DE69800438T2

DE69800438T2 - Lokalisierung von Fehlern in faseroptischen Systemen

Info

Publication number: DE69800438T2
Application number: DE69800438T
Authority: DE
Inventors: Josef Beller
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: DE69800438D1; US6388741B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lokalisierung von Fehlern in Lichtwellenleiter-Systemen.
Optische Impulsreflektometer (Optical Time Domain Reflectometer, OTDR) sind Messgeräte nach dem Stand der Technik zur Lokalisierung von Fehlern (z. B. Brüche, Biegungen, mechanische Belastungen, usw.) in Lichtwellenleiter-Systemen oder Netzen, die aus einer oder mehreren Lichtwellenleiter-Verbindungen bestehen, z. B. zur Verbindung einer oder mehrerer optischer Komponenten. Das Reflektometerprinzip hat sich zu einer breit akzeptierten Technik zur Erfassung von Rückstreusignalen entwickelt, da es sich für Messungen an einem Anschluss und für Entfernungsbereiche bis zu 200 km und darüber hinaus eignet.
Ein OTDR sendet ein Impulssignal in ein Lichtwellenleiter-Netz, das eine oder mehrere optischen Komponenten umfasst, z. B. Lichtwellenleiter, Filter, Koppler oder Ähnliches. Das gepulste Signal ist typischerweise ein Laserimpuls mit einer bestimmten Laser- Wellenlänge. Eine kleiner Betrag des Impulssignals wird kontinuierlich in Gegenrichtung zum OTDR zurückgestreut und stellt Dämpfung, Verlust und Reflexionsvermögen im getesteten optischen Netz dar. Durch Messung des Betrages des zurückgestreuten und/oder reflektierten Signals über der Zeit wird die Dämpfung des optischen Netzes über der Entfernung gemessen. Die Ergebnisse einer oder mehrerer Einzelmessungen werden üblicherweise kombiniert, und diese Kombination stellt eine OTDR-Kurve des optischen Netzes dar. In einer durch eine OTDR-Messung erhaltenen typischen OTDR- Kurve entspricht die x-Achse der Entfernung zwischen dem OTDR und einem Ort im optischen Netz. Die y-Achse zeigt den Leistungspegel des reflektierten Signals und lässt Details über die Dämpfung der optischen Übertragungsstrecke im optischen Netz erkennen. Eine detaillierte Beschreibung des gegenwärtigen Kenntnisstandes über OTDR und Analysen von OTDR-Kurven wird vom Erfinder im Buch von Dennis Dickson: "Fiber optic test and measurement", ISBN 0-13-534330-5, 1998, auf den Seiten 434 ff, detailliert angegeben
Das OTDR erlaubt die Lokalisierung von Fehlern in Lichtwellenleiter-Systemen durch Auswertung von OTDR-Kurven und Interpretation von Fehlern als spezielle Diskontinuitäten. Diese Auswertung hat jedoch eine "natürliche" Grenze, insbesondere bei räumlich ausgedehnten Lichtwellenleiter-Systemen (z. B. langen Lichtwellenleitern), bei denen das zurückgestreute Signal schließlich kleiner als der Rauschpegel des OTDR- Empfängers wird.
Eine weitere Begrenzung der Anwendbarkeit von OTDR-Messungen zur Lokalisierung von Fehlern in Lichtwellenleiter-Systemen tritt auf, wenn Lichtwellenleiter- Übertragungsstrecken getestet werden müssen, die mit Erbium-dotierten Lichtwellenleiter-Verstärkern (EDFAs) ausgestattet sind. In diesem Umfeld treffen Standard-OTDR auf einige Hindernisse. Erstens erzeugt ein EDFA ein beträchtliches optisches ASE- Rauschen (amplified spontaneous emission, verstärkte spontane Emission), durch das ein empfindliches Messgerät, wie ein OTDR, gestört wird, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden. Dieses Problem kann zum Beispiel durch ein optisches Schmalbandfilter im Empfängerpfad gelöst werden. Zweitens enthalten EDFAs im Allgemeinen optische Isolatoren, die verhindern, dass zurückgestreutes und reflektiertes Licht zum Eingangsanschluss zurückkehrt. Drittens können durch die sehr hohen Signalpegel in einer EDFA-Übertragungsstrecke nichtlineare Interferenzen mit dem Testsignal eines OTDR auftreten.
