特開 2024-164401 光伝送システム

(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】P2024164401

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】光伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/071 20130101AFI20241120BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

H04B10/071

H04J14/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079849

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】石田 宏

(72)【発明者】

【氏名】相葉 孝充

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA15

5K102AD00

5K102LA06

5K102LA13

5K102LA21

5K102LA52

5K102MH02

5K102MH15

5K102MH22

5K102PA01

5K102PB01

5K102PH31

(57)【要約】

【課題】光ファイバを介して通信信号を伝送しつつ、光ファイバの状態をセンシングすることが可能な光伝送システムを提供する。
【解決手段】光伝送システム１０は、光ファイバを介して光通信を行い、光ファイバの状態をセンシングする光伝送システム１０である。光伝送システム１０は、発光素子２１０で発光された光を伝送する第１光ファイバ２００と、第１光ファイバ２００から出力された光を屈折させる第１レンズ１２０と、を備える。また、光伝送システム１０は、通信信号３１０及びセンシング信号３１１として出力する音響光学素子１００と、通信信号３１０及びセンシング信号３１１を屈折させて出力する第２レンズ１３０と、を備える。さらに、光伝送システム１０は、通信信号３１０及びセンシング信号３１１を伝送する第２光ファイバ３００と、第２光ファイバ３００におけるセンシング信号３１１の後方散乱光３１２を受光する受光素子２２０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバを介して光通信を行い、前記光ファイバの状態をセンシングする光伝送システムであって、
光を出力する発光素子と、
前記発光素子で出力された前記光を伝送する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバから出力された前記光を所定の方向に屈折させる第１レンズと、
前記第１レンズを介して屈折された光信号を回折し、通信信号及びセンシング信号として出力する音響光学素子と、
前記通信信号及び前記センシング信号を屈折させて出力する第２レンズと、
前記第２レンズから出力された前記通信信号及び前記センシング信号を伝送する第２光ファイバと、
前記第２光ファイバにおける前記センシング信号の後方散乱光を、前記第２レンズ、前記音響光学素子、及び前記第１レンズを介して受光する受光素子と、
を備える光伝送システム。

【請求項2】

前記音響光学素子は、所定の信号に基づいて生成されるタイミングに応じて、前記センシング信号を出力する、請求項１に記載の光伝送システム。

【請求項3】

前記音響光学素子を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記音響光学素子の光路を切り替えることで、前記第２光ファイバに設けられた複数のコアに対して、前記センシング信号を入射する、請求項２に記載の光伝送システム。

【請求項4】

前記第１光ファイバは、シングルコアファイババンドルで構成され、
前記第２光ファイバは、マルチコアファイバで構成される、
請求項１～３のいずれか一項に記載の光伝送システム。

【請求項5】

前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバは、マルチコアファイバで構成される、
請求項１～３のいずれか一項に記載の光伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、光を伝搬するマルチコアファイバの特性を測定する装置が提案されている。特許文献１には、マルチコアファイバの光強度分布測定装置が開示されている。特許文献１に開示された光強度分布測定装置は、光の量を変化させ、コアの一端に光を複数回入射させ、コアの他端から出射される光の画像データを生成し、光の強度分布を測定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１２６４２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

マルチコアファイバにかかった応力や伝搬損失等の光ファイバの特性を検出するために、特許文献１で開示された光強度分布測定装置を用いる場合、マルチコアファイバのそれぞれのコアに同時に光を入射させる必要がある。そのため、当該光強度分布測定装置では、コアの応力検出のために複数の光源が必要となり、また、同一のパワーになるように入射させる光を正確に分岐させる必要があるため、装置の規模や装置の構成の複雑さが増大する。

【0005】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、光ファイバを介して通信信号を伝送しつつ、光ファイバの状態をセンシングすることが可能な光伝送システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に係る光伝送システムは、光ファイバを介して光通信を行い、光ファイバの状態をセンシングする光伝送システムであって、光を出力する発光素子と、発光素子で出力された光を伝送する第１光ファイバと、第１光ファイバから出力された光を所定の方向に屈折させる第１レンズと、第１レンズを介して屈折された光信号を回折し、通信信号及びセンシング信号として出力する音響光学素子と、通信信号及びセンシング信号を屈折させて出力する第２レンズと、第２レンズから出力された通信信号及びセンシング信号を伝送する第２光ファイバと、第２光ファイバにおけるセンシング信号の後方散乱光を、第２レンズ、音響光学素子、及び第１レンズを介して受光する受光素子と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光ファイバを介して通信信号を伝送しつつ、光ファイバの状態をセンシングすることが可能な光伝送システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係る光伝送システムによるセンシングの対象となるマルチコアファイバの構成について説明するための図である。

