特表 2024-539460 拡張後方散乱光ファイバネットワーク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-28

(54)【発明の名称】拡張後方散乱光ファイバネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2507 20130101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

H04B10/2507

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024529839

(86)(22)【出願日】2022-10-12

(85)【翻訳文提出日】2024-06-21

(86)【国際出願番号】 US2022046353

(87)【国際公開番号】W WO2023091250

(87)【国際公開日】2023-05-25

(31)【優先権主張番号】63/281,643

(32)【優先日】2021-11-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/352,823

(32)【優先日】2022-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509094034

【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100209808

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 高志

(72)【発明者】

【氏名】フェダー，ケネス，エス．

(72)【発明者】

【氏名】クレンプ，トリスタン

(72)【発明者】

【氏名】ウェストブルック，ポール，エス．

【テーマコード（参考）】

5K102

【Ｆターム（参考）】

5K102AA01

5K102AH02

5K102AH26

5K102AH27

5K102KA01

5K102KA42

5K102PA01

5K102PH01

5K102PH13

5K102PH43

(57)【要約】

限定された拡張散乱帯域幅（例えば、Ｃ帯域（従来の帯域）における約１５ナノメートル（１５ｎｍ）の波長範囲にわたる約１０デシベル（１０ｄＢ）散乱帯域幅）に限定される拡張後方散乱領域を含むシステムである。信号伝送波長（またはテレコム信号は超）は、拡張散乱帯域幅の外側の少なくとも１ナノメートル（１ｎｍ）である波長で光信号を搬送する。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光伝送システムであって、
光テレコム信号を送信する送信機であって、前記光テレコム信号は、テレコム信号波長を有する、送信機と、
前記送信機に光学的に結合された光増幅器であって、前記光増幅器は、前記光テレコム信号を増幅する、光増幅器と、
電気通信用途に適したテレコム光ファイバであって、前記テレコム光ファイバは４０キロメートル（４０ｋｍ）より長い、テレコム光ファイバと、
前記テレコム光ファイバに光学的に結合された拡張散乱光ファイバであって、前記拡張散乱光ファイバは、前記光伝送システムの到達距離を拡張する、拡張散乱光ファイバと、
前記拡張散乱光ファイバにおける帯域内拡張散乱領域であって、前記帯域内拡張散乱領域は、拡張散乱帯域幅を有し、前記帯域内拡張散乱領域は、減衰(α_ｅ，ｄＢ)を含み、前記帯域内拡張散乱領域は、単位長さ当たりの後方散乱(ρ_ｅ)をさらに含み、前記ρ_ｅは、レイリー散乱ρ_Ｒより大きく、前記帯域内拡張散乱領域は後方散乱拡張（Ｒ_ｅ，ｄＢ）をさらに含み、前記Ｒ_ｅ，ｄＢは、１０・ｌｏｇ_１０（ρ_ｅ／ρ_Ｒ）に等しい、帯域内拡張散乱領域と、
前記拡張散乱光ファイバにおける帯域外領域であって、前記帯域外領域は、前記拡張散乱帯域幅の外側にある波長を備え、前記テレコム信号波長は、前記帯域外領域内にあり、前記帯域外領域は、帯域外散乱を示し、前記帯域外散乱は、前記帯域内拡張散乱領域内の前記ρ_ｅ未満であり、前記帯域外領域は、前記光テレコム信号を伝搬する、帯域外領域と、
前記拡張散乱光ファイバに光学的に結合された受信機であって、前記受信機は、前記光テレコム信号を受信する、受信機とを備える、光伝送システム。

【請求項2】

前記拡張散乱帯域幅は、１５ナノメートル（１５ｎｍ）未満の波長範囲に及ぶ、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記テレコム信号波長は、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）を中心とする、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記拡張散乱帯域幅は、約１５３５ｎｍ以上約１５４９ｎｍ以下である、請求項３に記載のシステム。

【請求項5】

前記拡張散乱光ファイバはさらに、Ｒ_ｅ，ｄＢに比例し、α_ｅ，ｄＢに反比例して前記光伝送システムの前記到達距離を拡張する、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記Ｒ_ｅ，ｄＢは、約１５デシベル（１５ｄＢ）以上約２４ｄＢ以下である、請求項５に記載のシステム。

【請求項7】

前記帯域外散乱はレイリー散乱と実質的に同じである、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

前記拡張散乱光ファイバは、長さが約１ｋｍより大きい、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

光伝送システムであって、
長さが４０キロメートル（４０ｋｍ）を超えるテレコム光ファイバと、
前記テレコム光ファイバに光学的に結合された拡張散乱ファイバであって、前記拡張散乱ファイバは、前記光伝送システムの到達距離を延長する、拡張散乱光ファイバと、
前記拡張散乱ファイバにおける帯域内拡張散乱領域であって、前記帯域内拡張散乱領域は、帯域内拡張散乱を示し、前記帯域内拡張散乱領域は、拡張散乱帯域幅を有し、前記帯域内拡張散乱は、レイリー散乱よりも大きい、帯域内拡張散乱領域と、
前記拡張散乱ファイバにおける帯域外領域であって、前記帯域外領域は、前記拡張散乱帯域幅の外側にあり、前記帯域外領域は、テレコム信号波長でテレコム信号を伝搬し、前記帯域外領域は、前記帯域内拡張散乱よりも小さい帯域外散乱を示し、前記帯域外領域は、前記光テレコム信号を伝搬する、帯域外領域とを備える光伝送システム。

【請求項10】

前記帯域内拡張散乱領域は、第１の帯域内拡張散乱領域であり、前記帯域内拡張散乱は、第１の帯域内拡張散乱であり、前記拡張散乱帯域幅は、第１の拡張散乱帯域幅であり、
前記拡張散乱ファイバにおける第２の帯域内拡張散乱領域であって、前記第２の帯域内拡張散乱領域は、前記第１の帯域内拡張散乱領域と異なり、前記第２の帯域内拡張散乱領域は、第２の帯域内拡張散乱を示し、前記第２の帯域内拡張散乱領域は第２の拡張散乱帯域幅を有し、前記第２の帯域内拡張散乱は、レイリー散乱よりも大きい、第２の帯域拡張散乱領域をさらに備える、請求項９に記載のシステム。