US-Patentschrift 5 187 362 beschreibt eine Dämpfungserkennung in einem verzweigten Lichtwellenleiter mit einem Reflektor, der am Ende jedes Zweiges des Lichtwellenleiters angebracht ist. US-Patentschrift 5 093 568 beschreibt eine OTDR-Messung, bei der ein Vergleich mit schon erfassten Daten aus vorherigen Messungen durchgeführt wird. EP- A-424643 beschreibt ein tragbares Messgerät zur Prüfung optischer Netze, bei dem die Messwerte mit vorher gespeicherten Ergebnissen verglichen werden.
EP-A-823621 beschreibt eine Lichtwellenleiter-Übertragungsstrecke, bei der sich entlang des Lichtwellenleiters eine Vielzahl von Beugungsgittern zur Erkennung der Lage eines Fehlers befindet. Reflektierende Elemente zur Reflexion unterschiedlicher Wellenlängen können auf der Lichtwellenleiter-Übertragungsstrecke verteilt werden, um die Lage eines Fehlers mit höherer Genauigkeit zu erkennen. Die Angaben in diesem Dokument liefern die Präambel zu Anspruch 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zur Lokalisierung von Fehlern in Lichtwellenleiter-Systemen bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Hauptansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungen werden durch die untergeordneten Ansprüche gezeigt.
Gemäß der Erfindung wird ein räumlich ausgedehntes optisches Element, wie zum Beispiel ein Lichtwellenleiter, mit einer Vielzahl von Reflexionsereignissen ausgestattet, die räumlich entlang des optischen Elementes angeordnet sind.
Der Wert des Reflexionsvermögens jedes Reflexionsereignisses wird so bestimmt, dass er vom Abstand zu einem Messpunkt abhängig ist, an dem die reflektierten Signale gemessen werden. Vorzugsweise steigen die Werte des Reflexionsvermögens mit steigender Entfernung vom Messpunkt an, um die Dämpfung des Elementes zu kompensieren. Dies ermöglicht den Empfang reflektierter Signale mit im Wesentlichen konstanten Amplituden, die vom Abstand des Reflexionsereignisses unabhängig sind. Dies erlaubt auch die Reduktion des Einflusses von möglichen Breitband-Rauschquellen, wie z. B. EDFAs, auf die Messungen.
Mögliche Fehler im optischen Element werden lokalisiert, indem ein Signal in das optische Element gesendet wird, die von den Reflexionsereignissen reflektierten Signale gemessen und die gemessenen reflektierten Signale mit den erwarteten Signalen verglichen werden, die dem fehlerfreien optischen Element entsprechen. Für den Fall, dass keine Fehler im optischen Element vorliegen, entsprechen die gemessenen reflektierten Signale im Wesentlichen den erwarteten Signalen. Für den Fall, dass ein oder mehrere Fehler im optischen Element vorliegen, werden die gemessenen reflektierten Signale in einem Abstand hinter dem oder jedem der mehreren Fehler in einem bestimmten Grad gedämpft, oder mit anderen Worten, sie zeigen bezüglich des erwarteten Signals zumindest eine andere (z. B. geringere) Amplitude, oder sie verschwinden sogar.
Die Erfindung kann mit einem System ausgeführt werden, das Mittel zum Senden eines optischen Signals in das optische Element und Mittel zur Messung des reflektierten Signals umfasst. Dies kann z. B. durch ein in der Technik bekanntes OTDR ausgeführt werden. Das System umfasst weiterhin Mittel zum Vergleich der gemessenen reflektierten Signale mit den erwarteten Signalen, die dem fehlerfreien optischen Element entsprechen. Dies kann z. B. durch eine Datenverarbeitungseinheit realisiert und ausgeführt werden, die ein Teil des OTDR oder eine getrennte Einrichtung sein kann.
Die erwarteten Signale können z. B. aus einer vorherigen Messung, wie z. B. einer Akzeptanzmessung, erhalten oder bestimmt werden, oder sie können berechnet oder anders erhalten werden, zum Beispiel aus einer theoretischen Analyse (z. B. Simulation oder Modellierung) und/oder aus Informationen über den Lichtwellenleiter (wie z. B. physikalische Eigenschaften). Hierdurch ist es möglich, dass eine Messung der an einer oder an der Vielzahl von Reflexionsereignissen reflektierten Signale Informationen über mögliche Fehler im optischen Element liefert.