【図3A】音響光学素子を用いたＦＩＦＯデバイスについて説明するための図である。

【図3B】音響光学素子を用いた接続コネクタについて説明するための図である。

【図4】本実施形態に係る光伝送システムで適用される音響光学素子について説明するための図である。

【図5】本実施形態に係る光伝送システムで適用される音響光学素子の制御について説明するための図である。

【図6】本実施形態に係る光伝送システムで適用される音響光学素子から入射される光信号について説明するための図である。

【図7】光ファイバにおける後方散乱光について説明するための図である。

【図8】他の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を用いて本実施形態に係る光伝送システム１０について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

【0010】

図１は、本実施形態に係る光伝送システム１０の構成を示す図である。図１に示すように、光伝送システム１０は、発光素子２１０と、受光素子２２０と、第１光ファイバ２００と、第２光ファイバ３００と、を含んで構成される。また、光伝送システム１０は、第１レンズ１２０と、音響光学素子１００（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔｏ－Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と、第２レンズ１３０と、を含んで構成される。また、光伝送システム１０は、制御部１１０を含んで構成されてもよい。

【0011】

本実施形態において、光伝送システム１０は、第１光ファイバ２００及び第２光ファイバ３００を介して光通信を行い、第２光ファイバ３００に係る応力や伝搬損失等の光ファイバの状態をセンシングする通信システムである。すなわち光伝送システム１０は、一つの光源である発光素子２１０から発光された信号光を、音響光学素子１００で分岐させることで、一般的な光ファイバを用いて、簡易な構成で光通信及びセンシングの実施を可能とする。本実施形態におけるセンシングは、光が光ファイバに沿って移動する際の物理特性を利用した各種パラメータの変化を、後方散乱光３１２として検出することにより実現する。

【0012】

図２は、本実施形態に係る光伝送システム１０によるセンシングの対象となる第２光ファイバ３００の構成について説明するための図である。本実施形態において、第２光ファイバ３００は、例えば、一般的なマルチコアファイバに相当する。図２に示すように第２光ファイバ３００は、コア径１２５μｍの中に複数のコア３０２ａ～３０２ｄを有し、当該複数のコア３０２を介して光信号を伝搬する。以降、コア３０２ａ～３０２ｄのそれぞれを区別して説明する必要がない場合は、単に「コア３０２」と表記する。

【0013】

なお、図２に示す交点３０１は、後述の音響光学素子１００による光軸の交点（回折する位置）を示すものである。また、図２に示す例においては、コア３０２ｃに通信信号３１０が入射され、コア３０２ａにセンシング信号３１１が入射される場合の例を示している。本実施形態においては、第２光ファイバ３００の対角線上に配置された各コア３０２に対して、通信信号３１０及びセンシング信号３１１が入射される。この通信信号３１０及びセンシング信号３１１の詳細については、後述する。

【0014】

発光素子２１０は、光源であり、光を出力する素子である。本実施形態において発光素子２１０は、一般的なレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）で構成される。

【0015】

第１光ファイバ２００は、発光素子２１０で出力された光を伝送する光ファイバケーブルである。本実施形態において、第１光ファイバ２００は、複数のシングルコアファイバ（ＳＣＦ）をバンドルした（束ねた）ものである。本実施形態において、シングルコアファイババンドルは、例えば、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）の４つのコア（コアピッチ４０μｍ）に接続するために、コア径１２５μｍを４０μｍまで細径化したものをバンドルしたものである。また、第１光ファイバ２００は、センシング信号３１１の第２光ファイバ３００における後方散乱光３１２を第２光ファイバ３００及び音響光学素子１００を介して受信し、後述の受光素子２２０に伝搬する。

【0016】

音響光学素子１００は、第１光ファイバ２００を介して伝搬された光信号（入力信号）を回折し、通信信号３１０及びセンシング信号３１１として第２光ファイバ３００に出力する。本実施形態において適用される音響光学素子１００は、一般的な音響光学素子と同様に、結晶の下端の圧電素子で超音波（音響波）を生成し、周期的な屈折率変化を形成するものである。音響光学素子１００は、この周期的な屈折率変化が回折格子として機能し、メカニカルなシャッターよりも高速に０次回折光と、１次回折光とを同じタイミングで発生させることが可能となる。

