス／機器は、光ケーブルシステムにおける特定距離の範囲内で反射光信号（例えば、レイリー後方散乱信号）を検出及び処理することができる。
【0004】
通常、ＤＡＳシステムは、コヒーレントレーザパルスを用いて光ファイバケーブルを探測し、そのうちの戻った光後方散乱信号の位相変化を測定するための問合せユニット（ＩＵ）として機能するサイトを含んでもよい。パルス間の光位相シフトは、光ファイバにおける歪みに比例することができることにより、このような外乱による位相への影響を測定するなど、振動又は類似的な状況を検出する能力をもたらす。例えば、ＤＡＳシステムは、レイリー後方散乱に基づくことができる（レイリー後方散乱に基づくＤＡＳシステムとも呼ばれる）。
【0005】
既知の方法では、分散型センシングが＜５０ｋｍから１５０ｋｍに制限され、且つ１つの光ファイバスパンのみをセンシングすることができる。センシング光ファイバは、通常、マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）、又は他の正分散を有する光ファイバタイプであり、通常には低損失を示してより高いセンシング感度をもたらす。光ファイバは非線形であるため、このような正分散を有するセンシングスパンにわたって送信できる最大ピーク電力は約２３ｄＢｍに制限される。従って、既知のＤＡＳシステムのＤＡＳ範囲及びセンシング能力は著しく制限される。
【0006】
これら及びその他の考慮についてこそ、本開示を提供する。
【発明の概要】
【0007】
１つの実施例において、システムを提供する。該システムは、光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって第１方向にアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機（該ＤＡＳ信号は、最初の第１スパンをセンシングすることのみに用いられてもよい）を含む分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションを含んでもよい。該システムは、アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいて、レイリー後方散乱信号を分析するために用いられるＤＡＳ受信機をさらに備えてもよい。ここで、ＤＡＳ信号が少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送される。
【0008】
別の実施例において、光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって延びる通信光ケーブルを備える通信システムを提供する。該通信システムは、光通信リンクの少なくとも１つのスパンにわたって第１方向にアウトバウンドＤＡＳ信号を送信するために用いられるＤＡＳ送信機と、アウトバウンドＤＡＳ信号に基づいてレイリー後方散乱信号を分析するために用いられるＤＡＳ受信機とを含む、分散型音響センシング（ＤＡＳ）ステーションをさらに含んでもよい。ここで、ＤＡＳ信号が少なくとも部分的にＤ－光ファイバにより転送される。
【0009】
別の実施例において、分散型音響センシング（ＤＡＳ）を実行する方法を提供する。該方法は、Ｄ－及びＤ＋光ファイバセグメントのハイブリッドである光ファイバにより、第１方向にＤＡＳステーションのＤＡＳ送信機からアウトバウンドＤＡＳ信号を送信することを含んでもよい。該方法は、第１外部サーキュレータを用いてアウトバウンドＤＡＳ信号をＤＡＳステーションに隣接するマルチスパンリンクのローカルスパンにルーティングすることと、第２外部サーキュレータを用いてアウトバウンドＤＡＳ信号を、ローカルスパンと異なるマルチスパンリンクのセンシングスパンを通過するようにルーティングすることとを含んでもよい。該方法は、第１方向とは反対方向である第２方向に、第２外部サーキュレータにより、アウトバウンドＤＡＳ信号から導出されたレイリー後方散乱信号をルーティングすることと、第１外部サーキュレータを用いてレイリー後方散乱信号をＤＡＳステーションにおけるＤＡＳ受信機にルーティングすることとをさらに含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1A】Ｄ＋光ファイバにおける変調不安定性（ＭＩ）及び４光波混合（ＦＷＭ）によるセンシング信号パワーの消費を示す図である。