Die Reflexionsereignisse können durch jeden Ort dargestellt werden, an dem eine Änderung des Brechungsindex auftritt, und sie sind vorzugsweise Beugungsgitter, wie z. B. Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter.
Die Reflexionsereignisse können als einzelne Einrichtungen ausgeführt werden, z. B. zwischen aufeinanderfolgenden Teilen des optischen Elementes, wie einzelne Lichtwellenleiter-Teile, sie werden jedoch vorzugsweise in das optische Element aufgenommen, z. B. als Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter.
Die Reflexionsereignisse werden vorzugsweise so ausgewählt, dass sie eine definierte Reflexions-Charakteristik über der Wellenlänge bereitstellen. In einer bevorzugten Ausführung werden Reflexionsereignisse, wie z. B. Bragg-Beugungsgitter, verwendet, die eine bestimmte Mittenwellenlänge haben, bei der das Signal reflektiert oder teilwei se reflektiert wird, während alle anderen Wellenlängen im Wesentlichen nicht reflektiert werden.
In einer bevorzugten Ausführung werden die Reflexionsereignisse so gewählt, dass sie für verschiedene Wellenlängen unterschiedliche Charakteristiken des Reflexionsvermögens über der Wellenlänge liefern. Dies ermöglicht die Durchführung von Messungen mit unterschiedlichen Messungswellenlängen zur Lokalisierung einzelner Reflexionsereignisse, die zu der/den jeweiligen Wellenlänge(n) gehören. Auf diese Weise können die Werte des Reflexionsvermögens der Reflexionsereignisse bei einer bestimmten Wellenlänge unabhängig gewählt werden und müssen nicht vom Reflexionsvermögen und der zugehörigen Einfügungsdämpfung der Reflexionsereignisse an den anderen Wellenlängen abhängen. In diesem Fall sind keine Messungen zur Bestimmung der Zeitabhängigkeiten der reflektierten Signale erforderlich, um ein spezielles reflektiertes Signal einem speziellen Reflexionsereignis deutlich zuzuordnen.
Die Fehlerlokalisierung gemäß der Erfindung kann auf einzelne optische Elemente angewendet werden, z. B. zur Überwachung eines speziellen Lichtwellenleiters, und/oder auf ein optisches Netz, das ein oder mehrere längliche optische Elemente (z. B. Lichtwellenleiter-Segmente) umfasst, die zwischen (optisch nicht länglichen) optischen Elementen, wie z. B. Filter, Umschalter, o. ä. gekoppelt sind. In dem Fall, dass reflektierte Signale von unterschiedlichen Reflexionsereignissen innerhalb des zu messenden/überwachenden optischen Systems dieselben Charakteristiken zeigen, müssen zusätzliche Informationen gesammelt werden, um die verschiedenen Reflexionsereignisse voneinander zu unterscheiden. Derartige Informationen können Zeit- Informationen sein, z. B. die Zeit zwischen dem Aussenden eines Messsignals und dem Empfang des reflektierten Signals, wie sie von einem OTDR automatisch bestimmt wird.
Anstelle eines Reflexionsereignisses an einer bestimmten Stelle können ein Paar oder mehr als zwei Reflexionsereignisse zusammen gruppiert werden, um ein spezielles Muster von Reflexionen zu erzeugen. Ein derartiges Muster kann einfach erkannt werden und führt automatisch zu einer bestimmten Stelle.
Wenn optische Verstärker wie z. B. EDFAs zwischen aufeinanderfolgenden optischen Elementen oder Teilen davon eingesetzt werden, wird jedes dieser optischen Elemente vorzugsweise mit einer Sequenz reflektierender Elemente mit vom Abstand abhängigen Werten des Reflexionsvermögens und/oder mit für verschiedene Wellenlängen unterschiedlichen Charakteristiken des Reflexionsvermögens über der Wellenlänge ausgestattet. Dies ermöglicht die Lokalisierung von Fehlern in jedem der optischen Elemente. Für den Fall, dass optische Isolatoren eingesetzt werden, die verhindern, dass das rückgestreute und/oder reflektierte Licht zum Messanschluss am Eingang zurück gelangt, kann es sein, dass ein Rückschleifen-Pfad (für zurücklaufende Signale) oder andere geeignete Mittel bereitgestellt werden müssen, um sicherzustellen, dass die reflektierten Signale zum Messpunkt zurückkehren können.