【請求項11】

前記拡張散乱帯域幅は、１５ナノメートル（１５ｎｍ）未満の波長範囲に及ぶ、請求項９に記載のシステム。

【請求項12】

前記テレコム信号波長は、約１５５０ナノメートル（ｎｍ）を中心とする、請求項９に記載のシステム。

【請求項13】

前記拡張散乱帯域幅は、約１５３５ｎｍ以上約１５４９ｎｍ以下である、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記帯域内拡張散乱領域は、減衰（α_ｅ，ｄＢ）を含み、前記帯域内拡張散乱領域は、単位長さ当たりの後方散乱（ρ_ｅ）をさらに含み、前記ρ_ｅは、レイリー散乱ρ_Rよりも大きく、前記帯域内拡張散乱領域は、後方散乱拡張（Ｒ_ｅ，ｄＢ）をさらに含み、前記Ｒ_ｅ，ｄＢは１０・ｌｏｇ_１０（ρ_ｅ／ρ_Ｒ）に等しい、請求項９に記載のシステム。

【請求項15】

前記拡張散乱光ファイバは、さらに、Ｒ_ｅ，ｄＢに比例し、α_ｅ，ｄＢに反比例して前記光伝送システムの前記到達距離を拡張する、請求項１４に記載のシステム。

【請求項16】

前記Ｒ_ｅ，ｄＢは、約１５デシベル（１５ｄＢ）以上約２４ｄＢ以下である、請求項１４に記載のシステム。

【請求項17】

前記帯域外散乱は、レイリー散乱と実質的に同じである、請求項９に記載のシステム。

【請求項18】

前記帯域外散乱は、未処理のファイバにおける散乱と実質的に同じである、請求項９に記載のシステム。

【請求項19】

前記拡張散乱光ファイバは、長さが約１ｋｍより大きい、請求項９に記載のシステム。

【請求項20】

前記テレコム信号波長は、前記拡張散乱帯域幅の外側の少なくとも１ナノメートル（１ｎｍ）である、請求項９に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許仮出願６３／２８１，６４３（“Ｓｙｓｔｅｍｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ， ａｎｄ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ ｆｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂａｃｋ－ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ ｉｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，”、２０２１年１１月２０日、発明者：Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ）および米国特許仮出願６３／３５２，８２３（“Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂａｃｋ－ｓｃａｔｔｅｒ Ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｎ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｎｅｔｗｏｒｋ，”、２０２２年６月１６日、発明者：Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ）に対する優先権を主張し、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、概して光ファイバに関し、より詳細には、光ファイバネットワークに関する。

【背景技術】

【0003】

従来の知識は、光ファイバ内の散乱（レイリー散乱など）が電気通信信号を劣化させ、それによって信号品質に損失を課すことを教示している。したがって、光ファイバにおける信号品質および到達距離（すなわち、特定の光チャネルの有効伝送長）を改善するために、当技術分野は、通常、増加した散乱から離れることを教示する。

【発明の概要】

【0004】

本開示は、電気通信ネットワークにおける拡張後方散乱ファイバに関連するシステムおよび方法を提供する。

【0005】

簡潔に述べると、アーキテクチャにおいて、システムの一実施形態は、限られた拡張散乱帯域幅に限定される拡張後方散乱領域を備える。信号伝送帯域幅（またはテレコム信号帯域幅）は、拡張散乱帯域幅の外側の少なくとも１ナノメートル（１ｎｍ）である１つまたは複数の波長で光信号を搬送する。

【0006】

他のシステム、デバイス、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明の検討によって、当業者に明白となるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴および利点は、本説明内に含まれ、本開示の範囲内であり、添付の請求の範囲によって保護されることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。

【0008】

【図1A】拡張後方散乱ファイバの一実施形態におけるマルチパス干渉（ＭＰI）および減衰の効果を示すグラフである。

【図1B】拡張後方散乱ファイバの一実施形態のファイバ到達距離の延長を示すグラフである。

【図2】分散センシングシステムにおけるＭＰIを示すブロック図である。

【図3】裸ファイバの一実施形態の反射信号電力（Ｐ_{signal,ｄＢ}（ｚ））を示すグラフである。

【図4】拡張後方散乱ファイバの一実施形態のＰ_{signal,ｄＢ}（ｚ）を示すグラフである。

【図5A】拡張後方散乱ファイバを有する電気通信システムの一実施形態を示すブロック図である。

【図5B】拡張後方散乱ファイバの一実施形態について、ファイバ長の関数としてプロットされた光時間領域反射率測定（ОＴＤＲ）電力を示すグラフである。

【図5C】拡張後方散乱ファイバの一実施形態の様々な波長における反射および光信号対雑音比（ОＳＮＲ）損失を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

分散型音響センシング（ＤＡＳ）は、石油およびガス施設、セキュリティシステム、レールライン、パイプラインなどの大きな線形資産を監視するための重要な新しいツールとして現れている。ＤＡＳはまた、電気通信システム（またはテレコムシステム）を、伝送線路付近の外乱（例えば、トラフィック、建設、地震）を検出することができる分散センサに変換するためにも使用されている。したがって、ＤＡＳは、電気通信ネットワークならびにそれらが使用されるインフラストラクチャの健全性に関する情報を提供する可能性を有する。

【0010】

ＤＡＳは、新世代のコヒーレント光時間領域反射率測定（ОＴＤＲ）インタロゲータによって可能になった。コヒーレントОＴＤＲインタロゲータは、光ファイバを通って伝搬する光パルスの分散後方散乱を測定する。テレコムネットワークを評価するために一般に使用される従来のОＴＤＲ技術とは異なり、コヒーレントОＴＤＲは、狭い線幅の低位相雑音レーザをОＴＤＲへの入力として使用する。追加の位相変調器および振幅変調器は、様々なフェージングアーチファクトを低減して、よりロバストな信号出力を可能にする。