【0017】

また、図１に示すように、光伝送システム１０は、シングルコアファイババンドルである第１光ファイバ２００と、音響光学素子１００と、の間に、第１光ファイバ２００から出力された光を所定の方向に屈折させる第１レンズ１２０を備える。また、光伝送システム１０は、音響光学素子１００と、マルチコアファイバである第２光ファイバ３００と、の間に、通信信号３１０及びセンシング信号３１１を屈折させて出力する第２レンズ１３０を備える。この構成により、光伝送システム１０は、ＦＩＦＯ（Ｆａｎ－ｉｎ Ｆａｎ－ｏｕｔ）デバイスとして構成される。また、第１光ファイバ２００及び第２光ファイバ３００は、図１に示すように、ファイバ端面が斜め研磨されており、通信信号３１０である０次回折光、センシング信号３１１である１次回折光、及び後方散乱光３１２が図１に示すような光線イメージとなる。

【0018】

ＦＩＦＯデバイスは、ＳＣＦバンドルとＭＣＦを接続するために使用し、制御信号に基づいて、ＭＣＦの各コアに個々の光を入射させること、又は個々の光を取り出す役割を有するデバイスである。このＦＩＦＯデバイスの代表的な方式としては、例えば、空間結合型やＰＣ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）接続型（ファイババンドル型）、３Ｄ導波路型、溶融延伸型等がある。図３Ａは、空間結合型のＦＩＦＯデバイスの構成例を示す。また、図３Ｂは、接続コネクタとして、音響光学素子１００を用いた場合の構成例を示す。

【0019】

通信信号３１０は、第２光ファイバ３００の後段に設けられた光受光器（図示なし）に到達することで、光通信システムにおける通信が成立する。また、センシング信号３１１は、第２光ファイバ３００にかかる応力や伝搬損失を検出するための信号である。具体的には、センシング信号３１１は、音響光学素子１００で回折された信号が第２光ファイバ３００の内部で後方散乱光３１２として戻り、再び第１光ファイバ２００を介して、後述の受光素子２２０に到達するものである。この受光素子２２０に到達した信号を、信号処理部（図示なし）で解析することで、第２光ファイバ３００にかかる応力や伝搬損失を検出することが可能となる。

【0020】

図４は、本実施形態に係る光伝送システム１０で適用される音響光学素子１００について説明するための図である。音響光学素子１００は、図４における左側から入射された入力信号を透過させ、０次回折光を出力する。また、音響光学素子１００は、０次回折光の入射角θの２倍の角度である２θ離れた角度方向に対して１次回折光を出力する。

【0021】

本実施形態において、音響光学素子１００から出力される０次回折光を通信信号３１０に割り当て、１次回折光を、第２光ファイバ３００の応力や伝搬損失の検出に用いるセンシング信号３１１に割り当てる。

【0022】

また、音響光学素子１００は、制御部１１０からの所定の信号に基づいて生成されるタイミングに応じて、センシング信号３１１を出力する。

【0023】

図５は、本実施形態に係る光伝送システム１０で適用される音響光学素子１００の制御について説明するための図である。図５に示すように、入力信号に対して、制御部１１０が所定のタイミングでゲート信号を送ることで、センシング信号３１１を生成することが可能となる。すなわち所定の信号は、音響光学素子１００において、所定のタイミングでセンシング信号３１１を生成させるための信号であり、ゲート信号に相当する。

【0024】

また、上述の発光素子２１０において、強度が強いパルスを一つ含む入力信号を生成する。図５に示すように、制御部１１０は、この入力信号の強度が強いパルスが通過するタイミングで、１次回折光が有効になるように、音響光学素子１００に制御信号（ゲート信号）を送る。

【0025】

すなわち、本実施形態においては、制御部１１０が音響光学素子１００に対して、所定の信号であるゲート信号を送り、音響光学素子１００は、そのゲート信号に基づいて、センシング信号３１１を生成する。これにより、音響光学素子１００は、余計なノイズ等が含まれないセンシング信号３１１を生成することが可能となる。また、光伝送システム１０は、強度が高いパルス信号であるセンシング信号３１１の後方散乱光３１２のみを戻り光として取得するため、受光素子２２０で受光した光に対し、ダイナミックレンジ（消光比）が広い測定が可能となる。