Die Messfrequenz wird vorzugsweise so gewählt, dass sie sich von möglichen oder tatsächlichen Übertragungsfrequenzen unterscheidet, die im optischen Element eingesetzt werden, z. B. zu Kommunikationszwecken, so dass die Messung unabhängig von diesem "Verkehr" auf dem/den optischen Element(en) durchgeführt werden kann.
Weitere Vorteile gegenüber den herkömmlichen OTDR-Messungen sind:
- Starke zurückkehrende Signale, da reflektierte Signale im Allgemeinen viel stärker sind als rückgestreute Signale
- Hohe Messgeschwindigkeit wegen der normalerweise (im Vergleich zu rückgestreuten Signalen) stärkeren reflektierten Signale, die keine umfangreiche Signal- Mittelwertbildung über der Zeit erfordern
- Zur weiteren Verbesserung des Signal-/Rauschabstandes (SNR) ist eine Code- Korrelation möglich
- Überwachung von in Betrieb befindlichen Lichtwellenleitern ist unabhängig vom Verkehr auf den Lichtwellenleiter möglich, und
- Rückstreuungsmessungen sind nicht erforderlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben und viele der begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden schnell erkannt und besser verstanden, indem man sich auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen bezieht, in denen:
Fig. 1a-d einen Lichtwellenleiter 10 gemäß der Erfindung und entsprechende OTDR-Kurven für Beispiele gemäß der Erfindung zeigen, und
Fig. 2a-d ein Beispiel für die Lokalisierung von Lichtwellenleiter- Brüchen und Dämpfungen in einer EDFA-Übertragungsstrecke und Beispiele für OTDR-Kurven hiervon zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1a zeigt einen Lichtwellenleiter 10 gemäß der Erfindung. Der Lichtwellenleiter 10 enthält als "Fehlercodierung" ein erstes Reflexionsereignis RE1 an einer Stelle x1 (von einem ersten Ende 20 des Lichtwellenleiters 10), ein zweites Reflexionsereignis RE2 an einer Stelle x2 und ein drittes Reflexionsereignis RE3 an einer Stelle x3. Die Reflexionsereignisse RE1 können entweder in gleichen Abständen bereitgestellt werden oder anders über die Länge des Lichtwellenleiters 10 verteilt sein. Insbesondere zur Überwachung von Fehlern an speziellen Stellen des Lichtwellenleiters 10 können ein oder mehrere Reflexionsereignisse RE1 in einem vorher festgelegten Muster innerhalb derartiger spezieller Stellen bereitgestellt werden. In der Ausführung von Fig. 1a werden die Reflexionsereignisse durch Beugungsgitter bereitgestellt, vorzugsweise durch Bragg- Gitter.
Zur Lokalisierung/Überwachung von Fehlern im Lichtwellenleiter 10 ist ein OTDR 30 entweder direkt oder über ein Lichtwellenleiter-Netz 40 an den Lichtwellenleiter 10 angeschlossen. Im Betrieb sendet das OTDR 30 ein Messsignal in den Lichtwellenleiter 10 und misst die vom Lichtwellenleiter 10 reflektierten Signale. Zur Beurteilung, ob im Lichtwellenleiter 10 ein Fehler aufgetreten ist, vergleicht das OTDR 30 die gemessenen reflektierten Signale mit erwarteten Signalen, die dem fehlerfreien Lichtwellenleiter 10 entsprechen. Die erwarteten Signale sind vorzugsweise Signale aus einer vorherigen Messung oder aus einer Anfangsmessung des Lichtwellenleiters 10.
Fig. 1b zeigt ein Beispiel einer OTDR-Kurve 50 des Lichtwellenleiters 10, die vom OTDR 30 für den Lichtwellenleiter 10 in Fig. 1a für einen fehlerfreien Zustand bestimmt wurde. Eine zweite OTDR-Kurve 60 desselben Lichtwellenleiters 10 zeigt einen Fall, in dem an der Stelle f1 zwischen den Reflexionsereignissen RE1 und RE2 ein Fehler auf tritt. In diesem Fall sind die reflektierten Signale der Reflexionsereignisse RE2 und RE3 völlig verschwunden, da an f1 eine vollständige Unterbrechung der Faser 10, z. B. ein Lichtwellenleiter-Bruch, vorliegt.
