DE69514031T2

DE69514031T2 - Verfahren und Apparat zur Messung der Wellenlängen mit Null-Dispersion in einer optischen Faser

Info

Publication number: DE69514031T2
Application number: DE69514031T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Iwatsuki; Shigendo Nishi; Masatoshi Saruwatari; Ken-Ichi Suzuki
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-05-05
Publication date: 2000-05-31
Anticipated expiration: 2015-05-06
Also published as: DE69514031D1; EP0681172B1; US5724126A; EP0681172A2; EP0681172A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Verteilung von Wellenlängen mit Null-Dispersion in einer optischen Faser, und insbesondere ein Verfahren und Apparat zur Messung der Wellenlängen mit Null-Dispersion in Längsrichtung.
Verschiedene Verfahren zum Messen eines Dispersionswertes einer optischen Faser sind vorgeschlagen worden, beispielsweise im U. S. Patent 4 752 125; C. Lin, et. al. (Bell Syst. Techn. J., 1983, 62, Seiten 47-462); P. J. Vellea, et al., (Electron. Lett. 1984, 20, Seiten 167-168); B. Costa, et al. (IEEE J. Quantum Electron., 1982, QE-18, Seiten 1509-1515) offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 63-309833, und M. Stern, et al., (IEEE J. Lightwave Technol., 1992, 10, Seiten 1777-1730). In den im U. S. Patent 4 752 125 offengelegten und von C. Lin et al. vorgeschlagenen Verfahren wird ein Betrag einer Gruppengeschwindigkeits-Zeitverzögerungsdifferenz aus einer Laufzeitdifferenz zwischen zwei Arten optischer Impulse mit unterschiedlichen Wellenlängen gemessen, nachdem sich die beiden Arten elektrischer Impulse in einer optischen Faser ausgebreitet haben, und dann wird ein Gesamtbetrag zwischen den beiden Enden der Faser aus dem Betrag der Gruppengeschwindigkeits- Verzögerungszeit und einer Wellenlängendifferenz bestimmt. In den von P. J. Vella, et al. und B. Costa et al. vorgeschlagenen Verfahren wird ein Betrag der Gruppengeschwindigkeits- Verzögerungszeitdifferenz aus der Phasendifferenz zwischen den beiden Arten sinusförmig modulierten Signallichts mit unterschiedlichen Wellenlängen nach Ausbreiten in der optischen Faser gemessen, und dann wird ein Gesamtbetrag der Verteilung beider Enden der Faser aus dem Betrag der Gruppengeschwindigkeits-Laufzeitdifferenz und einer Wellenlängendifferenz gemessen. Die in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 309833/1988 offenbarten und von M. Stern vorgeschlagen Verfahren nutzen, daß ein Licht hoher Leistungsintensität einer Wellenlänge gleich der Null- Dispersionswellenlänge umgesetzt wird in ein Licht mit einer unterschiedlichen Wellenlänge aufgrund eines nichtlinearen Effekts durch Ausbreitung in einer Faser und durch Beobachten des Spektrums des ausgebreiteten Lichts einer Wellenlänge mit einem exzessiven Verlust wird beobachtet und als eine Wellenlänge mit Null-Dispersion bestimmt. Bei diesen Verfahren wird eine Wellenlänge mit durchschnittlicher Null-Dispersion gemessen.
In allen diesen zuvor erwähnten Verfahren muß die optische Faser in zwei Teile aufgeschnitten werden, um die Verteilung der Null-Dispersionswellenlänge einer optischen Faser zu messen, und die Wellenlänge mit Null-Dispersion muß an jedem dieser Stücke gemessen werden.
Als Beispiel der zuvor genannten herkömmlichen Techniken zeigt Fig. 1 einen Meßapparat, bei dem zwei optische Impulse mit unterschiedlicher Wellenlänge in eine optische Faser unter Test eingekoppelt werden, und eine Differenz zwischen zwei optischen Impulsen in einer Gruppengeschwindigkeits-Verzögerungszeit wird am Ausgangsende der optischen Faser unter Test gemessen, und ein Gesamtdispersionswert wird auf der Grundlage der gemessenen Differenz bestimmt. In Fig. 1 besteht der Meßapparat aus einem Impulsgenerator 1, Lichtquellentreiber 2a und 2b, einer vom Lichtquellentreiber 2a angesteuerten Lichtquelle 3, und emittiertes Licht hat eine Wellenlänge von λ&sub1;, einer vom Lichtquellentreiber 2b angesteuerten Lichtquelle 4, das Licht mit einer Wellenlänge von λ&sub2; emittiert, einem Multiplexer 5, der den aus den Lichtquellen 3 und 4 emittierten optischen Impuls zur Eingabe in die optische Faser unter Test 6 dem Multiplexverfahren unterzieht, einem Hochgeschwindigkeitsdetektor 7, der Ausgangslicht aus der optischen Faser unter Test 6 feststellt, und aus einem Abtastoszilloskop 8 zum Beobachten des Ausgangssignals vom Hochgeschwindigkeitsdetektor 7.
In dieser Anordnung werden zwei optische Impulse mit den Wellenlängen λ&sub1; beziehungsweise λ&sub2; in die optische Faser unter Test 6 eingeführt. Der optische Impuls wird am Ausgangsanschluß der optischen Faser unter Test 6 vom Hochgeschwindigkeitsdetektor 7 festgestellt, und die Laufzeitdifferenz Δτ zwischen den beiden optischen Impulsen in der Gruppengeschwindigkeits-Verzögerungszeit wird mit dem Abtastoszilloskop 8 beobachtet. Ein Durchschnittswert Dave der Werte chromatischer Dispersion in einer Längsrichtung der optischen Faser unter Test 6 wird aus der nachstehenden Gleichung (1) bestimmt:
Dave = Δτ/{(λ&sub1; - λ&sub2;) · L} (1)
wobei L die Länge der optischen Faser unter Test 6 ist. Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird durch die Meßapparatur ein durchschnittlicher Dispersionswert bestimmt, das heißt, ein Dispersionswert pro Einheitslänge der optischen Faser unter Test 6, bestimmt aus dem Gesamtbetrag der Dispersionswerte zwischen beiden Enden der optischen Faser unter Test 6.
Da sich die Signalübertragungsrate erhöht, insbesondere im Falle beispielsweise einer optischen Solitonübertragung, gibt es den Fall, daß die Kenntnis lokaler Dispersionswerte einer optischen Faser zur Auslegung der optischen Übertragungsleitung erforderlich ist. In diesem Falle ist die Dispersion die Gesamtdispersion als Summe der Wellenleiterdispersion und der Materialdispersion. Angemerkt sei, daß es nicht erforderlich ist, den Modus der Dispersion in Betracht zu ziehen, weil ein einziger Fasermodus bei der Hochgeschwindigkeitsübertragung verwendet wird.
Verfahren zur Messung einer Verteilung von Dispersionswerten in einer optischen Faser sind vorgeschlagen worden von M. Ohashi et al., (Electron Lett. 1993, 29, Seiten 426 bis 423, und C. Unger et al., (Tech. Digest Symp. on Optical Fiber Measurement Boulder 1994, Seiten 65 bis 68). In diesen Verfahren wird eine Verteilung von Modenfelddurchmessern aus einer optischen Wellenformen eines Zeitdomänenreflektometers (OTDR) geschätzt, die an beiden Enden der optischen Faser unter Test gemessen wird, und einer Verteilung der Dispersionswerte des Wellenleiters wird aus der Verteilung der Modenfelddurchmesser geschätzt. Bei diesen Verfahren gibt es jedoch einen relativ großen Fehler, weil die Dispersionswerte indirekt durch die Modenfelddurchmesser geschätzt werden. Des weiteren wird die Verteilung nicht nur des Gesamtdispersionswertes geschätzt, sondern nur der Dispersionswert des Wellenleiters. Darüber hinaus gibt es das Problem, das darin besteht, daß der Zugriff auf beide Enden der optischen Faser unter Test erforderlich ist.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 281122/1990 ist eine Technik zum Bestimmen einer Verteilung von Dispersionswerten in einer optischen Faser offenbart. Diese Technik verwendet die Tatsache, daß die relative Verzögerungszeit zwischen einem Testimpuls mit einer Wellenlänge λpr und einem Pumpimpuls mit einer Wellenlänge λpu aufgrund einer Sägezahnwellenform des Pumpimpulses in Raman-Verstärkung umgesetzt wird, und gemessen wird die Verstärkung induzierter Raman-Verstärkung, die der Testimpuls an einem Abschnitt zeigt, bei dem der Testimpuls und der Pumpimpuls einander durch OTDR- Technik überlagern, um die Verteilung des Dispersionswertes in der optischen Faser zu bestimmen. Jedoch ist diese Technik nicht praktisch, weil es schwierig ist, sägezahnförmige Pumplichtimpulse mit hoher Ausgangsleistung zu erzeugen.
Eine Technik kann in Betracht gezogen werden, bei der die Verteilungsinformation durch Messen am Empfangsende einer optischen Faser des Testlichts gewonnen wird, das der orthogonalen Polarisation durch Pumplichtimpulse unterzogen wurde. Das Verfahren verwendet daß die Kenntnis der Dispersionsinformation, daß die Wellenlänge des Testlichts moduliert ist, und die Wellenlängenmodulation wird umgesetzt in eine Amplitudenmodulation aufgrund der Dispersion einer optischen Faser, weil die Amplitude als Gesamtbetrag der Dispersion aus dem Eingang zum Umschaltpunkt groß wird. Folglich gibt es das Problem, daß der Zugriff auf beide Enden der optischen Faser erforderlich ist.
In allen herkömmlichen Verfahren ist es folglich unmöglich oder sehr schwierig, eine Verteilung der Dispersionswerte in einer Längsrichtung der optischen Faser oder eine Verteilung der Wellenlänge mit 0-Dispersion zu bestimmen.
Die vorliegende Erfindung ist als Lösung zu den obigen Problemen entstanden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen der Wellenlänge mit Null-Dispersion in einer optischen Faser vorgesehen, mit den Verfahrensschritten:
Einkoppeln eines optischen Impulses oder eines optischen Impulses und einem Pumplicht in eine optische Faser;
Beobachten der Wellenform von als Reaktion auf den optischen Impuls erzeugtem Rückstreulicht, wobei die Wellenform eine Leistungsverteilung in Längsrichtung der optischen Faser zeigt;
Feststellen des Auftretens einer durch den optischen Impuls oder den optischen Impuls und Pumplicht in einem Abschnitt der optischen Faser erzeugten Modulationsinstabilität aus der beobachteten Rückstreulichtwellenform; und
Bestimmen der Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts der optischen Faser, wobei das Bestimmen auf der Wellenlänge des optischen Impulses oder des Pumplichts basiert.
Ein Apparat zu Messung nach der vorliegenden Erfindung ist ein Apparat zu Messung der Wellenlängen mit Null-Dispersion in einer optischen Faser und hat mit dem zum Stand der Technik offenbarten Apparat zu Messung folgenden Mittel gemeinsam:
eine Impulslichtquelle zum Erzeugen und Einführen eines optischen Impulses in die optische Faser; und
einem Empfänger, der auf den optischen Impuls anspricht und der in der optischen Faser erzeugtes Rückstreulicht empfängt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Apparat zu Messung gekennzeichnet durch:
ein Detektionsmittel zum Erzeugen einer eine Leistungsverteilung in Längsrichtung der optischen Faser anzeigenden Wellenform entsprechend dem empfangenen Rückstreulicht und zum Feststellen des Auftretens einer in einem Abschnitt der optischen Faser induzierten Modulationsinstabilität.
Optionale Verfahrensschritte und optionale Merkmale des Apparates, der beim bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, sind hierzu in den abhängigen Patentansprüchen spezifiziert.
Um in der vorliegenden Erfindung eine Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion einer optischen Faser unter Test zu messen, wird die Tatsache genutzt, daß durch Pumplicht verursachte Modulationsinstabilität nur in einem anomalen Dispersionsbereich auftritt (eine längere Wellenseite einer Wellenlänge mit Null-Dispersion in einer üblichen optischen Faser, und die folgenden Ausführungsbeispielen basieren auf dieser Tatsache). Das heißt, wenn eine Wellenlänge vom Pumplicht zur optischen Faser unter Test leicht eine Wellenlänge mit Null- Dispersion eines jeden der Abschnitte über die optische Faser unter Test übersteigt, wird eine Modulationsinstabilität durch das einfallende Licht in jedem Abschnitt der optischen Faser unter Test induziert. Durch Beobachten des induzierten Phänomens der Modulationsinstabilität über die gesamte Länge der optischen Faser unter Test wird eine Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts, bei dem die Modulationsinstabilität induziert wird, über die Wellenlänge vom Pumplicht bestimmt. Das heißt, ob die Wellenlänge mit Null-Dispersion bei jedem Abschnitt der optischen Faser unter Test größer ist als die Wellenlänge des Pumplichts, ist nicht aus der An- oder Abwesenheit der Modulationsinstabilität bekannt.
Die folgenden Phänomene werden durch Modulationsinstabilität hervorgerufen.
(1) Wenn der optische Impuls des Pumplicht in die optische Faser unter Test eingeführt wird, wird die Leistung des optischen Impulses gemäß der Wellenlänge vom Pumplicht verstärkt.
(2) Wenn der optische Impuls und das Pumplicht in die optische Faser unter Test eingeführt werden, wird ein wellenlängenumgesetzter optischer Impuls erzeugt, wobei die Wellenlängendifferenz zwischen dem wellenlängenumgesetztzen optischen Impuls und dem Pumplicht im wesentlichen im absoluten Wert dieselbe aber im Vorzeichen umgekehrt zu derjenigen zwischen dem Pumplicht und dem optischen Impuls ist.
Mit anderen Worten, die Wellenlänge des umgesetztzen optischen Impulses ist symmetrisch zur Wellenlänge des optischen Impulses in Hinsicht auf die Wellenlänge des Pumplichts.
(3) Wenn der optische Impuls in die optische Faser unter Test eingeführt wird, wird die Leistung des optischen Impulses in die Leistung eines anderen optischen Impulses mit einer anderen Wellenlänge als die Wellenlänge des optischen Impulses umgesetzt, so daß der ursprüngliche optische Impuls bedämpft wird.
In der vorliegenden Erfindung wird eines dieser Modulationsinstabilitätsphänomene verwendet. Das heißt, ein Abschnitt der optischen Faser unter Test, bei dem die Verstärkung erzeugt wird, kann aus der Wellenform des Rückstreulichts des optischen Impulses festgestellt werden. In diesem Falle wird die Wellenlänge mit Null-Dispersion am Verstärkungserzeugungsabschnitt der optischen Faser unter Test auf etwas kürzer als die Wellenlänge des Pumplichts geschätzt. Angemerkt sei, daß die Wellenlänge mit Null-Dispersion an irgendeinen anderen Abschnitt als dem Verstärkungserzeugungsabschnitt auf sehr viel länger oder sehr kürzer als die Wellenlänge des Pumplichts geschätzt wird.
Wenn die Wellenlänge des Pumplichts darüber hinaus gewobbelt wird, kann sie auf der Grundlage der Erzeugung der Verstärkung festgestellt werden, mit der die Wellenlänge des Pumplichts von einer Wellenlänge im normalen Dispersionsbereich zu einer Wellenlänge des anomalen Dispersionsbereichs durch die Wellenlänge mit Null-Dispersion in jedem der Abschnitte der optischen Faser unter Test gewobbelt wird. Das heißt, die Wellenlänge des Pumplichts zur Zeit, wenn irgendeine Verstärkung erzeugt wird, kann als die Wellenlänge mit Null-Dispersion in einem Abschnitt der optischen Faser unter Test bestimmt werden, an dem die Verstärkung erzeugt wird.
Wenn der optische Impuls und das Pumplicht in die optische Faser unter Test unter Verwendung des Phänomens eingeführt werden, daß der wellenlängenumgesetzte optische Impuls nur in dem Abschnitt erzeugt wird, bei dem die Modulationsinstabilität aufgrund des Pumplichts auftritt, einem Abschnitt der optischen Faser unter Test, bei der die Modulationsinstabilität auftritt, kann dieser aus der Wellenform des Rückstreulichts des wellenumgesetzten optischen Impulses festgestellt werden. In diesem Falle wird die Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts der optischen Faser unter Test, bei dem die Wellenlängenumsetzung aufgetreten ist, als etwas kürzer als die Wellenlänge des Pumplichts geschätzt. Angemerkt sei, daß die Wellenlänge mit Null-Dispersion in einem beliebigen Abschnitt, bei dem der wellenlängenumgesetzte optische Impuls nicht erzeugt wird, sehr viel länger oder viel kürzer als die Wellenlänge des Pumplichts ist.
Wenn darüber hinaus die Wellenlänge des Pumplichts gewobbelt wird, kann auf der Grundlage des wellenlängenumgesetzten optischen Impulses festgestellt werden, daß die Wellenlänge des Pumplichts von einer Wellenlänge im normalen Dispersionsbereich zu einer Wellenlänge des anomalen Dispersionsbereichs durch die Wellenlänge mit Null-Dispersion in jeden der Abschnitte der optischen Faser unter Test gewobbelt wird. Das heißt, die Wellenlänge des Pumplichts zur Zeit, wenn der wellenlängenumgesetzte optische Impuls erzeugt wird, kann als Wellenlänge der Null-Dispersion im wellenlängenumgesetzten optischen Impuls-Erzeugungsabschnitt der optischen Faser unter Test bestimmt werden, bei dem die Wellenlängenumsetzung auftritt.
Ein Abschnitt, bei dem ein exzessiver Verlust der optischen Faser unter Test auftritt, kann aus der Wellenform des Rückstreulichts vom optischen Pumpimpuls selbst festgestellt werden. In diesem Falle wird die Wellenlänge der Null-Dispersion am Abschnitt mit exzessivem Verlust der optischen Faser unter Test als etwas kürzer als die Wellenlänge des Pumpimpulses geschätzt. Angemerkt sei, daß die Wellenlänge mit Null- Dispersion an irgendeinem anderen Abschnitt als dem Abschnitt, an dem der exzessive Verlust auftritt, auf sehr viel länger oder sehr viel kürzer als die Wellenlänge des Pumpimpulses geschätzt wird.
Wenn darüber hinaus die Wellenlänge des Pumpimpulses gewobbelt wird, kann auf der Grundlage des Auftretens exzessiven Verlustes festgestellt werden, daß die Wellenlänge des Pumpimpulses von einer Wellenlänge im normalen Dispersionsbereich zu einer Wellenlänge im anomalen Dispersionsbereich durch die Wellenlänge mit Null-Dispersion an jedem Abschnitt der optischen Faser unter Test gewobbelt wird. Das heißt, die Wellenlänge des Pumpimpulses zur Zeit, wenn irgendein Verlust auftritt, kann als Wellenlänge mit Null- Dispersion in einem Abschnitt der optischen Faser unter Test bestimmt werden, bei dem der exzessive Verlust auftritt.
Die obigen und andere Wirkungen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung deutlich.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen Apparat zum Messen eines Dispersionswertes der optischen Faser zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das den grundlegenden Aufbau eines Ausführungsbeispiels des Apparates zum Messen einer Verteilung einer von Wellenlängen mit Null-Dispersion einer optischen Faser nach der Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist ein Graph, der einen Wellenlängengang der Verstärkung G pro Einheitslänge der optischen Faser darstellt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wellenlänge λpu des Pumplicht und der Wellenlänge λpr eines OTDR- Impulses darstellt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Wellenlänge λpu des Pumplichts und der Verstärkung G pro Einheitslänge der optischen Faser darstellt;
Fig. 6 zeigt eine Wellenform vom Rückstreulicht des OTDR- Impulses;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das Einzelheiten des Apparates zum Messen nach einem Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8A bis 8C zeigen Wellenformen des Rückstreulichts, das jeweils im in Fig. 7 gezeigten Apparat beobachtet wird;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm, das die Differenz zwischen dem Pumplicht und dem OTDR-Impuls der Polarisation zeigt;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das den Apparateaufbau zeigt, bei dem Pumplicht durch Polarisation und Multiplexen zweier Arten von Pumplicht mit den Polarisationsebenen orthogonal zueinander erzeugt wird;
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das den Apparateaufbau zeigt, bei dem ein OTDR-Impuls durch Polarisation und Multiplexen zweier OTDR-Impulse mit Polarisationsebenen erzeugt wird, die orthogonal zueinander verlaufen;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das den Apparateaufbau zeigt, bei dem die Polarisation des OTDR-Impulses und des Pumplichts jeweils zufällig geändert werden;
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, das die Dämpfung des Pumplichts darstellt;
Fig. 14 ist ein Graph, der die Sättigungseigenschaft eines optischen Faserverstärkers zeigt;
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das den Apparateaufbau zeigt, bei dem das Pumplicht in einer Sequenz von Impulsen durch den optischen Faserverstärker geändert und verstärkt wird;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das den Apparateaufbau zeigt, bei dem das Pumplicht in einem Impulssequenzgemisch geändert und mit dem OTDR-Impuls synchronisiert wird;
Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das den zweiten grundlegenden Aufbau des Meßapparates zum Messen der Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion der optischen Faser zeigt;
Fig. 18 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem OTDR-Impuls und einem optischen Impuls eines wellenlängenumgesetzten optischen Impulses zeigt;
Fig. 19 ist ein Diagramm, das die Wellenform des Rückstreulichts des wellenlängenumgesetzten optischen Impulses zeigt;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das Einzelheiten des Meßapparates nach einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 21 und 22 zeigen das Rückstreulicht, das vom in Fig. 20 gezeigten Apparat beobachtet wird;