【図1B】Ｄ－光ファイバにおける変調不安定性（ＭＩ）及び４光波混合（ＦＷＭ）によるセンシング信号パワーの消費を示す図である。
【図2A】本開示の実施例に係るＤＡＳシステムのアーキテクチャーを示す図である。
【図2B】本開示の実施例に係るもう１つのＤＡＳシステムのアーキテクチャーを示す図である。
【図3A】異なる光ファイバタイプ及び異なる蓄積分散を有するいくつかのテストプラットフォームの最適センシングパワーの比較を示す図である。
【図3B】最適センシングパワーとスパン数との関係を描いた図である。
【図4A】本開示のいくつかの実施例に係る分散型センシング分散図を示す図である。
【図4B】本開示のいくつかの実施例に係る分散型センシング分散図を示す図である。
【図4C】異なるいくつかの分散図についてセンシング光ファイバに沿うパワー推移を示す図である。
【図5】本開示のいくつかの実施例に係るＴｘからの例示的な交差したＤＡＳ曲線を示す図である。
【図6】本開示のいくつかの実施例に係るＲｘにおける交差したレイリー曲線を示す図である。
【図7】本開示のいくつかの実施例に係る部分的に増幅されたセンシング信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
現在、以下には図面を参照して本実施例をより十分に説明し、そのうち、例示的な実施例を示している。実施例の範囲は、本文に記載された実施例に限られると解釈されるべきではない。逆に、これらの実施例を提供したことにより、本開示が徹底且つ完全になり、実施例の範囲を当業者へ十分に伝達している。図面では、類似的な数字は常に類似的な要素を指す。
【0012】
図面について具体的な実施例を詳しく説明する前に、実施例について一般的な特徴を回顧する。特に海底及び陸上光ケーブルを含む光通信システムの１つ又は複数のスパンにわたって、ＤＡＳセンシング能力を向上させるための新規なＤＡＳ装置、システム、アーキテクチャー及び技術を提供する。様々な実施例によれば、ＤＡＳシステムに負分散光ファイバ（Ｄ－光ファイバ）を導入することにより、ＤＡＳセンシングの範囲を向上させる。
【0013】
参照として、既知の正分散（Ｄ＋）光ファイバを用いる単一スパン又はマルチスパンセンシングシステムにおいて、変調不安定性（ＭＩ）により、最大パワーが信号パワーの損失による制限を受ける。ＭＩとは指数関数的な非線形過程であり、そのうち、非線形干渉（ＮＬＩ）パワーが指数的に増加している。ＭＩはＤ＋光ファイバのいくつかの位相整合条件下で（強い励起信号の周波数／波長の範囲内に）発生している。Ｄ＋光ファイバにおいて、ＮＬＩパワーは下式により指数的に増加している。
そのうち、ＧＭＩはＭＩゲインであり、Ｐｉｎ（Ｏ）は光ファイバ入力箇所で注入されるストークスパワーであり、Ｐｏｕｔ（Ｌ）は光ファイバ出力箇所で生成される反ストークスパワーであり、γは光ファイバ非線形係数であり、ＰＰは光ファイバ入力箇所でのピークＤＡＳ信号（励起）パワーであり、Ｌはセンシングセグメントの光ファイバ長さであり、Ｌｅは有効光ファイバ長さであり、ＮＡはセンシング点への増幅スパンの数であり、ｇＭＩはＭＩ過程のゲイン係数であり、αは光ファイバ損失である。
【数1】
【0014】
本開示の様々な実施例では、ＤＡＳシステムのようなセンシングシステムにおいて、Ｄ光ファイバをセンシング光ファイバとして提供することにより、上記変調不安定性を減少させる。Ｄ－光ファイバにおいて、ＮＬＩは４光波混合（ＦＷＭ）により支配され、そのうち、ＮＬＩは下式により二乗増加している。
そのうち、ＧＦＷＭは総ＦＷＭゲインであり、Ｐｉｎ（Ｏ）は光ファイバ入力箇所での注入光パワーであり、Ｐｏｕｔ（Ｌ）は光ファイバ入力箇所でＦＷＭにより生成される光パワーであり、ΔβはＦＷＭ過程の位相整合条件であり、η１ｓｐａｎは単一スパンにおけるＦＷＭ効率であり、光ファイバ損失、位相整合条件、スパン長さなどの特性により決定される。
【数2】
【0015】
図１Ａ及び図１Ｂは、Ｄ＋光ファイバスパン（そのうち、スパン入力はよい大きい有効面積がある光ファイバを有する）又は大きい部分分散を有する純Ｄ－光ファイバスパンを主に使用するＮＬＩパワーと信号周波数オフセットとの比較を提供している。図中に、それぞれＤ＋光ファイバ及びＤ－光ファイバにおいてＭＩ及び４光波混合（ＦＷＭ）によるセンシング信号パワーの消費を表現している。Ｄ＋光ファイバにおける光スペクトルは、高送信パワー下で非常に堅固な台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）を表示する。一方、Ｄ－光ファイバは、～２９ｄＢｍの送信パワー下でも（テスト機器に制限される）、非常に小さいＮＬＩパワーを表示する。