In dem Beispiel von Fig. 1b werden die Reflexionsereignisse mit im Wesentlichen gleichen Werten des Reflexionsvermögens bereitgestellt, so dass die Höhen H1, H2 und H3 der jeweiligen Reflexions-Spitzen bezogen auf den zuletzt gemessenen Wert vor dem jeweiligen Reflexionsereignis REi im Wesentlichen gleich sind.
Fig. 1c zeigt eine OTDR-Kurve 70 eines weiteren Beispiels, in dem die Werte des Reflexionsvermögens der Reflexionsereignisse REi auf eine Weise gewählt sind, dass die absolute Amplitude H bezogen auf einen definierten Absolutpegel für die Reflexionsereignisse REi im Wesentlichen gleich ist. Dies ist insbesondere in den Fällen vorteilhaft, in denen der Signalpegel der OTDR-Kurve 70 (wenigstens teilweise) unter einen Rauschpegel N fällt, so dass der Signalpegel des gemessenen Signals (mit Ausnahme der Reflexions-Spitzen der Reflexionsereignisse REi) kleiner als der Rauschpegel N ist. Dies ermöglicht die Bestimmung von Fehlern zwischen aufeinanderfolgenden Ereignissen REi über große Entfernungen, auch wenn eine Rückstreuungs-Analyse wegen des Rauschpegels N nicht mehr möglich ist.
In einer Ausführung für das Beispiel in Fig. 1c, in dem die zwischenliegenden Lichtwellenleiter-Segmente zwischen den Reflexionsereignissen REi und REi+1 die Dämpfung Ai zeigen, wird der Wert des Reflexionsvermögens ri+1 für ein folgendes Reflexionsereignis REi+1 so gewählt, dass das Doppelte der Dämpfung A; kompensiert wird.
Fig. 1d zeigt ein weiteres Beispiel für den Lichtwellenleiter 10, in dem die Werte des Reflexionsvermögens der Reflexionsereignisse REi verschiedene Abhängigkeiten von der Wellenlänge zeigen. In Fig. 1d werden die Frequenzen λi der Messsignale des OTDR 30 so gewählt, dass die Frequenzen λi mit den Mitten-Reflexionsfrequenzen der Reflexionsereignisse REi übereinstimmen. Der Deutlichkeit halber werden in Fig. 1d drei OTDR-Kurven in vertikalem Abstand zueinander dargestellt.
Die in den Fig. 1 gezeigten OTDR-Kurven zeigen eine bestimmte Einfügungsdämpfung für jedes Reflexionsereignis REi, was durch eine vertikale Verschiebung des reflektierten Signals des Lichtwellenleiters 10 an den Stellen xi angezeigt wird (siehe auch das oben erwähnte Buch von Dennis Derickson, z. B. auf Seite 457). Es ist jedoch klar, dass der jeweilige Wert der Einfügungsdämpfung vom Typ und der Ausführung des Reflexionsereignisses REi abhängen.
Es ist offensichtlich, dass ein oder mehrere Lichtwellenleiter 10, z. B. wie in Fig. 1a gezeigt, mit identischer oder unterschiedlicher Fehlercodierung zum Anschluss anderer optischer Komponenten verwendet werden können. Obwohl in diesem Fall die OTDR- Kurven komplizierter sein werden, sind die Prinzipien der Erfindung gleich und können entsprechend darauf angewendet werden.
Die Erfindung soll nun für ein Beispiel zur Lokalisierung von Lichtwellenleiter-Brüchen und Dämpfungen in EDFA-Übertragungsstrecken erläutert werden. Es ist jedoch klar, dass die Erfindung für eine beliebige Anordnung von Lichtwellenleitern mit oder ohne optische Verstärker benutzt werden kann. Darüber hinaus basiert das Beispiel auf Messungen mit unterschiedlichen Wellenlängen und auf Reflexionsereignissen mit unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten. Es ist jedoch klar, dass das Prinzip der Erfindung keine unterschiedlichen Wellenlängen erfordert und dass Messungen mit einer Wellenlänge und Reflexionsereignisse mit ähnlichen oder gleichen Wellenlängenabhängigkeiten ebenfalls eingesetzt werden können. In diesem Fall werden die Werte des Reflexionsvermögens vorzugsweise so gewählt, dass sie vom Abstand zum Messpunkt abhängen, z. B. auf eine Weise, das sich das Reflexionsvermögen mit steigendem Abstand erhöht, so dass im Wesentlichen konstante Amplituden der reflektierten Signale empfangen werden können.