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm, das den dritten grundlegenden Aufbau des Meßapparates zum Messen der Verteilung von Wellenlängen mit Null-Dispersion der optischen Faser darstellt; und
Fig. 24 ist ein Diagramm, das die Wellenform vom Rückstreulicht des OTDR-Impulses zeigt.
Bei der Messung einer Verteilung von Wellenlängen mit Null- Dispersion in einer optischen Faser wird festgestellt, ob es eine Modulationsinstabilität gibt, die nur in einem anomalen Dispersionsbereich auftritt (in einer üblichen optischen Faser, der auf der Seite der längeren Wellenlänge als die Wellenlänge einer Null-Dispersion der Faser liegt, und die nachstehende Beschreibung fußt auf dieser Prämisse) oder aus der Rückstreulichtwellenform nicht festgestellt wird, die von einem optischen Zeitdomänenreflektometer (OTDR) beobachtet wird, das heißt, durch Beobachten der zuvor beschriebenen Phänomene, angezeigt als (1), (2) und (3) und induziert durch die Modulationsistabilität über die gesamte Länge der optischen Faser unter Test, kann eine Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnittst, bei dem einen der Phänome auftritt, aus den Wellenlängen des Pumplichts oder des OTDR-Impulses bestimmt werden. Die Wellenlänge des in die optische Faser unter Test eingeführten Pumplichts oder des OTDR-Impulses wird ebenfalls graduell von der Seite kürzerer Wellenlänge zu einer Seite längerer Wellenlänge gewobbelt, und die in der optischen Faser unter Tes verteiltten Wellenlängen mit Null-Dispersion werden einzeln nacheinander auf der Grundlage der Modulationsinstabilitätsphänomene bestimmt, die sequentiell von einem Abschnitt mit einer kürzeren Wellenlänge mit Null- Dispersion auftreten.
Nachstehend ist zuerst ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion der optischen Faser unter Test durch Beobachten der ersten einen der zuvor genannten Modulationsinstabilitätsphänomene bestimmt wird.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das den grundlegenden Aufbau des Gerätes zum Messen der Verteilung der Wellenlängen mit Null- Dispersion in der optischen Faser zeigt. In Fig. 2 setzt sich ein optisches Zeitdomänenreflektometer (OTDR) 10 zusammen aus einem impulserzeugenden ansteuernden Abschnitt 11, einer Lichtimpulsquelle 12, einem Richtkoppler 13, einem Hochgeschwindigkeitslichtdetektor 14 und einem Wellenformanzeigeabschnitt 15 für Rückstreulicht. Bezugszeichen 21 bedeutet einen Pumplichtlicht-Ansteuerabschnitt, Bezugszeichen 22 bedeutet eine Pumplichtquelle mit abstimmbarer Wellenlänge, und Bezugszeichen 23 bedeutet einen Multiplexer, der einen optischen Testimpuls (wird nachstehend als ein "OTDR- Impuls" bezeichnet, dem Multiplexverfahren unterzieht, das aus dem optischen Zeitdomänenreflektometer 10 kommt, und Pumplicht, das aus der Pumplichtquelle 22 kommt, so daß das Multiplexlicht in eine optische Faser 6 unter Test eingeführt wird.
Das optische Zeitdomänenreflektometer 10 gibt den OTDR- Impuls an die optische Faser unter Test 6 ab. Bei der Ausbreitung des OTRD-Impulses wird an verschiedenen Abschnitten der optischen Faser unter Test 6 Rückstreulicht erzeugt. Im optischen Zeitdomänenreflektometer 10 wird Rückstreulicht, das erzeugt und gerichtet wird, zum Eingang vom Richtkoppler 13 verzweigt und vom Hochgeschwindigkeitslichtdetektor 14 festgestellt, und die Wellenform des festgestellten Rückstreulichts wird auf einem Wellenformanzeigeabschnitt 15 für Rückstreulicht angezeigt. Hier ist die Stärke des Rückstreulichtes proportional zu derjenigen des OTDR-Impulses an einer Stelle, bei der das Rückstreulicht erzeugt wird. Der OTDR- Impuls wird aufgrund eines Verlustes in der optischen Faser bedämpft, bevor er die jeweiligen Abschnitte erreicht, und das Rückstreulicht wird ebenfalls mit im selben Umfang des Verlustes bedämpft, bevor es zum Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test zurückkehrt. Das Rückstreulicht wird darüber hinaus stetig von den verschiedenen Abschnitten während der Ausbreitung des OTDR-Impulses zurückgegeben, und die erforderliche Zeit, bis das Rückstreulicht an dem weiter entfernten Abschnitt verlängert sich und kehrt zum Eingangsanschluß zurück. Das Rückstreulicht hat folglich eine bemerkenswert gestreute Wellenform, verglichen mit derjenigen des OTDR-Impulses, der in die optische Faser unter Test 6 eingeführt wird. Durch Beobachten der Wellenform des Rückstreulichts kann folglich eine Verteilung der OTDR- Impulsstärke in der optischen Faser unter Test 6 in Längsrichtung bestimmt werden. Die Neigung der Änderung der OTDR-Impulsstärke in Hinsicht auf die Entfernung stellt auch den Verlust der optischen Faser unter Test 6 dar.
Nachstehend ist als nächstes das Meßprinzip der Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion im zuvor beschriebenen Gerät abgehandelt. Die Modulationsinstabilität ist eine der nichtlinearen Phänome, die in einer optischen Faser auftreten, und entspricht einer Vierwellenmischung im Falle, daß Phasenanpassung durch Eigenphasenmodulation auftritt. Die Modulationsinstabiliät ist ein Phänomen, bei dem eine Verstärkung an beiden Seitenbandwellenlängen des Hochintensitätslichts erzeugt wird, wenn Licht mit hoher Intensität in die optische Faser unter Test eingeleitet wird. Die Verstärkung G (dB) pro Einheitslänge in der optischen Faser unter Test wird durch folgende Gleichung (2) ausgedrückt:
wobei D ein Dispersionswert einer Wellenlänge vom Pumplicht ist, n&sub2; ein nichtlinearer Brechungsindexkoeffizient, Aeff ein effektiver Kernbereich ist, c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, P&sub0; die Stärke des Pumplichts, λpu die Pumplichtwellenlänge, und wobei Δλ die Wellenlängenverschiebung von der Pumplichtwellenlänge ist. Fig. 3 zeigt den Wellenlängengang der Verstärkung G, die aus Gleichung (2) errechnet ist, wenn D, der Dispersionswert, 0,05, 0,1, 0,2 und 0,5 (ps/km/nm) annimmt. Angemerkt sei, daß hier angenommen wird, daß λpu = 1 550 (nm), P&sub0; = 100 (mW), Aeff = 50 (um²) und n&sub2; = 3,2 · 10&supmin;¹&sup6; (cm²/W) ist.
Beispielsweise wird angenommen, daß der Verlust in einem Abschnitt der optischen Faser zuerst reduziert ist, wenn die Wellenlänge λpu des Pumplichts graduell hin zu einer längeren Wellenlängenrichtung geändert und auf λ&sub0; eingestellt wird, während der Verlust der optischen Faser unter Test 6 vom optischen Zeitdomänenreflektometer 10 überwacht wird. Das heißt, es wird angenommen, daß eine lokale Verstärkung am Abschnitt erzeugt wird. In diesem Falle kann geschätzt werden, daß eine Wellenlänge mit Null-Dispersion an diesem Abschnitt λ&sub0; ist. Wenn darüber hinaus der Verlust an einem anderen Abschnitt der optischen Faser unter Test reduziert ist, wenn die Pumplichtwellenlänge weiter hin zur längeren Wellenlängenrichtung geändert und auf λ&sub1; gebracht wird, auch geschätzt werden kann, daß die Wellenlänge mit Null-Dispersion des anderen Abschnitts λ&sub1; ist. Auf diese Weise können die Wellenlängen mit Null-Dispersion abschnittsweise bestimmt werden, und eine Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion kann über die gesamte Länge der optischen Faser unter Test 6 gemessen werden.
Die Wellenlänge λpu des Pumplichts und die Wellenlänge λpr des OTDR-Impulses kann willkürlich ausgewählt werden, braucht aber nicht so eingestellt zu werden, daß der OTDR-Impuls eine Verstärkung aufgrund der Modulationssinstabiliät erfährt, die durch das Pumplicht induziert wird, das heißt, λpr wird innerhalb des Wellenlängenbereichs eingestellt, bei dem die Verstärkung aufgrund von Modulationsinstabilität erzeugt wird, wie in Fig. 4 gezeigt. Folglich sind die jeweiligen Wellenlängen λpu und λpr der Pumplichtquelle 22 und der Lichtquelle im optischen Zeitdomänenreflektometer 10 abstimmbar. Eine Lichtquelle mit einer großen Bandbreite und einem abstimmbaren Wellenlängenfilter zum Abschneiden eines Teils der großen Bandbreite kann anstelle der abstimmbaren Wellenlängenlichtquelle verwendet werden.
Die Modulationsinstabilität tritt nur in einem anomalen Dispersionsbereich auf. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Wellenlänge mit Null-Dispersion des Pumplichts um so enger, je kleiner der Absolutwert des Dispersionswertes ist, und je breiter die Wellenlänge der Verstärkung ist. Wenn die Dispersionsneigung s in der Nähe der Wellenlänge mit Null- Dispersion λZD ist, wird der Dispersionswert D durch die folgende Gleichung (3) angegeben:
D = s · (λpu - λZD) (3)
An dieser Stelle kann die obige Gleichung (2) neu geschrieben werden:
Aus der Gleichung (4) kann eine Beziehung zwischen λpu, und λpr und der Verstärkung G pro Einheitslänge der optischen Faser errechnet werden. Berücksichtigt werden sollten verschiedene Wege zur Auswahl von λpu und λpr und die folgenden beiden Wege sind repräsentativ:
(a) λpr wird als Konstante eingesetzt, und λpu wird gewobbelt, und
(b) die Differenz zwischen λpu und λpr wird konstant gemacht und λpu gewobbelt.
Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Pumplichtwellenlänge λpu und der Verstärkung G pro Einheitslänge der optischen Faser, wenn im obigen Falle (b) (λpu - λpr = Δλ), Δλ wird geändert auf 4, 6, 8, 10, 20, 30 (nm). Angemerkt sei, daß die Parameter folgendermaßen gewählt waren. λZD = 1 550 (nm), s = 0,07 (ps/km/nm²), p&sub0; = 100 (mW), Aeff = 50 (um²) und n&sub2; = 3,2 · 10&supmin;¹&sup6; (cm²/W). Wie in Fig. 5 gezeigt, wird im Falle, daß die Pumplichtwellenlänge λpu von der Seite kürzerer Wellenlänge zur Seite längerer Wellenlänge gewobbelt wird, sich die Pumplichtwellenlänge, bei der die Verstärkung G pro Einheitslänge erhöht, die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion ist.
Wenn die Differenz zwischen der Wellenlänge λpu des Pumplichts und die Wellenlänge λpr des OTDR-Impulses größer wird, wird der Wellenlängenbereich enger, bei dem die Verstärkung erzeugt wird. Selbst wenn die Wellenlänge, bei der die Verstärkung pro Einheitslänge einen Spitzenwert erreicht, als die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion angesehen wird, anstelle des Bestimmens des zuvor beschriebenen Anstiegspunktes, und der Fehler ist klein. Jedoch gibt es tatsächlich ein Problem, das darin besteht, daß die Verstärkung pro Einheitslänge ansteigt und die Empfindlichkeit geringer wird. Diese beiden Wellenlängen λpu und λpr müssen folglich bei der Präzisionswellenlängeneinstellung bestimmt werden, und die verfügbare Pumplichtleistung ist in Betracht zu ziehen.