【0016】
図２ＡはＤＡＳセンシング装置２００の模式図を示し、該装置は単一Ｄ－光ファイバスパンを使用する。図２ＢはＤＡＳセンシング装置２５０の模式図を示し、それはＤ－光ファイバを使用するマルチスパンセンシングに用いられるように構成される。ＤＡＳセンシング装置２５０において、ＤＡＳ送信機に隣接するサーキュレータ以外に、アウトバウンドＤＡＳ信号及びレイリー後方散乱信号をルーティングするように２つの追加のサーキュレータをさらに提供する。サーキュレータ１はＤＡＳ送信機から送信されたＤＡＳ信号を第１光ファイバスパン、即ちＤＡＳステーション２０１に隣接する光ファイバスパンにルーティングする。サーキュレータ１もレイリー後方散乱信号をＤＡＳ受信機にルーティングする。サーキュレータ２は正方向ＤＡＳ信号をセンシングスパンにルーティングし、逆方向にレイリー後方散乱信号をルーティングする。なお、このような配置は、ＤＡＳ信号を用いて（２番目のサーキュレータを用いて）リンクにおけるいずれかのスパンに対してタップを行い、１番目のサーキュレータによりレイリー後方散乱信号をＤＡＳ受信機に送信することを許可する。また、より多いＤＡＳ信号パワーを送信することにより感度を向上させるためにＤ－光ファイバがいずれかのセンシングシステムに用いられることができ、例えば、センシング感度を～１０ｄＢ向上させるためにＤ－光ファイバがマルチスパンシステムに用いられることができる（例えば、図４Ａを参照する）。また、レイリー信号をベアラする光ファイバは、レイリー信号のＯＳＮＲを増加するように正分散を有する低損失光ファイバであってもよい。なお、本文に使用される、用語のリンクとはシステム全体の長さ、例えば、通信システムの１つの端末と別の端末との間の長さを意味するが、用語のスパンとはリンクに沿って隣接するリピーター又は隣接する増幅機の間の距離を意味する。
【0017】
図２Ａ及び２Ｂの実施例の１つの顕著な特徴は、Ｄ－光ファイバを分散型センシング媒体として実施し、且つ２つのサーキュレータを用いて正方向ＤＡＳ信号及び後方レイリー散乱信号をルーティングするものである。Ｄ光ファイバを分散型センサとして用いると、現在のＤＡＳ方案に比べて、システム光信号雑音比（ＯＳＮＲ）が顕著に高められることができ、Ｄ－光ファイバはＤＡＳ信号が顕著に消費される前により多い光パワーに耐えることができるためである。
【0018】
図３Ａは３種の異なるタイプの光ファイバを用いて測定された最適パワーを送信パワーとする関数の曲線図を表示する。Ｄ＋テストプラットフォームは分散が＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの低損失光ファイバからなり（８つの５２．８ｋｍスパン後の蓄積分散が８４００ｐｓ／ｎｍである）、混合ＴＧＮＡテストプラットフォームはＤ＋及びＤ－光ファイバ（ＬＭＦ１及びＨＤＦ２）を用いて、そのうち、４１２キロメートル後の正味の負蓄積分散が－１１３０ｐｓ／ｎｍであるが、ＨＤＦ３テストプラットフォームは分散が－１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの純Ｄ－光ファイバを用いて、ＤＡＳ波長下で４１２キロメートル後の総蓄積分散が－５６７０ｐｓ／ｎｍである。図に示すように、「Ｄ＋」光ファイバが最も低いセンシングパワーに耐えるが、「ＨＤＦ３」が最も高いセンシングパワーに耐えることができる。「ＨＤＦ３」及び「ＴＧＮＡ」測定を比較すると、大きい負分散の方がＴＧＮＡよりもよく、且つより大きいパワーに耐えることができ、約５倍低い負分散を表示する。
【0019】
図３Ｂは最適センシングパワーとセンシングスパン数との関係を示す曲線図であり、そのうち、スパン長さは５０ｋｍである。図に示すように、標準シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）に比べて、Ｄ－光ファイバ（ＨＤＦ３）は２０個のスパン後に～１７ｄＢ超えの光パワーに耐えることができ、且つ低損失Ｄ＋光ファイバに比べて、２０個のスパン後に～１５ｄＢ超えの光パワーに耐えることができ、また、Ｄ光ファイバ（ＨＤＦ３）の効果がスパン数の増加とともに増加している。