【0011】

音響信号は、音響波からのシリカマトリックスの圧縮によりファイバに沿った光路を変化させ、これによりファイバに沿った光学長がОＴＤＲパルス毎に変化する。連続トレースを比較することにより、ファイバの長さに沿った音響波伝搬の記録が可能になり、典型的な空間分解能は数メートル（ｍ）であり、音響周波数範囲は典型的にはミリヘルツ（ｍＨｚ）～キロヘルツ（ｋＨｚ）の範囲である。

【0012】

そのようなシステムの1つの例示的な制限は、コヒーレントОＴＤＲトレースを生成するためにレイリー後方散乱に依存することである。典型的な低損失ファイバでは、レイリー後方散乱は、５×１０^－８／ｍまたは５×１０^－１１／ｍｍのオーダーであり、１０・ｌoｇ_１０（５×１０^－８）は－７３、１０・ｌoｇ_１０（５×１０^－１１）は－１０３であるから、しばしば、ファイバの－７３デシベル／メートル（ｄＢ／ｍ）または－１０３デシベル／ミリメートル（ｄＢ／ｍｍ）と呼ばれる。後方散乱信号の弱さは、空間分解能、音響信号対雑音比（ＳＮＲ）、システム到達距離および周波数応答等の種々のＤＡＳパラメータを制限する。

【0013】

このタイプの制限に対処し、かつ光学ＳＮＲ（ОＳＮＲ）と音響ＳＮＲの両方を（時々、桁違いに）増加させるために、所定の帯域幅にわたって空間的に連続した準レイリー後方散乱を示し、０．５ｄＢ／キロメートル（ｋｍ）未満であるバックグラウンド減衰を有する、所定の長さの拡張後方散乱ファイバが使用される。いくつかの例では、これらの所定の長さの拡張散乱ファイバ（例えば、長さ数ｋｍ）は、４０ｋｍを超えるテレコムファイバの減衰後でさえも、ＤＡＳ信号を完全に回復している。当業者は、例えば、Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，“Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｂａｃｋ－Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ”、ｉＳｃｉｅｎｃｅ、２３（６），ｐ１０１１３７（２０２０）；Ｌａｌａｍ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｈａｓｅ－Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ”、ＩＥＥＥ Ａｃｃｅｓｓ， ９， ＰＰ． １１４４２８－１１４４３４（２０２１）；Ｗｅｌｌｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ Ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｃａｂｌｅｓ ａｓ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｂａｃｋｈａｕｌ，”Ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ｐｐ． Ｍ２Ｆ－５）， Ｏｐｔｉｃａ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ（２０２２）の参照によって、「拡張後方散乱ファイバ」が意味するものを完全に理解する。したがって、拡張後方散乱ファイバの短縮された記述のみが文脈のために提供される。また、本開示全体を通して、別段に明示的に示されない限り、または文脈によって、拡張後方散乱ファイバはまた、簡潔にするために「拡張散乱ファイバ」または「拡張ファイバ」として指定される。

【0014】

引き続き、これらの限られた長さ（例えば、数キロメートル（ｋｍ））の拡張散乱ファイバは、ＤＡＳ信号を（少なくとも部分的に）復元するのに効果的であることが示されているが、直感的でも明らかでもないのは、テレコム用途に適した長さ（例えば、数十キロメートル）の連続的な拡張散乱ファイバが許容可能なテレコム信号を搬送できるかどうかである。これは、テレコム用途が油田監視用途（またはＤＡＳが採用された他の状況）と著しく異なるためである。例えば、ファイバテレコムでは、光ファイバの長さははるかに長く、それによって、他の監視用途と完全に重複しない問題を導入する。地震監視のための典型的なセンサは、わずか数キロメートルであり、ファイバの敏感な部分にわたる非常に大きな信号拡張から利益を得る。しかしながら、テレコムでは、伝送長はしばしば４０ｋｍを超え、それによって、減衰、潜在的なマルチパス干渉（MＰＩ）、クロストーク、または電気通信にとって重要な他の問題の考慮を必要とする。

【0015】

テレコム用途では、スパン全体が拡張散乱を必要とするかどうか、または拡張散乱がＤＡＳ信号が低いスパン内の特定の領域に制限されるべきかどうかを考慮することも重要である。例えば、パッシブ光ネットワーク（ＰОＮ）では、光スプリッタにおいて大きな減衰が生じるが、センシング用途における関心構造は、光スプリッタの後の伝送経路に位置することが多い。さらに、分散センサシステムにおける到達距離の概念は、光ファイバ通信システムにおける到達距離の概念と同じではない。テレコムでは、到達距離は、信号がスパンの初めにのみ発せられる場合、スパンの終わり（経路の終端受信端）における信号の完全性によって決定される。比較すると、分散センシングでは、信号はファイバの全長から取得され、したがって、たとえテレコムシステムにおける受信機のようなインタロゲータがただ１つの離散的な位置に配置されているとしても、ファイバの全長にわたる信号拡張を考慮することが重要である。

【0016】

わかりやすさのために、従来のセンシング用途（より高い減衰を犠牲にしてさえも分散センシングが起こり得る長さを増加させることが望ましい）とは異なり、本開示は、テレコム用途に適した長いファイバスパンにわたってＳＮＲを増加させることを試みる。これを行うために、テレコム信号に対する拡張後方散乱の影響を理解する必要がある。例えば、MＰＩノイズは、（望ましくない）テレコム信号に対するダブルレイリー後方散乱の影響から生じ得ることがよく知られている。したがって、連続的に拡張後方散乱を有するファイバにおいて、そのような望ましくない効果は、レイリー様後方散乱拡張の増加と共に増加すると予想される。