Dies ist nachstehend in mehr Einzelheiten beschrieben.
Wenn in der Theorie die Pumplichtwellenlänge λpu stetig gewobbelt wird, ist es möglich, die Verstärkung festzustellen, obwohl die Wellenlänge λpr einen beliebigen Wert annimmt. Da jedoch in der Praxis ein Problem aufkommt, wenn sich die Wellenlänge λpr weitestgehend von der Wellenlänge λpu unterscheidet oder sehr eng an der Wellenlänge λpu liegt, dann ist der Bereich von λpr für die Messung geeignet. Wenn die Wellenlänge λpr sich stark von der Wellenlänge λpu unterscheidet, wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Bereich der Wellenlänge, bei dem die Verstärkung erzeugt wird, wenn die Wellenlänge λpu von der Seite kürzerer Wellenlänge zur Seite längerer Wellenlänge in Hinsicht auf die Wellenlänge mit Null-Dispersion gewobbelt wird, auf einen kleinen Bereich von der Wellenlänge mit Null- Dispersion eingeengt. Wenn Δλ = 10 nm der Bereich von λpu ist, in dem die Verstärkung erzeugt wird, etwa 1,2 nm ist, wenn Δλ weiterhin erhöht wird, das heißt, Δλ = 30 nm, wie in Fig. 5 gezeigt, wird der Bereich der Wellenlänge λpu auf einen extrem engen Bereich von etwa 0,1 nm beschränkt. Um es umgekehrt zu sagen, wenn die Wellenlänge λpu konstant ist, dann ist der Wellenlängenbereich mit Null-Dispersion, bei dem die Verstärkung festgestellt werden kann, glich 0,1 nm. Selbst wenn in einem derart engen Wellenlängenbereich die optische Faser unter Test im wesentlichen eine einheitliche Verteilung der Wellenlänge mit Null-Dispersion hat, kann eine Verstärkungserzeugung durch den OTDR festgestellt werden, weil der Abschnitt, in dem eine Wellenlänge mit Null-Dispersion in einem kleinen Wellenlängenbereich präsent ist, relativ lang ist. In einer optischen Faser unter Test mit bemerkenswerter Änderungsverteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion ist jedoch der Abschnitt, in dem die Wellenlänge mit Null-Dispersion in einem kleinen Wellenlängenbereich präsent ist, relativ kürzer. Folglich ist es schwierig, die lokale Verstärkungserzeugung festzustellen, wenn die Länge des Abschnitts, bei dem Verstärkung auftritt, kürzer als die Abstandsauflösung des OTDR ist. Um die Abstandsauflösung des OTDR zu verbessern, ist es erforderlich, die Breite des optischen Impulses zu verkürzen. Die Energie des optischen Impulses fällt jedoch mit der Breite des optischen Impulses ab, er wird kürzer. Aus diesem Grund wird die Feststellung der Wellenform des Rückstreulichts, die ursprünglich schwierig ist, im Falle der hochauflösenden Messung noch schwieriger. Es wird angenommen, daß die Messung unter Verwendung eines handelsüblichen OTDR für das 1 550 nm-Band mit einem Dynamikbereich von etwa 20 dB ausgeführt wird, was einem Fall entspricht, bei dem eine optische Faser mit einer Länge von 50 km und ein Verlust von 0,4 dB/km gemessen wird, und die Entfernungauflösung beträgt etwa 100 m. Im Ergebnis hat ein Abschnitt der optischen Faser unter Test mit einer Neigung der Wellenlänge von Null-Dispersion von einem nm/km (= 0,1 nm/100 m) oder größer und kann nicht im obigen Falle von Δλ = 30 nm gemessen werden. Dies ist nicht praktisch.
Um den Meßbereich der Neigung der Wellenlänge mit Null- Dispersion aufzuweiten, ist es wünschenswert, Δλ so klein wie möglich zu machen. Im obigen Beispiel ist Δλ von 10 nm oder niedriger vom praktischen Gesichtspunkt aus erforderlich, um die Variation der Wellenlänge mit Null-Dispersion bis zu 10 nm/km zu messen.
Wenn andererseits die Wellenlänge λpr zu nahe an der Wellenlänge λpu liegt, kommt ein anderes Problem auf, das heißt, das Pumplicht kann nicht aus der optischen Faser eliminiert werden. Um eine nichtlineare Verstärkung zu schaffen, muß das Pumplicht im allgemeinen eine hohe Intensität haben. Wenn jedoch das Pumplicht stark ist, ist es schwierig, die Wellenform des Rückstreulichts oder den OTDR-Impuls (Testlicht) festzustellen, weil Rückstreulicht des OTDR-Impulses vom Rückstreulicht des Pumplichts oder des Lichts der Fresnel-Reflexion aus dem Endgerät maskiert ist. In diesem Falle kann daran gedacht werden, das Licht der Fresnel-Reflexion oder das Rückstreulicht des Pumplichts unter Verwendung eines optischen Filters abzuschneiden. Da jedoch die Filterkennlinie eines optischen Filters im allgemeinen nicht eine ideal rechteckige Gestalt hat, gibt es das Problem, daß Übersprechen aus der Wellenlänge λpu zur Wellenlänge λpr auftritt. Beispielsweise im Falle, bei dem ein optisches Filter eines dielektrischen Mehrschichtfilms als praktisches optisches Filter verwendet wird und das Licht der Fresnel-Reflexion oder das Rückstreulicht des Pumplichts um 40 dB zu unterdrücken ist, ist der Unterschied Δλ zwischen den Wellenlängen λpu und λpr mit 5 nm oder darüber erforderlich.
Wenn man, wie zuvor beschrieben, ein handelsübliches verfügbares OTDR (der Dynamikbereich zur Messung beträgt etwa 20 dB) und ein Filter des dielektrischen Mehrschichtfilmtyps als Pumplichtabschnittfilter für die Messung in einen 1550 nm-Hand verwendet, beträgt die Wellenlänge λpr gemäß der nachstehenden Bedingung als gültiger praktischer Wert:
λpu - 10 nm < λpr ≤ λpu - 5 nm oder
λpu + 5 nm ≤ λp ≤ λpu + 10 nm
Fig. 6 zeigt eine Wellenform des Rückstreulichts oder eines OTDR-Impulses. Hier setzt sich die Verteilung der Wellenlänge mit Null-Dispersion der optischen Faser unter Test 6 aus Abschnitten A (1 555 nm), B (1 550 nm) und C (1 553 nm) aus dem Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test in dieser Reihenfolge zusammen. Da eine übliche optische Faser auf der Seite der kürzeren Wellenlänge einer Wellenlänge mit Null- Dispersion ein normaler Dispersionsbereich ist, und die Seite der längeren Wellenlänge derselben ein anomaler Dispersionsbereich ist, wird das Pumplicht von der kürzeren Wellenlängenseite her zur längeren Wellenseite hin gewobbelt.
(1) In einem Bereich von λpu 1 550 (nm) tritt keine Modulationsinstabilität auf, weil die optische Faser unter Test über die gesamten Abschnitte in einem normalen Dispersionsbereich ist. Die Wellenform des Rückstreulichts oder des OTDR-Impulses, beobachtet mit dem optischen Zeitdomänenreflektometer, hat dieselbe Wellenform wie im Falle fehlenden Pumplichts.
(2) Wenn λpu 1 550 (nm) überschreitet, das heißt, λpu = 1 550 + α ist der Abschnitt B des anomalen Dispersionsbereichs, so daß aufgrund der Modulationsinstabilität Verstärkung erzeugt wird. Der Wert α ist positiv und liegt ein bißchen über Null. Das heißt, die Wellenform des mit dem optischen Zeitdomänenreflektometer beobachteten Rückstreulichts oder des OTDR-Impulses zeigt, daß die Neigung des Abschnitts B klein wird. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null- Dispersion im Abschnitt B auf 1 550 (nm) bestimmt.
(3) Wenn λpu etwas über 1553 (nm) liegt, das heißt, λpu = 1 553 + α, fällt die Verstärkung im Abschnitt B ab. Andererseits geht der Abschnitt C in einen anomalen Dispersionsbereich über, so daß eine Verstärkung erzeugt wird und die Neigung der Wellenform im Abschnitt C schwach wird. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt C auf 1 553 (nm) bestimmt.
(4) Wenn λpu etwas über 1555 (nm) liegt, das heißt, λpu = 1 555 + α, fallen die Verstärkungen in den Abschnitten B und C ab. Andererseits geht der Abschnitt A in einen anomalen Dispersionsbereich, so daß eine Verstärkung erzeugt wird. Im Ergebnis wird die Neigung der Wellenform im Abschnitt A gering. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt A mit 1 553 (nm) bestimmt.
Durch Wobbeln der Wellenlänge λpu des Pumplichts von der Seite kürzerer Wellenlänge hin zur Seite längerer Wellenlänge wird auf diese Weise die Verstärkung festgestellt, wobei die Wellenlängen λZD mit Null-Dispersion über die gesamten Abschnitte der optischen Faser unter Test bestimmt werden.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das das Meßgerät nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung detailliert zeigt. In Fig. 7 hat das optische Zeitdomänenretlektometer (OTDR) 10 grundsätzlich die Struktur wie dasjenige, das in Fig. 2 gezeigt ist. Die Pumplichtquelle 22 setzt sich zusammen aus einer Laserdiode (DFB-LD) 22A mit verteilter Rückkopplung im 1,5-um-Band und einem optischen Erbium-dotierten Lichtverstärker 22B, und der Multiplexer 24 verfügt einen Richtkoppler. Ein optisches Bandpaßfilter 16 ist zwischen dem optischen Zeitdomänenreflektometer 10 und dem Multiplexer 24 angeordnet, um nur dem OTDR-Impulsen den Durchgang zu gestatten und das Rückstreulicht vom Pumplicht zu beseitigen. Des weiteren sind ein Antireflexanschluß 31 mit einem leerlaufenden Ende des Multiplexers 24 verbunden und ein gegenüberliegendes Ende der optischen Faser unter Test zur Beseitigung der Reflexion des OTDR-Impulses und dem Pumplicht an den leerlaufenden Enden.
Wenn die DFB-LD in einer Impulsoperation angesteuert wird, kann das Erzeugen von simulierter Brillouin-Rückstreuung in einer optischen Faser unterdrückt werden, weil die Leitungsbreite des DFB-LD-Ausgangssignals aufgeweitet ist und der Lichtimpuls mit hoher Intensitätsspitzenleistung leicht aus dem optischen Verstärker gewonnen werden kann, weil der optische Verstärker Sättigungskennlinien mit durchschnittlicher Ausgangsleistung hat. Angemerkt sei, daß die Wiederholfrequenz des Pumplichts hinreichend größer als die des OTDR-Impulses ist.
Der OTDR-Impuls und das Pumplicht werden in die optische Faser unter Test 6 eingeführt, und die An-/Abwesenheit der Verstärkung aufgrund der durch das Pumplicht eingeführten Modulationsinstabilität wird aus der Wellenform des Rückstreulichts vom OTDR-Impuls vom optischen Zeitdomänenreflektometer 10 beobachtet. Dann wird die Wellenlänge mit Null-Dispersion eines Abschnitts der optischen Faser unter Test, bei der die Modulationsinstabilität auftritt, aus der Wellenlänge des Pumplichts bestimmt, wenn Verstärkung festgestellt wird.