【0020】
本開示の付加される実施例によれば、所定のＤＡＳシステムにおいて、２つの逆方向におけるそれぞれの方向からスパンの前半をセンシングすることにより、スパン長さを倍にすることができる。図４Ａは、複数のスパンを含むリンクの対向する両端に位置するＤＡＳステーション４０２とＤＡＳステーション４０４との２つのＤＡＳステーションが配置されるＤＡＳシステム４００を示している。図４Ａにおいて、サーキュレータ１ｅに示すように、第１外部サーキュレータを提供し、且つ（サーキュレータ２ｅに示すように）第２外部サーキュレータを提供し、そのうち、サーキュレータがＤ－光ファイバに結合されることができる。サーキュレータ１Ｗに示される第３外部サーキュレータ及びサーキュレータ２Ｗに示される第４外部サーキュレータを提供し、そのうち、サーキュレータがＤ＋光ファイバなどの別の光ファイバに結合されることができる。サーキュレータ２ｅも第１カプラーに光接続され、図に示すように、サーキュレータ２ｗが第２カプラーに接続され、図に示すようである。図４Ｂ～４Ｃについて説明されたように、このような配置はＤＡＳシステムの機能を改善することに有利である。
【0021】
図４Ｂは単一スパンを混合構造に区画することを模式的に示す。この場合に、Ｄ－光ファイバがスパンの前半でセンシングの半分として用いられ、且つ超低損失Ｄ＋光ファイバがスパンの後半として用いられる。なお、Ｄ＋光ファイバに対して、Ｄ－光ファイバの損失がより高く（０．２が０．１５ｄＢ／ｋｍに比べる）、且つレイリー後方散乱係数もより高い（－７８．８が－８４．８ｄＢ／ｎｓに比べる）。このような新規の分散図に対して、仮にスパンは１００ｋｍ（５０ｋｍ Ｄ－に続く５０ｋｍ Ｄ＋）であれば、以下のシーンを応用する（図４Ｃも参照する）。１）１０ｄＢ以上のパワーがセンシングスパンにわたって送信されることができる。２）同様な送信パワー下で、スパン全体がＤ－光ファイバのみにより作成されると、ＤＡＳ信号の総損失が類似する（青色及び緑色曲線を比較する）。３）Ｄ－センシング部分から６－ｄＢ以上のレイリーパワーを取得することができる（Ｄ＋センシングセグメントに比べる）。４）２×ＩＲを用いると、Ｄ－／Ｄ＋スパンが混合した場合に、スパンの後半からのクロストークパワーが６－ｄＢ減少する（緑色点線「Ｄ－和Ｄ＋に対して、ＩＲ＝２ｋＨｚ」）。
【0022】
該実施形態の顕著な特徴は、該実施例が以下のような事実を利用したものである。即ち、Ｄ－光ファイバがより多い光パワー（より高いＯＳＮＲをもたらす）に耐えることができ、且つより大きいレイリー後方散乱係数（受信機におけるＤＡＳ信号パワーがより高い）を有するが、Ｄ＋光ファイバがより低い損失（次段の直列エルビウム光ファイバ増幅機（ＥＤＦＡ）の入力パワーがより高いので、総ＯＳＮＲがより高い）及びより低いレイリー後方散乱係数（ＤＡＳ受信機において前半までのクロストークがより低い）を有する。もう１つの利点は、Ｄ－及びＤ＋光ファイバからなる混合スパンは、総パス蓄積分散を減少させ、ＤＡＳ受信機における分散補償の負担を減少させるものである。
【0023】
本開示の実施例によれば、正方向センシングＤＡＳ信号は非常に低いデューティ比を有するパルス信号として転送され、図５の底部の６本の軌跡に示すようである。マルチスパンＤＡＳセンシングシステムにおいて、いくつかの実施例によれば、複数のセンシングパルスはＤＡＳステーション（図２Ａ、２Ｂ又は図４Ａ～４ＣにおけるＤＡＳ送信機及びＤＡＳ受信機を参照し、ＤＡＳステーションを表す）により異なる波長で生成される。このような方法において、送信機は複数の光源を含み、各光源が特定波長で光パルスを生成するように構成され、該特定波長が他の光源の波長と異なるようにしてもよい。異なるスパンにわたって特定波長のフィルタを提供することにより、各スパンにおけるループバック装置は特定波長をＤＡＳステーションに転送するように構成されてもよいので、特定スパンが戻ったレイリー後方散乱信号の波長により識別されることができ、異なるスパンを個別に問い合わせるという能力を提供する。図５のシーンにおいて、それぞれの曲線は異なる波長で生成される信号を表示してもよい。異なる波長で生成されるすべての信号はいずれも時間において送信機に整合すると、正方向インラインＥＤＦＡは巨大なパルス（例えば、１５０ｎｓ）を見て、それから長い時間（０．５ｍｓ）内に信号がない―３０ｍのゲージ長さ及び２ｋＨｚの問合せ率を用いると、０．５ｍｓのウインドウ内に１５０ｎｓのパルスが発生する。この場合に、リンク内の次のＥＤＦＡのＱ切り替えが起こり、ＤＡＳシステムに壊滅的なダメージを与える恐れがある。