【0017】

望ましくない影響を軽減するために、開示されるシステムのいくつかの実施形態は、拡張後方散乱をある範囲の波長（または限られた帯域幅）に限定し、テレコム信号は、散乱帯域幅の外側で搬送および伝搬される。好ましい実施形態では、電気通信信号搬送波波長は、１０ｄＢ散乱帯域幅の外側の少なくとも１ナノメートル（１ｎｍ）であり、これは、テレコム信号に対する無視できるОＳＮＲ損失をもたらす。所望の信号を伝送し、拡張後方散乱を明確に所定の帯域幅に限定するための好ましい範囲を見出す際に、本開示はまた、散乱帯域幅内で伝搬する信号と関連付けられるОＳＮＲ損失を測定し、さらに、実際のテレコム信号に対する散乱帯域幅の影響を特徴付ける。わかりやすさのために、いくつかの実施形態は、光ファイバの複数の異なるまたは重複部分において、複数の拡張散乱帯域幅を含む。本開示から理解され得るように、単一の拡張散乱帯域幅を有する光ファイバであっても、その帯域幅は、異なる波長を中心とし、ならびに異なる波長範囲（または異なる帯域幅）を有することができる。さらに、当業者は、本開示がまた、スプリッタの後に拡張散乱ファイバを伴うスプリッタを伴うＰОＮを意図することを理解するであろう。他の同様の変形または構成も、本開示の範囲内で意図される。

【0018】

技術的問題に対する広範な技術的解決策（すなわち、後方散乱帯域幅を制限し、テレコム信号を１０ｄＢ散乱帯域幅の外側の少なくとも１ｎｍに位置決めすること）を提供したので、ここで、図面に示される実施形態の説明を詳細に参照する。いくつかの実施形態がこれらの図面に関連して説明されるが、本開示を本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に限定する意図はない。それよりむしろ、すべての代替形態、修正形態、および均等物を網羅することが意図される。

【0019】

拡張散乱ファイバにおける透過軸がｚ軸として指定される場合、位置ｚにおける後方散乱信号電力は、

【数1】

である。
ここで、Ｐ_ｉｎは入力電力であり、ρ_ｅは単位長さ当たりの反射率(拡張後方散乱を考慮する)であり、Δｚは後方散乱を生じさせるファイバの長さであり、α_ｅは単位長さ当たりのファイバ減衰である。後方散乱拡張の効果を理解するために、信号はｚ＝０における後方反射電力に正規化される。レイリー散乱のみが存在し、ρ_Ｒがレイリー散乱の単位長さ当たりの後方反射を表す場合、ｚ＝０における後方散乱信号電力は、

【数2】

である。

【0020】

レイリー散乱を超える追加の散乱損失を有する裸ファイバの場合、ρ_Ｒはまた、後方散乱を増加させるために任意の処理が適用される前の単位長さ当たりの後方散乱を表すことができる。理解できるように、典型的にはρ_ｅ≧ρ_Ｒである。レイリー散乱が散乱体のインコヒーレント（ｉｎｃоｈｅｒｅｎｔ）和からのものである限り、レイリー後方散乱の電力は後方散乱ファイバの長さに比例する。ｚ＝０におけるレイリー散乱に対する信号電力をデシベル（ｄＢ）形式で表すと、

【数3】

である。
ここで、α_ｅ，ｄＢ＝１０・ｌｏｇ_１０（ｅ）α_ｅは、単位長さ当たりのｄＢ単位のファイバ減衰であり、Ｒ_ｅ，ｄＢ＝１０・ｌｏｇ_１０（ρ_ｅ／ρ_Ｒ）は、裸ファイバ散乱に対する単位長さ当たりのｄＢ単位の後方散乱拡張（通常、テレコムシステムに通常見られる低損失ファイバにおけるレイリー散乱によって支配される）である。分かるように、レイリー散乱のみが存在する場合、ρ_ｅ＝ρ_ＲおよびＲ_ｅ，ｄＢ＝０ｄＢである。

【0021】

拡張後方散乱ファイバに基づくセンサの最大到達距離は、以下によって表される。

【数4】

ここで、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}は有効なＤＡＳ測定のための最小信号電力レベルであり、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}はΔｚに依存する。図１Ａの下部は、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}のΔｚ依存性を示す１つの例示的な実施形態を示す。図１Ａはまた、拡張後方散乱ファイバの一実施形態におけるMＰＩおよび減衰の効果を示す。

【0022】

具体的には、図１Ａは、拡張後方散乱ファイバ１２０、１５０と比較して裸ファイバ１１０、１４０を有するＲ_ｅ，ｄＢ＝１１ｄＢを示す。ＳＮＲ_{ＭＰＩ，ｄＢ}＝１０・ｌｏｇ_１０（｜Ｅ_１｜／｜Ｅ_ＭＰＩ｜）は、ｄＢ単位のＳＮＲを表し、Ｅ_ＭＰＩは、反射電場へのＭＰＩ寄与を表し、Ｅ_１は、ＭＰＩの非存在下での反射電場を表す。図１Ａの実施形態１００では、裸ファイバ減衰はα_ｄＢ＝０．２４ｄＢ／ｋｍとして示され、拡張後方散乱ファイバ減衰はα_ｅ，ｄＢ＝０．３５ｄＢ／ｋｍとして示される。

【0023】

図１Ａの特定の実施形態１００の場合、最小必要電力レベル１３０は、入力電力に対して－２０ｄＢと定義され、ＳＮＲ_{ＭＰＩ，ｄＢ}の最小必要値は１５ｄＢに設定される。最小ＳＮＲおよび電力レベルは、減衰およびＭＰＩに基づくセンサ到達距離の計算を可能にする。図１Ａに示すように、後方散乱拡張が増加すると、ＭＰＩおよび減衰曲線は反対方向に移動する。注目すべきは、拡張後方散乱ファイバにおいて観察される反射率（ρ_ｅ）が、ファイバ全体の長さにわたって裸ファイバにおいて観察される反射率（ρ_Ｒ）よりも大きいという事実である。

【0024】

図１Ｂ（拡張後方散乱ファイバの一実施形態のためのファイバ到達距離１５５の延長を示すグラフ１０５である）に示すように、到達距離は、Ｒ_ｅ，ｄＢ＝０ｄＢを有する標準ファイバの既存の長さに、ｚ_{ｒｅａｃｈ，ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ}で拡張散乱ファイバを加えることによって延長することができる。ここでも、裸ファイバ１４５及び拡張ファイバ１５５の効果の両方が示され、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}１３５は－２０ｄＢに設定される。また、伝送経路の長さに沿ったＳＮＲ１２５が示され、ＳＮＲ_{ｍｉｎ，ＭＰＩ}１１５は１５ｄＢに設定される。到達距離の延長（ｚ_{ｒｅａｃｈ，ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ}）は、以下のように表される。