Fig. 8A bis 8C zeigen die Wellenformen des vom in Fig. 7 gezeigten Gerät beobachteten Rückstreulichts vom OTDR-Impuls. Angemerkt sei, daß die DFB-LD direkt zum Ausgangssignal des Pumplichts mit einer NRZ-Wellenform von etwa 600 (Mb/s) moduliert wird. Fig. 8A zeigt die Wellenform des Rückstreulichts, wenn es kein Pumplicht gibt oder wenn die Pumplichtleistung gering ist, und die optische Faser unter Test zeigt eine übliche Verlustkennlinie der optischen Faser. Fig. 8B ist die Wellenform des Rückstreulichts, wenn die Pumplichtleistung groß ist und die Pumplichtwellenlänge 1550,9 (nm) beträgt. Wie sich aus der Figur ersehen läßt, wird eine Verstärkung aufgrund der Modulationsinstabilität an zwei Abschnitten von 6 bis 10 (km) und 15 bis 18 (km) aus dem Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test erzeugt. Die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion in diesen Abschnitten wird folglich auf 1550,9 (nm) oder etwas niedriger geschätzt.
Wenn erkannt ist, daß für die erste Zeit an diesen Abschnitten Verstärkung erzeugt wird, wenn die Pumplichtwellenlänge von der Seite kürzerer Wellenlänge hin zur Seite längerer Wellenlänge gewobbelt wird, kann gesagt werden, daß die Wellenlänge mit Null-Dispersion an diesen Abschnitten 1 550,9 (nm) beträgt, und die Wellenlängen mit Null-Dispersion die Abschnitte 1 550,9 (nm) übersteigen. Wenn darüber hinaus die Wellenlänge des Pumplichts hin zur Seite weiter längerer Wellenlänge gewobbelt wird, können die Wellenlängen mit Null- Dispersion der anderen Abschnitte abschnittsweise von der Seite kürzerer Wellenlänge her bestimmt werden. Um die Wellenlänge des Pumplichts zu wobbeln, wird die Temperaturänderung der DFB-LD einfach, und es ist ein passendes Verfahren. Das Wobbeln der Wellenlänge des Pumplichts kann unter Verwendung eines externen Cavitätslasers oder einer verteilten Braggschen Reflektorlaserdiode (DBR-LD) ausgeführt werden.
Fig. 8C zeigt ein Beobachtungsergebnis des optischen Spektrums in der Nähe der Wellenlänge vom Pumplicht durch einen optischen Spektralanalysator anstelle des Antireflexionsanschlusses 31 am entgegengesetzten Ende der optischen Faser unter Test. Wenn die Spitzenleistung des Pumplichts hoch ist, sind Seitenbandkeulen zu beobachten, die nicht zu beobachten sind, wenn die Pumplichtleistung niedrig ist. Diese Keulen werden als Ergebnis dessen beobachtet, daß spontan emittiertes Licht gemeinsam mit dem Pumplicht aus dem optischen Verstärker 22B durch die Verstärkung aufgrund der Modulationsinstabilität verstärkt wird. Diese Keulen sind folglich der Beweis der Gültigkeit des Meßverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Um für den Testimpuls (den OTDR-Impuls) die Verstärkung aufgrund des Pumplicht in effektiver Weise zu gewinnen, wird die Polarisation des Testimpulses wünschenswert mit derjenigen des Pumplichts übereinstimmen. Die Polarisationszustände des Testimpulses und der Pumplichtänderung während der Ausbreitung in der optischen Faser unter Test und die Polarisationszustände nach Ausbreitung sind jedoch nicht notwendigerweise zwischen dem Testimpuls und dem Pumplicht in Übereinstimmung miteinander. Selbst wenn die Polarisation des OTDR-Impulses mit derjenigen des Pumplichts in Übereinstimmung gebracht werden, wenn beide Lichtarten in die optische Faser unter Test eingeführt werden, ist somit die Polarisation des OTDR-Impulses nicht immer in Übereinstimmung mit derjenigen des Pumplichts an einem Abschnitt der optischen Faser unter Test nach der Ausbreitung. Der Unterschied der Polarisation zwischen dem Pumplicht und dem OTDR-Impuls ist schematisch in Fig. 9 dargestellt. Ein Pfeil in Fig. 9 zeigt die Richtung der Polarisation an.
Um das obige Problem zu lösen, ist es vorzuziehen, daß zwei Arten von Pumplicht oder zwei Arten von OTDR-Impulsen, deren Polarisationszustände orthogonal zueinander sind, dem Multiplexverfahren unterzogen und in die optische Faser unter Test eingeführt werden, so daß die Polarisation des Pumplichts und des OTDR-Impulses übereinstimmen, selbst wenn die Polarisation des Pumplichts oder des OTDR-Impulses sich während der Ausbreitung in der optischen Faser unter Test ändert. Andererseits ist es vorzuziehen, daß die Verstärkung des OTDR- Impulses zeitgemittelt wird, indem die Polarisation des Pumplichts oder des OTDR-Impulses zufällig geändert wird.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau zeigt, bei dem zwei Arten von Pumplicht mit Polarisationsebenen orthogonal zueinander und mit derselben Wellenlänge von einem Pumplichtquellentreiber 21A und einer Pumplichtquelle 22A erzeugt werden; und ein Pumplichtquellentreiber 21B und eine Pumplichtquelle 22B werden dem Polarisationsmultiplexverfahren durch einen Polarisationmultiplexer 25 unterzogen, um das Pumplicht zu erzeugen. Fig. 10 zeigt auch schematisch die Polarisationszustände des Pumplichts und des OTDR-Impulses zu dieser Zeit.
Wenn Licht mit linearer Polarisation am Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test sich in der optischen Faser unter Test ausbreitet, ändern sich die Polarisationszustände, das heißt, das Licht wird typischerweise geändert, um eine elliptische Polarisation anzunehmen. Dieser Polarisationszustand kann durch zwei Polarisationskomponenten ausgedrückt werden. Wenn zwei Arten von Pumplicht mit linearer Polarisation orthogonal zueinander und mit derselben Intensität dem Polarisationsmultiplexverfahren unterzogen werden und somit Multiplexpumplicht in die optische Faser unter Test eingeführt wird, kann das Polarisationsmultiplexpumplicht mit dieselbe Intensität der Polarisationskomponente mit einer willkürlichen Polarisationsrichtung in einem beliebigen Abschnitt der optischen Faser unter Test haben. Selbst wenn sich durch Verwenden des in Fig. 10 gezeigten Aufbaus die OTDR- Impulspolarisation ändert, um einen beliebigen der Polarisationszustände anzunehmen, wie einen linearen Polarisationszustand, einen elliptischen Polarisationszustand oder einen Kreispolarisationszustand, während sich der OTDR- Impuls in der optischen Faser unter Test ausbreitet und die OTDR-Impulspolarisation in zwei orthogonale Polarisationen aufgelöst wird, ist die Polarisationskomponente des Pumplichts mit demselben Intensitätswert auch in der Orthogonalpolarisation enthalten, in die der OTDR-Impuls zerlegt ist. Folglich kann erwartet werden, daß eine nichtlineare Verstärkung des OTDR- Impulses ohne Einfluß auf die Änderung im Polarisationszustand erzeugt wird.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau zeigt, bei dem zwei optische Impulse mit Polarisationsebenen, die orthogonal zueinander sind und mit derselben Wellenlänge erzeugt werden von Impulserzeugungstreibern 11A und 11B und Wellenlängen abstimmbaren Lichtquellen 12A und 12B, die im OTDR 10 vorgesehen sind. Die beiden Impulse mit linearer und wechselweise orthogonaler Polarisation werden von einem Polarisationmultiplexer 25 der Multiplexbehandlung unterzogen, um den OTDR-Impuls zu erzeugen. Fig. 11 zeigt auch schematisch die Polarisationszustände des Pumplichts und des OTDR-Impulses zu dieser Zeit.
Durch Anwenden eines derartigen Aufbaus, der dem Falle des in Fig. 10 gezeigten Pumplichts gleicht, kann der OTDR-Impuls dieselbe Stärke der Polarisationskomponente mit einer willkürlichen Richtung in einem beliebigen Abschnitt der optischen Faser unter Test haben. Selbst wenn sich die Pumplichtpolarisation ändert, um einen beliebigen der Polarisationszustände anzunehmen, wie beispielsweise einen linearen Polarisationszustand, einen elliptischen Polarisationszustand oder einen Zirkularpolarisationszustand, während sich das Pumplicht in der optischen Faser unter Test ausbreitet, wenn das Pumplicht zerlegt wird in zwei orthogonale Polarisationen, ist folglich die Polarisationskomponente des OTRD-Impulses mit demselben Intensitätswert auch in der Orthogonalpolarisation vorhanden, in die das Pumplicht zerlegt ist. Folglich kann erwartet werden, daß eine lineare Verstärkung des OTDR-Impulses ohne Einfluß der Änderung im Polarisationszustand erzeugt wird.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau zeigt, bei dem die Polarisation des OTDR-Impulses von einem Polarisationssteuertreiber 26 und einer Polarisationssteuerung 27 gesteuert wird, so daß die Polarisation des OTDR-Impulses zufällig ausfällt, und gleichermaßen wird die Polarisation vom Pumplicht von einer Polarisation des OTDR-Impulssteuertreibers 28 und einer Polarisationssteuerung 29 gesteuert, so daß die Polarisation des Pumplichts zufällig ausfällt. Fig. 12 zeigt auch schematisch die Polarisationszustände des Pumplichts und des OTDR-Impulses zu dieser Zeit. Die Zufälligkeit der Polarisation sowohl des OTDR-Impulses als auch des Pumplichts kann hinreichend sein, um die Verstärkungserzeugung zu stabilisieren.
Wenn die Polarisationen des Pumplichts und des OTDR-Impulses unabhängig voneinander gemacht werden, schnell und zufällig variieren, haben die Polarisationskomponenten des Pumplichts und des OTDR-Impulses dieselbe Polarisationsrichtung schnell und zufällig zeitlich geändert, nachdem sich sowohl das Pumplicht als auch der OTDR-Impuls in der optischen Faser unter Test ausbreitet. Somit ändert sich auch die nichtlineare Verstärkung. Wenn folglich die nichtlineare Verstärkung zeitlich gemittelt wird, kann ein stabiler durchschnittlicher nichtlinearer Verstärkungswert für eine relativ kurze Durchschnittszeit gewonnen werden. Das heißt, die stabile Übereinstimmung in der zeitlichen Mittlung zwischen Polarisationen kann durch erzwungenes Variieren der Polarisationen erreicht werden. Dies kann von einem beliebigen Abschnitt der optischen Faser unter Test gesagt werden. Genauer gesagt, der Polarisationszustand wenigstens des Pumplichts oder des OTDR-Impulses am Eingangsanschluß wird geändert und durch Mittlung einer Vielzahl von Wellenformen von den wiederholt erzeugten OTDR-Impulsen, und es wird ein zeitgemittelter Verstärkungserzeugungsabschnitt der optischen Faser unter Test festgestellt.
Ungeachtet der Polarisationszustände des Pumplichts und des OTDR-Impulses breiten sich diese in der optischen Faser unter Test durch den in Fig. 10, 11 oder 12 gezeigten Aufbau aus, so daß der OTDR-Impuls eine stabile Verstärkung oder eine stabile zeitgemittelte Verstärkung aufgrund des Pumplichts haben kann.