【0026】

図６は、本実施形態に係る光伝送システム１０で適用される音響光学素子１００から入射される光信号について説明するための図である。図６に示すように、音響光学素子１００に入力される入力信号は、音響光学素子１００によって、通信用の０次回折光と、センシング用の１次回折光と、が生成される。

【0027】

また、制御部１１０は、音響光学素子１００の光路を切り替えることで、第２光ファイバ３００の複数のコア３０２に対して、センシング信号３１１を入射する。例えば図２に示す例において、音響光学素子１００は、コア３０２ｄに通信信号３１０を入射し、コア３０２ｄの対角線上に位置するコア３０２ｂに対して、センシング信号３１１を入射してもよい。これにより、光伝送システム１０は、複数のコア３０２に対するセンシングが可能となり、第２光ファイバ３００にかかる応力や伝搬損失をより適切に検出することが可能となる。

【0028】

受光素子２２０は、第２光ファイバ３００におけるセンシング信号３１１の後方散乱光３１２を、第２レンズ１３０、音響光学素子１００、及び第１光ファイバ２００を介して受信する。なお、受光素子２２０で受信する後方散乱光３１２は、第１光ファイバ２００において発光素子２１０を伝搬したコアとは異なるコアを介して伝搬される。

【0029】

図７は、一般的な、光ファイバにおける後方散乱光３１２について説明するための図である。光ファイバの伝搬損失や距離測定、断線箇所の検出、応力の位置測定、コネクタ接続などの接続損失や反射量を評価する測定器として、一般的に光パルス試験器（ＯＴＤＲ）が知られている。

【0030】

図７に示すように、例えば、光パルス試験器は、入射光（測定パルス光）を入射し、光ファイバ内の曲げやコネクタ接続部、開放端等での散乱や反射された光を後方散乱光として、その波形を取得する。また、その後方散乱光の波形を解析することで、光ファイバの長手方向における応力による不具合や損失等を検知することが可能となる。本実施形態においては、発光素子２１０や受光素子２２０は、光パルス試験器に設けられてもよい。

【0031】

上述の通り、光伝送システム１０は、光ファイバを介して光通信を行い、光ファイバの状態をセンシングする光伝送システム１０である。光伝送システム１０は、光を出力する発光素子２１０と、発光素子２１０で出力された光を伝送する第１光ファイバ２００と、第１光ファイバ２００から出力された光を所定の方向に屈折させる第１レンズ１２０と、を備える。また、光伝送システム１０は、第１レンズ１２０を介して屈折された光信号を回折し、通信信号３１０及びセンシング信号３１１として出力する音響光学素子１００と、通信信号３１０及びセンシング信号３１１を屈折させて出力する第２レンズ１３０と、を備える。また、光伝送システム１０は、第２レンズ１３０から出力された通信信号３１０及びセンシング信号３１１を伝送する第２光ファイバ３００を備える。さらに、光伝送システム１０は、第２光ファイバ３００におけるセンシング信号３１１の後方散乱光３１２を、第２レンズ１３０、音響光学素子１００、及び第１レンズ１２０を介して受光する受光素子２２０と、を備える。

【0032】

これにより、光伝送システム１０は、通信信号３１０を伝送しつつ、複数の光源や入射させる光を正確に分岐させたり、同一のパワーにしたりする装置を必要とせず、簡易な構成で光ファイバケーブルにかかる応力や伝搬損失を検出することが可能となる。

【0033】

また、光伝送システム１０の音響光学素子１００は、所定の信号に基づいて生成されるタイミングに応じて、センシング信号３１１を出力してもよい。これにより、光伝送システム１０の音響光学素子１００は、余計なノイズ等が含まれないセンシング信号３１１を生成することが可能となる。また、光伝送システム１０は、強度が高いパルス信号であるセンシング信号３１１の後方散乱光のみを戻り光として取得できるため、受光素子２２０で受光した光に対し、ダイナミックレンジ（消光比）が広い測定が可能となる。

【0034】

さらに、光伝送システム１０は、音響光学素子１００を制御する制御部１１０をさらに備えてもよい。また、制御部１１０は、音響光学素子１００の光路を切り替えることで、第２光ファイバ３００の複数のコア３０２に対して、センシング信号３１１を入射してもよい。これにより、光伝送システム１０は、複数のコア３０２に対するセンシングが可能となり、第２光ファイバ３００にかかる応力や伝搬損失をより適切に検出することが可能となる。