【数5】

【0025】

テレコムシステムの主な目標の１つは、到達距離を最大にすることである。したがって、式４および式５の組合せから示されるように、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}およびＳＮＲ_{ｍｉｎ，ＭＰＩ}の所望の値または許容可能な値が提供される場合（図１Ａおよび図１Ｂ（まとめて図１））に示すように）、Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢの適切な値を使用して最大到達距離を計算する。Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢがファイバの長さに沿って直線的に変化する場合、最大到達距離は、４つのパラメータ、すなわちＲ_ｅ，ｄＢ、Ｒ_ｅ，ｄＢの傾き、α_ｅ，ｄＢ、およびα_ｅ，ｄＢの傾きから計算可能である。最大化および最小化方法は当業者に公知であるので、最大値および最小値を計算する方法の議論は本明細書では省略される。具体的には、既存の光ファイバ内の信号がＰ_{ｍｉｎ，ｄＢ}に低下した場合、（式５からの）長さｚ_{ｒｅａｃｈ，ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ}の既存の光ファイバに拡張散乱ファイバを追加すると、図１Ｂに示すように、追加された拡張散乱ファイバにおいて、Ｒ_ｅ，ｄＢに比例し、α_ｅ，ｄＢに反比例する到達距離の拡張がもたらされる。

【0026】

いくつかの実施形態では、１５ｎｍ波長範囲にわたる１０ｄＢ拡張散乱帯域幅を伴う拡張後方散乱ファイバについて、拡張散乱帯域幅外の１ｎｍである信号が、ＯＳＮＲにおける１ｄＢ未満の損失を伴って伝送されることができる。

【0027】

減衰に加えて、到達距離の他の制限は、ＭＰＩまたはｚの前の複数の反射からのクロストークに由来する。拡張散乱（または拡張）が増加するにつれて、ＭＰＩは対応して増加し、それによってＤＡＳ信号品質を低下させる。ＭＰＩの効果は、反射スプライス、ファイバループミラーおよび離散ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を含む離散反射器を有するファイバアレイについて以前に検討されている。近似として、連続的拡張散乱ファイバは、離散反射体のセットとしてモデル化される。図２は、分散センシングシステム２００（連続的な拡張を複数の離散的な反射器としてモデル化する）におけるＭＰＩを示すブロック図である。具体的には、分散センシングシステム２００は、インタロゲータ２２０に光学的に結合された光ファイバ２１０を備える。

【0028】

図２のモデルによれば、単一の反射点２３０は、ｚの距離に位置し、Ｎ個の反射点（点として示される）は、ファイバに沿って均等に分布し、それぞれ、Δｚだけその最近傍から離される。３つの反射点ｚ_１２４０、ｚ_２２５０およびｚ_３２６０は、ＭＰＩの効果を示すように選択され、Ｅ_１およびＥ_３は、インタロゲータ２２０に戻される信号の強度を表す例示的な電場である。

【0029】

ＭＰＩは、ファイバ２１０の全反射率に依存し、全体平均単反射反射率（各反射点において減衰がなく、単位長さ当たりの反射率が一定であると仮定する）は、

【数6】

である。
ここで、ρは単位長さ当たりの反射率を表し、ｚはファイバに沿った位置を表し、Ｎはファイバに沿った反射点の総数を表す。より一般的には、平均反射率Ｒ_{ｔｏｔａｌ}（ｚ）は、

【数7】

によって表される。
ここで、ρ（ｚ）は単位長さ当たりの反射率を表し、α（ｚ）は減衰を表し、両方ともファイバの長さに沿って変化し得る。ρ（ｚ）とα（ｚ）が共に定数である場合、式７は、

【数8】

と簡略化される。

【0030】

特定のＤＡＳインタロゲーションスキームとは無関係にＭＰＩを測定するために、ＭＰＩは、ＭＰＩが存在しない場合の反射電界Ｅ_１（図２）と複数のバウンス（ｂｏｕｎｃｅ）からのＥ_ＭＰＩ（例えば、図２のＥ_３）との比を使用して計算される。他のＥ_ＭＰＩに対するＥ_１の比を使用することによって、ファイバ長と、散乱拡張と、ＭＰＩノイズに対する信号の平均比との間の関係が提供される。連続的または準連続的な拡張後方散乱を有するファイバ長におけるＭＰＩの効果は、減衰の効果と比較される。また、ＭＰＩの最低次近似は、ＭＰＩの完全解と比較され、これは、ＭＰＩの最低次近似が完全ＭＰＩ解の適切な推定を提供することを示す。

【0031】

ＭＰＩへの最低次寄与は、３つの反射から生じる。位置ｚにおける単一反射（またはバウンス）からの相対電場振幅は、

【数9】

である。
ここで、ε（ｚ）＝Ｅ（ｚ）／Ｅ_ｉｎであり、Ｅ_ｉｎ＝√Ｐ_ｉｎは入力電場の大きさであり、φ（ｚ）は位置zで散乱された光の相対光位相であり、複素値反射係数は、

【数10】

で表される。

【0032】

全てのＭＰＩ経路が（定義上）同時に到達するので、減衰が位置ｚから独立し、分散が無視できる場合（すなわち、群速度が位相速度に等しい）、単一の散乱と３つの散乱の比は影響を受けないままである。言い換えれば、ＭＰＩの効果は、一定の減衰による影響を受けないままである。