【0024】
図５の実施形態の顕著な特徴は、異なるセンシングパルス（異なる波長で送信されるパルスに対応する）正及び後の方向に時間において交差するものである。センシングパルスを時間において交差すると、ＥＤＦＡ過渡効果を減少させ、転送／センシング光ファイバにおける非線形を減少させる。異なる波長の異なる個別軌跡の和の例示が図５の頂部の軌跡に示すようであり、そのうち、個別パルスが時間において解析される。従って、このような時間において交差する方法を用いて、異なる波長に対応する異なるＤＡＳ信号（センシングパルス）を送信すると、マルチスパンシステムで高センシングパワーを保持することができる。
【0025】
なお、後方レイリー信号パワーは時間（又は距離）の関数として一定ではない。パワーは１番目のスパンにわたってｅ－２αＬにより減少される（図６における青色軌跡「スパン１」を参照する）。すべてのスパンからのパワーが同様な方式で整合されると、逆方向のすべてのインラインＥＤＦＡは同様なパワー変化を見る。図６に示すように、送信機から送信されたセンシングパルスを交差して問合せ率を適当に選択することにより、後方レイリー信号を時間において交差することができる。なお、最上部の曲線は、異なるスパンにおけるレイリー信号の総和を示している。この総和の幅は、各スパンからの単一信号の幅ほど顕著に変化しない。
【0026】
本開示のさらなる実施例では、該技術は、ＳＭＦ、低損失Ｄ＋、及び他の専用センシング光ファイバなどの他のタイプの光ファイバを用いるセンシングシステムにも用いられることができる。
【0027】
なお、マルチスパンセンシングＤＡＳシステムにおいて、ＮＬＩが正方向に蓄積されるが、特定されるセンシングスパンのみでセンシング信号が必要である。そして、レイリー後方散乱信号がセンシングスパン入力箇所でのサーキュレータにより収集される。本開示のさらなる実施例によれば、正方向における非線形を減少させるために、すべての他のスパンにわたって特定波長／周波数におけるセンシング信号のパワーを低減させ、且つセンシングスパンに入る前にセンシング信号をより高いレベルに増幅することができる。このシーンは図７で描かれる。
【0028】
異なる非限定的な実施例では、センシング信号の部分増幅は、異なる方法によって実現されることができる。１）センシング信号は、他のＷＤＭチャネルからフィルタリングされ、高ゲイン増幅機により改めてルーティングされ、そして、ＷＤＭ信号の残りの部分に返送されることができる。２）正方向センシング信号は非常に高いゲイン増幅機により増幅されることができ、そして、信号の残りの部分（現在のセンシングスパンに用いられる波長を除く）は波長選択光減衰機（例えば、波長選択スイッチなど）により減衰されることができる。３）センシング信号は、既知の位相整合ＦＷＭ過程を使用するか、既知の位相制御非線形光ループミラーのパラメータを使用して増幅されるなど、波長選択光増幅機により選択的に増幅されることができる。他の実施例では、該技術は、ＳＭＦ、低損失Ｄ＋、音響感応性光ファイバ（ＡＳＦ）など、他のタイプの光ファイバを用いるセンシングシステムにも用いられることができる。
【0029】
本開示の範囲は、本文に記載された具体的な実施例によって制限されるものではない。実際には、ここで記載されたことを除き、本開示の他の様々な実施例及び本開示に対する修正は、当業者にとって前述の説明及び図面から明らかになるものである。従って、このような他の実施例及び修正は、本開示の範囲内に入る旨である。また、本開示は特定環境において特定目的のための特定実施形態のコンテキストで説明されているが、その有用性はこれに限定されず、本開示は任意の数の環境において任意の数の目的のために有利に実施されることができることは、当業者が認識できることである。従って、以下に提案される請求項は、本文に記載された本開示のすべての広さ及び精神に基づいて解釈されるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】