Da die Pumplichtleistung immer weiter erhöht wird, kann die Effizienz der Verstärkungserzeugung aufgrund der Nichtlinearität immer weiter erhöht werden. Es gibt den Fall, daß somit die Ausgangsleistung von einer Halbleiterlaserquelle nicht für das Pumplicht ausreicht, das heißt, einen Fall, daß das Pumplicht in der optischen Faser unter Test bedämpft wird, so daß die optische Faser unter Test nicht in effizienter Weise angeregt werden kann, wie in Fig. 13 gezeigt. In diesem Falle kann daran gedacht werden, daß das Ausgangssignal der Halbleiterlaserquelle von einem optischen Verstärker verstärkt wird. Das höchst effektive Mittel zur gegenwärtigen Zeit ist, daß ein Verstärker unter Verwendung einer Erbium-dotierten optischen Faser (EDFA) zur Verstärkung des Lichts im 1,55-um-Band verwendet wird. Da EDFA jedoch eine Sättigungskennlinie hat, wie in Fig. 14 gezeigt, und aufgrund des Verlustes der optischen Faser unter Test, selbst wenn EDFA angewandt wird, ist es nicht leicht, die erforderliche Pumplichtleistung zu erzeugen, um es zu ermöglichen, eine Wellenlänge mit Null-Dispersion in einem Abschnitt der optischen Faser unter Test weit entfernt vom Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test zu messen, das heißt, einen Abschnitt, der etwa 50 km vom Eingangsanschluß entfernt ist.
Um das obige Problem zu lösen, kann die Durchschnittsleistungs-Verstärkungskennlinie von EDFA verwendet werden. Das heißt, weil die maximale Ausgangsleistung der EDFA durch den Durchschnittswert beschränkt ist, wenn das Pumplicht in einer Weise einer Sequenz von Impulsen verwendet wird, die jeweils eine kurze Dauer haben, ist es möglich, die Spitzenleistung eines jeden Impulses vom Pumplicht zu erhöhen, wobei dieselbe Durchschnittsleistung beibehalten wird. Im Ergebnis kann der optische nichtlineare Effekt wirkungsvoll gewonnen werden.
Fig. 15 zeigt einen Aufbau, bei dem eine Sequenz von Impulsen als Pumplicht verwendet wird, und die Pumplichtimpulse werden von einem optischen Faserverstärker 33 verstärkt, indem ein Licht direkt unter Verwendung einer seltenen Erde verstärkt wird, wie beispielsweise Erbium, als dotierte optische Faser. Die Dauer eines jeden Impulses des Pumplichts ist kürzer als der OTDR-Impuls, und die Wiederholfrequenz des OTDR-Impulses und die Wiederholfrequenz der Impulse des Pumplichts ist kürzer, so daß eine Vielzahl von Impulsen des Pumplichts in der Dauer des OTDR- Impulses präsent ist. Beispielsweise wird angenommen, daß die optische Faserverstärkung im Ausgangssignal mit einer maximalen Ausgangsleistung von 100 mW in die Sättigung geht. Wenn das Pumplicht eine stetige Welle ist, wird die Spitzenleistung des Pumplichts vom optischen Faserverstärker verstärkt und ist begrenzt auf 100 mW. Wenn jedoch das Pumplicht eine Sequenz von Impulsen mit einer Wiederholfrequenz von 100 MHz ist, das heißt, eine Wiederholperiode von 10 ns und eine Dauer von 1 ns, wird das Einverhältnis des Impulses 1/1C, und die Spitzenleistung eines jeden Impulses des Pumplichts kann 1 W für die durchschnittliche Leistungverstärkungskennlinie des optischen Faserverstärkers haben. Selbst wenn die durchschnittliche Leistung denselben Wert von 100 mW hat, kann folglich die Effizienz der nichtlinearen Verstärkungserzeugung verbessert werden.
Fig. 16 zeigt einen Aufbau, bei dem ein Burst-Zustand der Impulssequenz vom Pumplicht anstelle der Impulssequenz mit einer Wiederholfrequenz verwendet wird, und das Imupulsgemisch vom Pumplicht und vom OTDR-Impuls ist unter Verwendung eines gemeinsamen Oszillators 34 miteinander synchronisiert und wird in die optische Faser unter Test eingeführt. Ebenso wie in Fig. 15 gezeigten Falle wird angenommen, daß beispielsweise der optische Faserverstärker im Ausgangssignal und maximaler Ausgangsleistung bei 100 mW in die Sättigung geht. Obwohl im in Fig. 15 gezeigten Falle die Impulsspitzenleistung der Impulssequenz des Pumplichts ein 1 W ist, liefern die Impulse der Impulssequenz des Pumplichts, die sich in der Sequenz der OTDR- Impulse nicht überlappen, keinen Beitrag zur nichtlinearen Verstärkungserzeugung, und die Leistung gemäß der sich nicht überlappenden Impulse des Pumplichts wird nicht effektiv genutzt. Wenn nur die Impulse der Impulssequenz des Pumplichts verstärkt werden, die sich mit den OTDR-Impulsen während der Ausbreitung in der optischen Faser unter Test überlappen, ist dies effektiver. Beispielsweise wird angenommen, daß die OTDR- Impulse eine Wiederholfrequenz von 10 kHz haben und eine Dauer von 1 us, die Pumplichtimpulsgemische sind synchronisiert mit den OTDR-Impulsen, und die Wiederholfrequenz des Gemischs beträgt 10 kHz, das heißt, die Wiederholperiode des Gemischs ist 100 us. Wenn das Impulsgemisch eine Burst-Breite von 2 us hat, um eine Toleranz zur Abweichung der Pumplichtsimpulse von den OTDR-Impulsen während der Ausbreitung in der optischen Testfaser unter Test zu haben, beträgt das Burst-Zeit-Belegungsverhältnis 1/50. Eine relative durchschnittliche effektive Einschaltdauer des Impulses von 1/500 kann durch Multiplizieren 1/50 mit dem Impulszeitbelegungsverhältnis von 1/10 und der Spitzenleistung eines jeden Impulses des Impulsgemischs vom Pumplichts als Ausgangssignals des optischen Faserverstärkers auf 50 W verstärkt werden. Selbst wenn die Durchschnittsleistung denselben Wert von 100 mW hat, kann die Effizienz der nichtlinearen Verstärkungserzeugung verbessert werden.
Durch den in den Fig. 15 oder 16 gezeigten Aufbau kann der optische nichtlineare Effekt in effektiver Weise erzielt werden, da die Spitzenleistung des Pumplichts erhöht werden kann.
Als nächstes ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Verteilung der Wellenlängen mit Null- Dispersion der optischen Faser unter Test aus der Beobachtung des zweiten Phänomens der oben genannten Modulationsinstabiliätsphänomene gemessen wird.
Fig. 17 zeigt den zweiten grundlegenden Aufbau des Meßgerätes zum Messen der Verteilung der Wellenlängen mit Null- Dispersion der optischen Faser unter Test. In Fig. 17 bedeutet Bezugszeichen 10' ein optisches Zeitdomänenreflektometer (OTDR), und ein optisches Bandpaßfilter 17, das nur eine Wellenlänge durchläßt, die den Lichtimpuls umsetzt, ist an der Vorstufe des Hochgeschwindigkeitsdetektors 14 zusätzlich zum Aufbau des in Fig. 2 gezeigten optischen Zeitdomänenreflektometers 10 vorgesehen.
Fig. 18 zeigt eine Beziehung zwischen dem optischen Impuls des wellenlängenumgesetzten Lichts und dem OTDR-Impuls. Dies ist das optische Spektrum des Ausgangslichts vom gegenüberliegenden Anschluß der optischen Faser unter Test, wenn der OTDR-Impuls und das Pumplicht mit dem in Fig. 4 gezeigten Wellenlängengang in den Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test eingeführt wird. Wie in Fig. 18 gezeigt, wird der optische Impuls des wellenlängenumgesetzten Lichts (1565 nm) aufgrund der durch das Pumplicht induzierten Modulationsinstabilität auf der Seite im wesentlichen gegenüber dem OTDR-Impuls (1 548 nm) in Hinsicht auf die Wellenlänge des Pumplichts (1 556,5 nm) als Symmetrieachse erzeugt. Die Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dsipersion der optischen Faser unter Test 6 kann durch Beobachten der Wellenform des Rückstreulichts lediglich der Wellenlänge des umgesetzten Lichtimpulses durch das optische Bandpaßfilter 17 gemessen werden, wie im zuvor beschriebenen Falle.
Fig. 19 zeigt die Wellenform des Rückstreulichts vom wellenlängenumgesetzten Lichtimpuls. Hier wird die Verteilung der Wellenlänge mit Null-Dispersion der optischen Faser unter Test 6 so angenommen, daß sie sich zusammensetzt aus einem Abschnitt A (1 555 nm), einem Abschnitt B (1 550 nm) und einem Abschnitt C (1 553 nm) in dieser Reihenfolge aus dem Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test. Da in einer üblichen optischen Faser die Seite kürzerer Wellenlänge einer Wellenlänge mit Null-Dispersion ein normaler Dispersionsbereich und die Seite längerer Wellenlänge davon ein anomaler Dispersionsbereich ist, wird das Pumplicht von der Seite kürzerer Wellenlänge zur Seite längerer Wellenlänge gewobbelt.
(1) In einem Bereich von λpu < 1 550 (nm) tritt keine Modulationsinstabilität auf, weil der gesamte Abschnitt der optischen Faser unter Test ein normaler Dispersionsbereich ist. Das Rückstreulicht des wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses wird vom optischen Zeitdomänenreflektometer nicht beobachtet.
(2) Wenn λpu 1 550 (nm) geringfügig übersteigt, das heißt, λpu = 1 550 + α, wird der Abschnitt B der anomale Dispersionsbereich, so daß der wellenlängenumgesetzte Lichtimpuls aufgrund der Modulationsinstabilität erzeugt wird. Das heißt, die Wellenform des Rückstreulichts vom wellenlängenumgesetzten Lichtimpuls, beobachtet vom optischen Zeitdomänenreflektometer, hat einen schmalen Abschnitt im Abschnitt B. Angemerkt sei, daß, da der Abschnitt C der normale Dispersionsbereich ist, der wellenlängenumgesetzte Lichtimpuls nicht erzeugt wird, und der im Abschnitt B erzeugte wellenlängenumgesetzte Lichtimpuls wird aufgrund des Verlustes der optischen Faser unter Test im Abschnitt C bedämpft. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt D mit 1 550 (nm) bestimmt.
(3) Wenn λpu 1 553 (nm) geringfügig überschreitet, das heißt, λpu = 1 553 + α wird die Leistung des wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses, der im Abschnitt B erzeugt wird, erhöht. Andererseits geht der Abschnitt C in einen anomalen Dispersionsbereich, so daß ein wellenumgesetzer Lichtimpuls erzeugt wird. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null- Dispersion im Abschnitt C auf 1 553 (nm) bestimmt.
(4) Wenn λpu 1 555 (nm) überschreitet, das heißt, λpu = 1 550 + α, geht Abschnitt A in einen anomalen Dispersionsbereich über, so daß ein wellenlängenumgesetzter Lichtimpuls erzeugt wird. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt A auf 1 555 (nm) bestimmt.
Auf diese Weise wird die Wellenlänge λpu des Pumplichts von der Seite kürzerer Wellenlänge her zur Seite längerer Wellenlänge hin gewobbelt, um die Erzeugung des wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses und die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion über die gesamten Abschnitte der optischen Faser unter Test zu bestimmen. Angemerkt sei, daß die Verfahren der Fig. 11 und 12, bei denen die stabile Feststellung des nichtlinearen Effekts durch Unterdrücken von Unsicherheiten aufgrund der Variationen des Polarisationszustandes vom Pumplicht und vom OTDR-Impuls ausgeführt wird, und es können die in den Fig. 15 und 16 gezeigten Verfahren vom optischen Faserverstärker mit im in Fig. 17 gezeigten Aufbau verwendet werden, wobei eine Impulssequenz des Pumplichts verwendet und verstärkt wird.