【0033】

ファイバにおける位置ｚからの散乱は、Ｎ＝ｚ／Δｚ離散散乱にわたる離散和としてモデル化される。３つのバウンス散乱の３つの位置は、ｉ_ｊ≦Ｎおよびｊ∈｛１，２，３｝の整数に対してｚ_ｊ＝Δｚ・ｉ_ｊにである。位置ｚにおける単一のバウンスの場合、全経路長（前方および後方）は２ｚである。したがって、ｚ_１、ｚ_２およびｚ_３における３つのバウンスについて、全経路長は、ｚ_１＋（ｚ_１－ｚ_２）＋（ｚ_３－ｚ_２）＋ｚ_３＝２（ｚ_１－ｚ_２＋ｚ_３）である。ｚ＝ｚ_１－ｚ_２＋ｚ_３の場合、Ｎ＝ｉ_１－ｉ_２＋ｉ_３およびε_３（ｚ）は、

【数11】

のように書くことができる。
ここで、反射強度はすべて同じであると仮定され、式９中の２つの和は、すべての可能な３つのバウンス経路を記述するンＮ^２／２フェーザ（ｐｈａｓｏｒ）の単一の和として書き直すことができる。また、全ての位相が無相関である場合、式９の係数の｜ε_３（ｚ）｜の期待値は、それらの数の平方根、すなわち（Ｎ^２／２）^１／２＝Ｎ／√２としてのスケールであり、これは、円形均一分布の合計の係数が数学的な意味でレイリー分布を有するためである。

【0034】

Ｎ^２／２の位相のうちのいくつかが相関する場合（図２のｚ１およびｚ３を交換することは、同じフェーザ積を有する２つの異なる３つのバウンス経路に対応するため）、１／√２の係数は１オーダーの係数ηとなり、式６および式９は、

【数12】

となる。
これは、（減衰がない場合）２ｚの経路長を有する信号からのＭＰＩが、ｚまで反射される総電力でスケーリングされることを示す。式６および式１０に基づき、１つのバウンス対３つのバウンス電場の比として定義されるＳＮＲは、

【数13】

として表される。
図１Ａに示すように、拡張は、この電界比ＳＮＲ_{ＭＰＩ，ｄＢ}を、後方散乱強度が増加するのと同じ量Ｒ_ｅ，ｄＢだけ減少させる。

【0035】

ＭＰＩによるセンサ到達距離は、次いで、ＭＰＩの最小許容レベル（ＳＮＲ_{ｍｉｎ，ＭＰＩ}によって表される）に関連してもよく、到達距離は、

【数14】

として表される。

【0036】

当業者であれば理解できるように、Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}およびＳＮＲ_{ｍｉｎ，ＭＰＩ}の所与の値に対して、Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢの値は、式４および式１２が同じ値を表し、到達距離が最大となるように存在する。言い換えれば、（減衰の関数として）式４の到達距離が（ＭＰＩの関数として）式１２の到達距離と実質的に同じになるようにファイバ特性が選択される場合、最大到達距離が得られる。この例は、図１Ａを参照して示され、式４および式１２の計算値は、互いの２０パーセント（２０％）以内である。さらに、Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢについて複数の許容可能な値がある場合、これらの２つの値は（それらの対応する長さとともに）到達距離を最大化するように調整することができる。

【0037】

戻り信号をローカル発振器と干渉するものなどの電場に敏感なインタロゲーション方法に対して、（上記の）ＭＰＩ ＳＮＲ定義が適切であり得る。しかしながら、戻り信号の強度に依存する他のインタロゲーション方法の場合、上記で挙げたＳＮＲメトリックは、単一および複数のバウンス電場の（電場振幅ではなく）電力を関連付けるために、２の係数で乗算される必要があり得る。

【0038】

３つのバウンス効果がＭＰＩを支配するが、高次（例えば、５つのバウンス、７つのバウンスなど）は無視できるという仮定は、光ファイバに沿った連続反射について結合モード方程式（ＣＭＥ）を解くことによって実証することができる。具体的には、式８からの反射係数ｑ（ｚ）および群速度ｖ_ｇとともに、前方伝搬電場Ｅ_ｆおよび後方伝搬電場Ｅ_ｂのための時間領域ＣＭＥは、

【数15】

として表される（アスタリスク記号＊は複素共役を表す）。
これは、｜ｑ｜＜＜２π／λ（λはシステムの動作波長を表す）という仮定の下でのマクスウェルの方程式の結果であり、これは拡張レベルＲ_ｅ，ｄＢおよび離散化グリッドサイズΔｚを合理的に近似する。ｔ＝２ｚ／ｖ_ｇとし、上記の表記を維持すると、Ｅ（ｚ）はＥ_ｂ（０，２ｚ／ｖ_ｇ）となり、ε（ｚ）＝Ｅ（ｚ）／Ｅ_ｉｎ＝Ｅ_ｂ（０，２ｚ／ｖ_ｇ）／Ｅ_ｉｎとなる。

【0039】

式１３の非対角成分（反射）および対角成分（伝搬）が分離される場合、時間伝達行列を使用する近似解は、

【数16】

であり、

【数17】

であり、

【数18】

である。
偶数回のバウンス（例えば、０、２、４、６など）が前方散乱を表し、奇数回のバウンス（例えば、１、３、５、７など）が後方散乱を表す限り、式１４は、全ての双方向散乱次数（任意の数のバウンスを意味する）を含む。より高い反射次数（３、５、７など）は、センサＭＰＩに対応し、一方、一次（すなわち、単一のバウンス）は、順方向に消滅する非対角成分を有する単一のバウンスＣＭＥ解（または第１のボルン近似）を受ける非摂動信号を表すことに留意されたい。

【数19】

式１５は、より高い反射次数を意図的に無視し、したがって、α＝０における減衰を消滅させるための電力を保存しない。対照的に、ＣＭＥの左下の要素が等しい場合、式１３は０に設定され、行列が指数関数的に適用され、次いで、結果として生じる伝達行列は、ユニタリ（またはエネルギー保存）により近く、これは、高次反射における電力が正しく無視されないことを意味する。