【0035】

（他の実施形態）
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0036】

上述の実施形態においては、光伝送システム１０は、第１光ファイバ２００がシングルコアファイバ（ＳＣＦ）バンドルであり、第２光ファイバ３００がマルチコアファイバである例を示した。実施形態の構成はこの構成に限定されるものではなく、光伝送システム１０は、図８に示すように、第１光ファイバ２００及び第２光ファイバ３００がマルチコアファイバで構成されてもよい。図８に示す構成のように、マルチコアファイバで構成される第２光ファイバ３００の後段にＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）を接続させることで、センシング範囲や距離を増やすことが可能となる。

【0037】

以下に、光伝送システム１０の特徴について記載する。

【0038】

第１の態様に係る光伝送システム１０は、光ファイバを介して光通信を行い、光ファイバの状態をセンシングする光伝送システム１０である。光伝送システム１０は、光を出力する発光素子２１０と、発光素子２１０で出力された光を伝送する第１光ファイバ２００と、第１光ファイバ２００から出力された光を所定の方向に屈折させる第１レンズ１２０と、を備える。また、光伝送システム１０は、第１レンズ１２０を介して屈折された光信号を回折し、通信信号３１０及びセンシング信号３１１として出力する音響光学素子１００と、通信信号３１０及びセンシング信号３１１を屈折させて出力する第２レンズ１３０と、を備える。また、光伝送システム１０は、第２レンズ１３０から出力された通信信号３１０及びセンシング信号３１１を伝送する第２光ファイバ３００を備える。さらに、光伝送システム１０は、第２光ファイバ３００におけるセンシング信号３１１の後方散乱光３１２を、第２レンズ１３０、音響光学素子１００、及び第１レンズ１２０を介して受光する受光素子２２０と、を備える。

【0039】

上記構成によれば、光伝送システム１０は、通信信号３１０を伝送しつつ、複数の光源や入射させる光を正確に分岐させたり、同一のパワーにしたりする装置を必要とせず、簡易な構成で光ファイバケーブルにかかる応力や伝搬損失を検出することが可能となる。

【0040】

第２の態様に係る光伝送システム１０の音響光学素子１００は、所定の信号に基づいて生成されるタイミングに応じて、センシング信号３１１を出力してもよい。

【0041】

上記構成によれば、光伝送システム１０の音響光学素子１００は、余計なノイズ等が含まれないセンシング信号３１１を生成することが可能となる。また、光伝送システム１０は、強度が高いパルス信号であるセンシング信号３１１の後方散乱光のみを戻り光として取得できるため、受光素子２２０で受光した光に対し、ダイナミックレンジ（消光比）が広い測定が可能となる。

【0042】

第３の態様に係る光伝送システム１０は、音響光学素子１００を制御する制御部１１０をさらに備えてもよい。また、制御部１１０は、音響光学素子１００の光路を切り替えることで、第２光ファイバ３００の複数のコア３０２に対して、センシング信号３１１を入射してもよい。

【0043】

上記構成によれば、光伝送システム１０は、複数のコア３０２に対するセンシングが可能となり、第２光ファイバ３００にかかる応力や伝搬損失をより適切に検出することが可能となる。

【0044】

第４の態様に係る光伝送システム１０の第１光ファイバ２００は、シングルコアファイババンドルで構成され、第２光ファイバ３００は、マルチコアファイバで構成されてもよい。

【0045】

上記構成によれば、光伝送システム１０は、ＦＩＦＯデバイスで構成され、通信信号３１０を伝送しつつ、簡易な構成で光ファイバケーブルにかかる応力や伝搬損失を検出することが可能となる。

【0046】

第５の態様に係る光伝送システム１０の第１光ファイバ２００及び第２光ファイバ３００は、マルチコアファイバで構成されてもよい。

【0047】

上記構成によれば、光伝送システム１０は、例えば、マルチコアファイバで構成される第２光ファイバ３００の後段にＳＭＦを接続させることで、センシング範囲や距離を増やすことが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１０ 光伝送システム
１００ 音響光学素子
１１０ 制御部
１２０ 第１レンズ
１３０ 第２レンズ
２００ 第１光ファイバ
２１０ 発光素子
２２０ 受光素子
３００ 第２光ファイバ
３０２、３０２ａ～３０２ｄ コア
３１０ 通信信号
３１１ センシング信号
３１２ 後方散乱光

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】