Als nächstes wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die Verteilung der Wellenlänge mit Null-Dispersion der optischen Faser unter Test aus der Beobachtung des dritten Phänomens der zuvor genannten Modulationsinstabilitätsphänomene gemessen wird.
Fig. 20 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm eines Gerätes zum Messen der Verteilung der Null-Dispersion in einer optischen Faser unter Test 6 durch Beobachten der Wellenform des Rückstreulichts vom wellenlängenumgesetzten Lichtimpuls. In Fig. 20 wird anstelle des in Fig. 17 gezeigten Multiplexers 23 ein Richtkoppler 24 verwendet, und zwei optische Zirkulatoren 33A und 33B und zwei optische Bandpaßfilter 34A und 34B sind vorgesehen. Der optische Zirkulator 33A und 33B hat drei Anschlüsse 331, 332 und 333, und auf den Anschluß 331 fallendes Licht kommt aus dem Anschluß 332 aus, während Licht, das auf den Anschluß 332 fällt, aus dem Anschluß 333 herauskommt. Der Anschluß 333 des optischen Zirkulators 33A und der Anschluß 331 des optischen Zirkulators 33B sind über optische Bandpaßfilter 34A mit einer mittleren Wellenlänge von 1550 nm des Übertragungslichts verbunden, und der Anschluß 333 des optischen Zirkulators 33B und der Anschluß 331 des optischen Zirkulators 33A sind über optische Bandpaßfilter 34B miteinander verbunden, das eine mittlere Wellenlänge von 1 562 nm des Übertragungslichts hat. Unter den aus dem OTDR 10 und auf den Anschluß 332 des optischen Zirkulators 33A einfallenden optischen Impulsen wird der Impuls mit der Wellenlänge 1 550 nm durch die optische Faser herausgeschnitten und in die optische Faser unter Test 6 durch den optischen Koppler 24 gemeinsam mit dem Pumplicht eingeführt. Während unter dem rückkehrenden Licht aus der optischen Faser unter Test 6, das auf den Anschluß 331 des optischen Zirkulators 34B auftrifft, fällt nur das Licht mit der Wellenlänge von 1 562 nm auf den OTDR 10. In diesem Falle ist das optische Filter 17 gemäß Fig. 17 unnütz.
Unter Verwendung des in Fig. 20 gezeigten Gerätes wurden Pumplicht mit einer Wellenlänge von 1 556 nm und der OTDR-Impuls mit einer Wellenlänge von 1 550 nm in die optische Faser unter Test 6 eingeführt, und die Wellenform des rückkehrenden Lichtes aus der optischen Faser unter Test 6 nur mit einer Wellenlänge von 1 562 nm, das heißt, die Wellenlänge des wellenlängenumgesetzten Lichts wurde beobachtet.
Die Wellenformen des rückkehrenden Lichts mit einer Wellenlänge von 1 562 nm aus der optischen Faser unter Test 6, das heißt, die Verteilung der Leistung des rückkehrenden Lichts in der Entfernung der optischen Faser unter Test 6, ist zunächst in Fig. 21 gezeigt, wenn nur der OTDR-Impuls in die optische Faser ohne das Pumplicht eingeführt wird. Es gibt kein Rückstreulicht. Nur das einheitliche Rauschen aufgrund einer ASE (verstärkte spontane Emission) des optischen Verstärkers 22b in der Pumpimpulsquelle wird beobachtet. Wenn die Leistung des eingeführten Pumpimpulses gering ist, wird die Wellenform des rückkehrenden Lichts dieselbe sein, wie sie in Fig. 21 gezeigt ist. Fig. 22 zeigt die Wellenform des aus der optischen Faser 6 rückkehrenden Lichts, das heißt, das optische Rückstreulicht des Leerimpulses, nur umgesetzt im Abschnitt mit anomaler und Fast- Null-Dispersion, wenn die durchschnittliche zeitliche Leistung des Pumpimpulses größer als 10 mW der zeitgemittelten Leistung ist. Wie in Fig. 22 gezeigt, wurde das Rückstreulicht des wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses mit einer Wellenlänge von 1 562 nm in einem Abstand von etwa 6,5 km bis 9,5 km vom Eingangsende der optischen Faser unter Test 6 beobachtet. Es ist allgemein bekannt, daß der Abschnitt der optischen Faser unter Test 6 dieses Abstandsbereichs eine relative Dispersion für das Licht hat, das die Wellenlänge von 1 556 nm hat. Die Wellenlänge mit Null-Dispersion eines Abschnitts der optischen Faser unter Test 6 kann bekannt sein durch Wobbeln der Pumpimpulswellenlänge. Das heißt, wenn die Wellenlänge des Pumpimpulses von kürzerer Wellenlänge her zu längerer Wellenlänge hin gewobbelt wird, wird die Wellenlänge, bei der das Rückstreulicht zuerst beobachtet wird, als Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts geschlossen, wenn das Rückstreulicht zuerst in einem Abschnitt beobachtet wird. Am Abschnitt der Entfernung von 6,5 km aus dem vom Eingangsende entfernt wurde in diesem Ausführungsbeispiel das Rückstreulicht des wellenumgesetzten Lichtimpulses beobachtet, wenn die Wellenlänge des Pumpimpulses 1 556 nm erreichte, und folglich ist die Wellenlänge mit Null-Dispersion dieses Abschnitts der optischen Faser unter Test 6 gleich 1 556 nm.
Fig. 23 zeigt den dritten grundlegenden Aufbau des Meßgerätes zum Messen der Verteilung der Wellenlänge mit Null- Dispersion der optischen Faser unter Test. Dieser Aufbau, bei dem der OTDR-Impuls in die optische Faser unter Test 6 eingeführt und die Bedämpfung des OTDR-Impulses selbst beobachtet wird, schließt das optische Zeitdomänenreflektometer (OTDR) 10 und ein optisches Bandpaßfilter 16 ein, das nur den OTDR-Impuls durchläßt.
Die Wellenlänge des in die optische Faser unter Test 6 eingeführten OTDR-Impulses wird gewobbelt, und wenn die Wellenlänge in den anomalen Dispersionsbereich eintritt, tritt Modulationsinstabilität auf. Die Leistung des OTDR-Impulses wird in optische Impulsleistung mit einer unterschiedlichen Wellenlänge bei dem Modulationsinstabilitäts-Erzeugungsabschnitt umgesetzt, und der OTDR-Impuls selbst wird bedämpft. Wenn das Rückstreulicht des OTDR-Impulses vom optischen Zeitdomänenreflektometer 10 durch das optische Bandpaßfilter 16 empfangen wird, kann die Wellenform des Rückstreulichts in einer solchen Weise beobachtet werden, daß der optische Faserverlust bei dem Modulationsinstabilitäts-Erzeugungsabschnitt erhöht wird. Angemerkt sei, daß das optische Bandpaßfilter 16 an der Vorstufe des Hochgeschwindigkeitsdetektors 14 angeordnet werden kann.
Fig. 24 zeigt die Wellenform des Rückstreulichts vom OTDR- Impuls. Hier wird angenommen, daß die Verteilung der Wellenlängen mit Null-Dispersion der optischen Faser unter Test 6 zusammengesetzt ist aus einem Abschnitt A (1 555 nm), einem Abschnitt B (1 550 nm) und einem Abschnitt C (1 553 nm) in dieser Reihenfolge aus dem Eingangsanschluß der optischen Faser unter Test. Da in einer üblichen optischen Faser die Seite kürzerer Wellenlänge einer Wellenlänge mit Null-Dispersion ein normaler Dispersionsbereich ist und die Seite der längeren Wellenlänge ein anomaler Dispersionsbereich ist, wird die Wellenlänge des OTDR-Impulses von der Seite kürzerer Wellenlänge her zur Seite längerer Wellenlänge hin gewobbelt.
(1) Im Bereich von λpr > 1 550 (nm) tritt keine Modulationsinstabilität auf, weil der gesamte Abschnitt der optischen Faser unter Test im normalen Dispersionsbereich liegt. Das vom Zeitdomänenreflektometer beobachtete Rückstreulicht des OTDR-Impulses hat keine Überschußbedämpfung.
(2) Wenn λpr = 1 550 (nm) geringfügig überschreitet, das heißt, λpr = 1 550 + α, dann wird der Abschnitt B der anomale Dispersionsbereich, so daß der ODTR-Impuls aufgrund der Modulationsinstabilität abgeschwächt wird. Das heißt, die Wellenform des vom optischen Zeitdomänenreflektometer beobachteten Rückstreulichts vom OTDR-Impuls hat einen überschüssigen geneigten Abschnitt im Abschnitt B. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt B auf 1 550 (nm) bestimmt.
(3) Wenn λpr 1 553 (nm) geringfügig übersteigt, das heißt, λpr = 1 553 + α, wird die Überschußbedämpfung im Abschnitt B gering. Der Abschnitt C geht andererseits in einen anomalen Dispersionsbereich, so daß der OTDR-Impuls übermäßig bedämpft wird und der Abschnitt C eine Überschußneigung aufweist. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt C auf 1 553 (nm) bestimmt.
(4) Wenn λpr = 1 555 (nm) geringfügig überschreitet, das heißt, λpr = 1 555 + α, geht der Abschnitt A in einen anomalen Dispersionsbereich über, so daß der OTDR-Impuls übermäßig bedämpft wird, so daß der Abschnitt A eine Überschußneigung hat. Auf diese Weise wird die Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion im Abschnitt A auf 1 555 (nm) bestimmt.
Auf diese Weise wird die Wellenlänge λpr des OTDR-Impulses von der Seite kürzerer Wellenlänge zur Seite längerer Wellenlänge hin gewobbelt, um die Überschußbedämpfung des OTDR- Impulses der über den gesamten Abschnitt der optischen Faser unter Test bestimmten Wellenlängen λZD mit Null-Dispersion festzustellen.
Wie schon beschrieben, kann die Verteilung λZD(z) der Wellenlänge λZD mit Null-Dispersion über die gesamte Länge der optischen Testfaser gemessen werden. Dadurch wird es möglich, eine Übertragungsleitung des nichtlinearen Typs einzurichten, bei der Werte lokaler Dispersion als Parameter wichtig sind.
Wenn jedoch darüber hinaus die Verteilung der Wellenlänge λZD(z) bestimmt wird, kann eine Verteilung der Dispersionswerte D(z) für eine Signalwellenlänge λs in der Nähe der Wellenlänge mit Null-Dispersion geschätzt werden. Beispielsweise wird eine durchschnittliche Dispersionsneigung für eine Wellenlänge eines Dispersionswertes in der Nähe der Wellenlänge mit Null- Dispersion λZd-ave von 1,5 um dispersionsverschobener Faser allgemein beschrieben mit:
[ΔDave/Δλ]λ = λZD-ave 0,07(ps/km/nm²)
und bei dieser Anwendung kann die Verteilung D(z) der Dispersionswerte für die Signalwellenlänge λs folgendermaßen geschätzt werden:
D(z) = {λs - λZD(z)}[ΔDave/Δλ]λ = λZD-ave
Des weiteren entspricht die Modulationsinstabilität dem Fall, bei dem Phasenanpassung in Vierwellenmischung basierend auf Eigenphasenmodulation ausgeführt wird, und dieselben Vorteile der vorliegenden Erfindung können erzielt werden, selbst wenn die Vierwellenmischung verwendet wird, aufgrund einer anderen Phasenanpassung, bei die Phasenanpassung bei einer Wellenlänge in Nähe der Wellenlänge mit Null-Dispersion ausgeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Wellenlänge mit Null-Dispersion in einer optischen Faser, mit den Verfahrensschritten:

Einkoppeln eines optischen Impulses oder eines optischen Impulses und einem Pumplicht in eine optische Faser;

Beobachten der Wellenform von als Reaktion auf den optischen Impuls erzeugtem Rückstreulicht, wobei die Wellenform eine Leistungsverteilung in Längsrichtung der optischen Faser zeigt;

Feststellen des Auftretens einer durch den optischen Impuls oder den optischen Impuls und Pumplicht in einem Abschnitt der optischen Faser erzeugten Modulationsinstabilität aus der beobachteten Rückstreulichtwellenform; und

Bestimmen der Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts der optischen Faser, wobei das Bestimmen auf der Wellenlänge des optischen Impulses oder des Pumplichts basiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als der optische Impuls und das Pumplicht zum Einkoppeln ein optischer Prüfimpuls und Pumplicht in die optische Faser dient, und wobei das Feststellen des Auftretens einer Verstärkungserzeugung durch einen Abschnitt der optischen Faser, an dem die Leistung des optischen Prüfimpulses aufgrund der vom Pumplicht induzierten Modulationsinstabilität verstärkt ist, aus der Rückstreulichtwellenform erfolgt, und wobei das Bestimmen der Wellenlänge mit Null-Dispersion des Verstärkungserzeugungsabschnitts der optischen Faser auf der Grundlage der Pumplichtwellenlänge erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, mit dem Verfahrensschritt des Wobbelns der Pumplichtwellenlänge von einer kürzeren zu einer längeren Wellenlänge, wobei jede der Wellenlängen, bei der das Einsetzen der Verstärkung der optischen Prüfimpulsleistung für jeweilige Abschnitte der optischen Faser festgestellt wird, der Bestimmung als jeweilige Null-Dispersionwellenlänge eines jeden der Abschnitte dient.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das Feststellen eines Erzeugungsabschnitts durchschnittlicher Verstärkung der optischen Faser durch zufälliges Ändern des Polarisationszustandes wenigstens entweder des Pumplichts oder des optischen Prüfimpulses durch Durchschnittsbildung einer Vielzahl der wiederholt gewonnenen Rückstrahllichtwellenformen in einem Zustand erfolgt, bei dem sich die jeweiligen Polarisationszustände des Pumplichts und des Prüfimpulses am Eingangsende der optischen Faser nach Messen der Vielzahl von Rückstrahllichtwellenformen voneinander unterscheiden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein optischer Prüfimpuls und ein Pumplicht in die optische Faser als der optische Impuls und das Pumplicht eingekoppelt werden, und bei dem durch Beobachten der Rückstreulichtwellenform eines wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses, der eine im wesentlichen symmetrische Wellenlänge zur optischen Prüfimpulswellenlänge über eine Symmetrieachse bei der Pumplichtwellenlänge auf einem Wellenlängenspektrum hat, das Feststellen des Auftretens einer Modulationsinstabilität in einem Abschnitt der optischen Faser erfolgt, bei in dem der wellenlängenumgesetzte Lichtimpuls aufgrund der durch Pumplicht induzierten Modulationsinstabiliät erzeugt wird, und bei dem das Bestimmen der Wellenlänge mit Null-Dispersion des Abschnitts der optischen Faser auf der Grundlage der Pumplichtwellenlänge erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, mit dem Verfahrensschritt des Wobbelns der Punktlichtwellenlänge von kürzerer zu längerer Wellenlänge und wobei jede der Wellenlängen, bei der das Einsetzen der Erzeugung eines wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses für jeweilige Abschnitte der optischen Faser festgestellt wird, als jeweilige Wellenlänge mit Null-Dispersion eines jeden der Abschnitte bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Feststellen des Auftretens einer Modulationsinstabilität eines Abschnitts der optischen Faser, in dem der wellenlängeumgesetzte Lichtimpuls erzeugt wird, durch zufälliges Ändern des Polarisationszustandes entweder wenigstens des Pumplichts oder des optischen Prüfimpulses und durch Durchschnittsbildung einer Vielzahl der Rückstreulichtwellenformen in wiederholter Weise, gewonnen in einem Zustand erfolgt, bei dem sich die jeweiligen Polarisationszustände des Pumplichts und des Prüfimpulses bei dem Eingabeende der optischen Faser nach Messen der Vielzahl von Rückstreulichtwellenformen voneinander unterscheiden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6, bei dem als das Pumplicht durch Polaraisationsmultiplexen zweier Lichtstrahlen mit zueinander orthogonalen Polarisationsebenen gewonnenes Licht identischer Wellenlänge und Intensität dient.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 oder 6, bei dem der verwendete optische Prüfimpuls ein durch Polarisationsmultiplexen zweier gepulster Lichtstrahlen mit zueinander orthogonalen Polarisationsebenen und identischer Wellenlänge und Intensität gewonnener Lichtimpuls ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei dem das Pumplicht als Impulssequenz vorgesehen ist; und bei dem ein optischer Faserverstärker die Impulssequenz verstärkt, der Licht direkt unter Verwendung einer mit seltenen Erden dotierter optischer Faser verstärkt, und

bei dem eine Zeitdauer eines jeden der Impulse des Pumplichts kürzer ist als diejenige des optischen Prüfimpulses und bei dem die Wiederholfrequenz der Impulse des Pumplichts so eingerichtet ist, daß es in der Impulsdauer des optischen Prüfimpulses eine Vielzahl von Impulsen des Pumplichts gibt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem ein Umsetzen der Impulssequenz des Pumplichts in eine Sequenz von Impulsbursts vom Pumplicht und Einführen der Sequenz von Impulsbursts des Pumplichts und des optischen Prüfimpulses synchron in die optische Faser unter Test erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem allein der optische Impuls in die optische Faser eingeführt wird und bei dem das Feststellen des Auftretens von Überschußverlusterzeugung in einem Abschnitt der optischen Faser durch Beobachten der Rückstreulichtwellenform des optischen Impulses erfolgt, in dem die optische Impulsleistung aufgrund der durch den optischen Impuls induzierten Modulationsinstabilität exzessiv bedämpft ist, und bei dem das Bestimmen der Wellenlänge mit Null- Dispersion des Überschußverlust-Erzeugungsabschnitts der optischen Faser auf der Grundlage der optischen Impulswellenlänge erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, mit dem Verfahrensschritt des Wobbelns der optischen Impulswellenlänge von kürzerer zu längerere Wellenlänge und wobei jede der Wellenlängen, für die das Einsetzen einer Überschußbedämpfung der optischen Impulsleistung für jeweilige Abschnitte der optischen Faser unter Test festgestellt und als jeweilige Wellenlänge mit Null- Dispersion eines jeden der Abschnitt bestimmt wird.

14. Apparat zu Messung der Wellenlängen mit Null-Dispersion in einer optischen Faser (6), mit folgenden Mitteln:

einer Impulslichtquelle (10: 11-13) zum Erzeugen und Einführen eines optischen Impulses in die optische Faser (6); und

einem Empfänger (10: 13), der auf den optischen Impuls anspricht und der in der optischen Faser erzeugtes Rückstreulicht empfängt;

gekennzeichnet durch:

ein Detektionsmittel (10: 14, 15) zum Erzeugen einer eine Leistungsverteilung in Längsrichtung der optischen Faser anzeigenden Wellenform entsprechend dem empfangenen Rückstreulicht und zum Feststellen des Auftretens einer in einem Abschnitt der optischen Faser induzierten Modulationsinstabilität.

15. Apparat zum Messen nach Anspruch 14, dessen Detektionsmittel (10) eingerichtet ist, das Auftreten einer Überschußverlusterzeugung in einem Abschnitt der optischen Faser festzustellen.

16. Apparat zur Messung nach Anspruch 15, bei dem die Impulslichtquelle (11) ein Mittel zum Wobbeln der optischen Impulswellenlänge von kürzerer zu längerer Wellenlänge enthält.

17. Apparat zur Messung nach Anspruch 14, mit einer Pumplichtquelle (21, 22) zum Erzeugen eines Pumplichtes und mit einem Multiplexer (23; 24; 23 und 25) zum Multiplexen des Pumplichts und des optischen Impulses und zum Einführen des Multiplexpumplichts und optischen Impulses in die optische Faser, wobei das Feststellmittel eingerichtet ist, das Auftreten einer Verstärkungserzeugung in einem Abschnitt der optischen Faser festzustellen.

18. Apparat zur Messung nach Anspruch 14, mit einer Pumplichtquelle (21, 22) zum Erzeugen von Pumplicht und mit einem Multiplexer (23; 24; 23 und 25) zum Multiplexen des Pumplichts und des optischen Impulses zum Einführen des Multiplexpumplichts und optischen Impulses in die optische Faser, wobei der Empfänger (13) dem Empfangen des Rückstreulichts des wellenlängenumgesetzten Lichtimpulses dient, und wobei das Feststellmittel (14, 15) eingerichtet ist, das Auftreten einer Modulationsinstabilität in einem Abschnitt der optischen Faser festzustellen, in dem das Erzeugen des wellenumgesetzte Lichtimpuls erfolgt.

19. Apparat zur Messung nach Anspruch 17 oder 18, dessen Pumplichtquelle zwei Pumplichtquellen (21A, 22A und 21B, 22B) enthält, um zwei Lichtstrahlen mit orthogonal zueinander verlaufenden Polarisationsebenen derselben Wellenlänge und derselben Intensität zu erzeugen, und wobei der Multiplexer (23 und 25) eingerichtet ist zum Multiplexen der beiden Lichtstrahlen und des optischen Impulses.

20. Apparat zur Messung nach Anspruch 17 oder 18, dessen Impulslichtquelle (11, 12) zwei gepulste Lichtquellen (11A, 12A und 11B, 12B) enthält, um zweie gepulste Lichtstrahlen mit orthogonal zueinander verlaufenden Polarisationsebenen mit derselben Wellenlänge und derselben Intensität zu erzeugen, und wobei der Multiplexer (23 und 25) eingerichtet ist zum Multiplexen der beiden gepulsten Lichtstrahlen und des Pumplichts.

21. Apparat zur Messung nach Anspruch 17 oder 18, mit wenigstens einem Mittel (28, 29) zum Ändern eines Polarisationszustands des Pumplichts und einem Mittel (26, 27) zum Ändern eines Polarisationszustands des optischen Impulses.

22. Apparat zur Messung nach Anspruch 17 oder 18, mit einem Mittel (21, 22, 32) zum Bereitstellen des Pumplichts als eine Impulssequenz; und mit einem optischen Faserverstärker (33) zum Verstärken der Impulssequenz des Pumplichts.

23. Apparat zur Messung nach Anspruch 22, mit einem Mittel (21, 22, 32) zum Bereitstellen der Impulssequenz des Pumplichts als eine Sequenz von Impulsbursts; und mit einem Mittel (34) zum Synchronisieren der Sequenz von Impulsbursts des Pumplichts mit den optischen Impulsen zum Einführen der Sequenz von Impulsbursts des Pumplichts synchronisiert mit den optischen Impulsen in die optische Faser.

24. Apparat zur Messung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dessen Pumplichtquelle (21) ein Mittel zum Wobbeln der Pumplichtwellenlänge von kürzeren zu längeren Wellenlängen enthält.