【0040】

ファイバの近位端ｚ＝０における反射信号Ｅ_ｆ ^（１）（０，ｔ）は、光ファイバの長さに沿って生じる単一のバウンスの重ね合わせである。発射ディラックインパルス（Ｄｉｒａｃ ｉｍｐｕｌｓｅ）の場合、Ｅ_ｆ ^（１）（０，ｔ）－δ（ｔ）、すなわち近位端における後方反射信号は、ファイバに沿った後方散乱係数の減衰コピーであり、Ｅ_ｂ ^（１）（０，２ｚ／ｖ_ｇ）－ｑ（ｚ）ｅ^－αｚとなる。一般的に、ＭＰＩ信号は、式１３からの全バウンス解Ｅ_ｂ（０，ｔ）および式１４からの単一のバウンス信号Ｅ_ｂ ^（１）（０，ｔ）との差である。したがって、

【数20】

である。

【0041】

相対反射電力Ｐ_{ｓｉｇｎａｌ，ｄＢ}（ｚ）は、

【数21】

である。
また、裸ファイバの一実施形態の反射信号電力（Ｐ_{ｓｉｇｎａｌ，ｄＢ}（ｚ））を図３に示し、拡張後方散乱ファイバの一実施形態のＰ_{ｓｉｇｎａｌ，ｄＢ}（ｚ）を図４に示す。具体的には、図３は、α_ｄＢ＝０．２ｄＢ／ｋｍの裸ファイバの長さＬ＝５０ｋｍについて、０＜ｚ＜Ｌ（３３０とラベルされる）、Ｌ＜ｚ＜２Ｌ（３４０とラベルされる）および２Ｌ＜ｚ＜３Ｌ（３５０とラベルされる）についての単一のバウンス反射３１０、ＭＰＩ３２０およびベストフィット曲線のプロットを示す。比較のために、図４は、Ｒ_ｅ，ｄＢ＝１１ｄＢ、ρ_Ｒ＝５・１０^－５／ｋｍおよびα_ｄＢ＝０．３ｄＢ／ｋｍを有する拡張ファイバの長さＬ＝５０ｋｍについて、０＜ｚ＜Ｌ（４３０）、Ｌ＜ｚ＜２Ｌ（４４０）および２Ｌ＜ｚ＜３Ｌ（４５０）についての単一のバウンス４１０、ＭＰＩ４２０およびベストフィット曲線のプロットを示す。図３および図４のＭＰＩは、図１Ａにも示されている。単純な３つのバウンスの式１０と比較して、予測値｜ε_１（ｚ）｜^２／ρ_Ｒ＝Δｚｅ^－２αｚρ／ρ_Ｒとの一致は優れており、例えば、η＝０．９８６８は裸ファイバであり、η＝０．９３６は拡張ファイバである。

【0042】

図３および図４はまた、ＭＰＩに起因するゴースト（ｇｈｏｓｔ）反射を示す。ｔ＞２ＮΔｚ／ｖ_ｇ＝２Ｌ／ｖ_ｇ（ｚ＞Ｌを意味する）の場合、ＭＰＩレベルは、いくつかのＭＰＩ反射位置がファイバ長Ｌを越えるために減少する。したがって、ＭＰＩレベルは端部、すなわちｚ＝Ｌで最も高くなり、ファイバの端部のすぐ先にある（ゴースト）反射のレベルから求めることができる。したがって、ＭＰＩ効果は、光ファイバのＯＴＤＲトレースから推定することができる。例えば、ＯＴＤＲトレースの端部をちょうど越えるゴースト反射の電力がファイバの端部におけるＯＴＤＲ反射よりも２０ｄＢ小さい場合、ＭＰＩ電力比は２０ｄＢであると推定されてもよく、電場比ＳＮＲ_{ＭＰＩ，ｄＢ}は１０ｄＢである。図３および図４に示すように、高次ゴースト反射は多項式で近似することができる。定量的に、図３および図４に示すように、Ｐ_{ｓｉｇｎａｌ}（ｚ）は、０＜ｚ＜Ｌについては３つのバウンスＭＰＩ～（ｚρｅ^－２αｚ）^２と競合し、Ｌ＜ｚ＜２Ｌについては～（［２Ｌ－ｚ］ρｅ^－２αｚ）^２と競合し、２Ｌ＜ｚ＜３Ｌについては５つのバウンスＭＰＩ～（［３Ｌ－ｚ］ρｅ－２αｚ）^２と競合し、ここで比例定数は１に非常に近い。

【0043】

これらのセンシング特性を念頭において、本開示は、拡張後方散乱ファイバが、テレコム用途に適した長さスケールにわたってテレコム信号を搬送する実施形態をさらに教示する。テレコム環境における拡張後方散乱ファイバの適用性を実証するために、実験用ファイバリンクを図５Ａに示すように構成した。具体的には、図５Ａは、ＯＦＳ Ｆｉｔｅｌ，ＬＬＣから入手可能なＡｌｌＷａｖｅ（登録商標）ＵＬＬ光ファイバ等の超低損失（ＵＬＬ）ファイバ５４５に光学的に結合される拡張後方散乱ファイバ５５５を備える電気通信システム５００の一実施形態を示すブロック図である。具体的には、１０ｋｍの長さの拡張後方散乱ファイバ５５５は、１００ｋｍのＵＬＬファイバに光学的に結合され、それによって、電気通信ファイバリンクについて１１０ｋｍの現実的な伝送長を表す。他の実施形態では、拡張後方散乱ファイバ５５５は、およそ１ｋｍの長さから電気通信ファイバリンク全体の長さの間のどこかとすることができることを理解されたい。

【0044】

また、拡張後方散乱ファイバ５５５は、テレコム光ファイバ５４５の受信端に光学的に結合されるように示されるが、他の実施形態では、拡張後方散乱ファイバ５５５は、テレコム光ファイバ５４５の送信端に光学的に結合され、さらに他の実施形態では、拡張後方散乱ファイバ５５５は、テレコム光ファイバ５４５のスパンのどこにでも光学的に結合されることを理解されたい。言い換えれば、拡張後方散乱ファイバ５５５とテレコム光ファイバ５４５との光結合は、テレコム光ファイバ５４５の一端または他端に限定されず、光結合は、（一端にあるか、中間にあるか、またはテレコム光ファイバ５４５に沿った任意の他の位置にあるかにかかわらず）テレコムリンク内の任意の位置に位置決めすることができる。

【0045】

引き続き図５Ａを参照すると、システム５００は、この特定の実施形態の目的のために、２００ギガビット毎秒（２００Ｇｂ／ｓ）１６直交振幅変調（ＱＡＭ）光送信機であることが示されている送信機５０５を備える。送信機５０５は、有限長の送信ファイバ５１５によってファイバ増幅器５２５（エルビウム（Ｅｒ）ドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）または他のタイプの利得ドープまたは希土類ドープ増幅器として示される）に光学的に結合される。増幅器５２５の出力は、光アイソレータ５３５を介して伝送ファイバ５４５に光学的に結合される。ファイバリンクの他端において、拡張散乱ファイバ５５５の出力において、システム５００は、拡張散乱ファイバ５５５からの信号をデマルチプレクサ（ＤｅＭｕｘ）５８５に伝達する他の光アイソレータ５６５および光増幅器５７５を備える。ＤｅＭｕｘ５８５から、信号は、２００Ｇｂの１６ＱＡＭ受信機として示される受信機５９５に提供される。

【0046】

図５Ｂは、図５Ａの拡張後方散乱ファイバ５５５の実施形態のファイバ長５１０の関数としてプロットされたＯＴＤＲ電力５３０を示し、図５Ｃは、図５Ａの拡張後方散乱ファイバの実施形態の様々な波長における反射およびＯＳＮＲ損失を示す。

【0047】

図５Ｂに示すように、裸ファイバ５４５ピグテール（ｐｉｇｔａｉｌ）のレイリー散乱レベルは、０ｋｍの長さ（拡張後方散乱ファイバ５５５の開始５４０を表す）で明らかである。散乱拡張５４０は、ｙ軸値がＯＴＤＲに対して２で割られているので、実際の値の半分である。したがって、拡張のレベルは、図５Ｂに示される９ｄＢの増加から２倍にされるべきである。

【0048】

図５Ｃは、長さ１０ｋｍの連続的な拡張散乱ファイバ５５５のスペクトル５１２を示す。散乱帯域幅は、約１５ｎｍの波長（λ）範囲５０２（または帯域幅）に及ぶ。いくつかの実施形態では、波長範囲は、約１５３５ｎｍ～約１５４９ｎｍにわたり、Ｒ_ｅ，ｄＢは、約１０ｎｍの波長範囲にわたって約１５ｄＢ～約２４ｄＢの間で変動する。拡張散乱帯域幅の外側では、約１５５０ｎｍの中心波長において、拡張散乱ファイバ５５５は、未処理の裸ファイバ（散乱拡張が適用されていない裸ファイバを意味する）の後方散乱に近い後方散乱を示す。その結果、帯域外領域（拡張散乱帯域幅の外側を意味する）の通信容量は、標準的な伝送ファイバ（ＵＵＬファイバ５４５など）と同様であることが示される。他のＯＴＤＲ測定において、１５５０ｎｍでの減衰は０．５３ｄＢ／ｋｍであると測定された。図５ＢのＯＴＤＲパルスは、図５Ｃに示す拡張帯域幅に近い大きな帯域幅を有することに留意されたい。したがって、図５Ｂに示される拡張のレベルは、図５Ｃにおいて測定されたものに対する平均である。

【0049】

図５Ａに示すように、ファイバリンクを介して送信される２００Ｇｂ／ｓの１６ＱＡＭチャネルのビット誤り率（ＢＥＲ）を、異なる波長チャネル５２２、５３２、５４２、５５２、５６２、５７２に対するＯＳＮＲ損失と併せて測定した。図５Ｃに示されるように、帯域内散乱（拡張散乱帯域幅内を意味する）は、レイリー散乱よりも２４ｄＢと大きかったが、帯域外散乱（拡張散乱帯域幅外を意味する）は、未処理のファイバ（散乱を拡張するように改変されていないファイバを意味する）におけるレイリー散乱または散乱に近い。波長チャネルの関数としての信号損失も図５Ｃに示され、最大反射率における損失は６．７ｄＢであり、損失は帯域外領域において無視できるレベルに低下する。その結果として、拡張散乱は、拡張散乱の存在下であっても、信号伝搬に対する悪影響をほとんどまたは全く伴わずに、狭い帯域幅に限定することができる。

【0050】

本開示に示されるように、テレコムシステムの到達距離は、拡張散乱ファイバ（固定帯域幅を有する）と拡張散乱帯域幅外の信号伝送との組み合わせを使用することによって拡張することができる。Ｐ_{ｍｉｎ，ｄＢ}およびＳＮＲ_{ｍｉｎ，ＭＰＩ}の所望の値または許容可能な値が提供される場合、Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢの適切な値は、到達距離を改善するための拡張散乱ファイバの構成を可能にする。Ｒ_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢがファイバの長さに沿って直線的に変化する場合、最大到達距離は、４つのパラメータ、すなわちＲ_ｅ，ｄＢ、Ｒ_ｅ，ｄＢの傾き、α_ｅ，ｄＢおよびα_ｅ，ｄＢの傾きから計算可能である。
具体的には、既存の光ファイバ内の信号がＰ_{ｍｉｎ，ｄＢ}に低下した場合、長さｚ_{ｒｅａｃｈ，ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ}の既存の光ファイバに拡張散乱ファイバを追加すると、追加された拡張散乱ファイバにおいてＲ_ｅ，ｄＢに比例し、α_ｅ，ｄＢに反比例する到達距離の延長がもたらされる。１５ｎｍの波長範囲にわたる１０ｄＢの拡張散乱帯域幅を有する拡張後方散乱ファイバの場合、拡張散乱帯域幅の外側の約１ｎｍの信号は、ＯＳＮＲにおいて１ｄＢ未満の損失で伝送することができる。

【0051】

例示的な実施形態を示し、説明してきたが、当業者には、説明したような本開示に対して多くの変更、修正または改変を行うことができることが明らかであろう。したがって、全てのそのような変更、修正および改変は、本開示の範囲内であると見なされるべきである。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【国際調査報告】