Die Erfindung vermeidet Rückstreuungsmessungen zugunsten einer verbesserten Unempfindlichkeit gegen hohe ASE-Signale, einer höheren Messgeschwindigkeit und eines größeren Messbereichs. Anstelle der Rückstreuung werden bei der Erfindung Reflexionen auf der Übertragungsstrecke ausgewertet, die durch Reflexionsereignisse erzeugt werden, wie z. B. durch Beugungsgitter, die z. B. in den Lichtwellenleiter eingearbeitet sind. Derartige Gitter (z. B. Lichtwellenleiter-Bragg-Gitter) arbeiten vorzugsweise als teilweise sperrende Filter, wenn sie Licht mit ausgewählten Wellenlängen ausgesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführung, wie in Bild 2a gezeigt, ist ein Lichtwellenleiter- Übertragungsstrecke 100 mit Beugungsgittern, vorzugsweise Bragg-Gittern, ausgestattet, die unterschiedliche Sperrwellenlängen λi aufweisen und an verschiedenen Stellen in ein Lichtwellenleiter-Segment 10A eingebettet sind. Die Anzahl von Gittern, genauer der Abstand zwischen ihnen, bestimmt die räumliche Auflösung, mit der ein Fehler lokalisiert werden kann. Sendet man in den zu testenden Lichtwellenleiter 10A Lichtimpulse mit einer Wellenlänge, die der Mittenfrequenz λi eines solchen Gitters entspricht, wird ein Teil der Impulse reflektiert und läuft in Gegenrichtung zurück. Für den Fall eines Fehlers zwischen aufeinanderfolgenden Gittern reflektiert das erste Gitter (aus der Richtung des Messpunktes) noch die Messsignale, während der Fehler ganz oder teilweise verhindert, dass die Messsignale zum zweiten Gitter gelangen oder sie zumindest dämpft. In der Anordnung von Fig. 2a ist das Lichtwellenleiter-Segment 10A zwischen den optischen Verstärkern 105A und 105B angeschlossen.
Für den Fall, dass Isolatoren den optischen Pfad in Rückrichtung blockieren, wird vorzugsweise ein Rückschleifen-Pfad 110 bereitgestellt, der die reflektierten Signale in einen anderen Lichtwellenleiter 10B einspeist, welche die Signale zum Eingangsanschluss überträgt. Der Rückschleifen-Pfad 110 kann ebenfalls einen Vorwärtspfad und einen Pfad für das reflektierte Licht enthalten. Bei EDFA-Übertragungsstrecken (z. B. Untersee-Übertragungsstrecken) kann dies einfach gelöst werden, da Lichtwellenleiter normalerweise paarweise verlaufen. Derartige bidirektionale Verbindungen werden im Allgemeinen durch zwei unidirektionale Lichtwellenleiter realisiert, welche die Signale in entgegengesetzter Richtung übertragen. Eine Anordnung, die aus optischen Kopplern besteht, mit denen beide unidirektionale Lichtwellenleiter verbunden werden, kann einen derartigen Rückpfad bereitstellen.
Für eine vollständige Prüfung der in Fig. 2a gezeigten Lichtwellenleiter- Übertragungsstrecke 100 wird eine Anzahl von Lichtimpulsen mit unterschiedlichen Wellenlängen λi mit i = 1, 2,3, ... in Richtung des Lichtwellenleiters 10A eingespeist. Der Lichtwellenleiter 10A reagiert auf jedes einzelne Testsignal mit einem zurückkehrenden Impuls Ri, der durch die gemessenen Umlaufzeiten einer speziellen Stelle zugeordnet werden kann. Ein Lichtwellenleiter-Bruch oder eine zusätzliche Dämpfung der Übertragungsstrecke kann erkannt und lokalisiert werden, indem kontinuierlich die Höhe der einzelnen Reflexionen Ri mit den erwarteten Werten für einen fehlerfreien Lichtwellen leiter verglichen wird. Für den Fall eines Fehlers werden die Höhen der einzelnen Reflexionen Ri nach dem Fehler im Vergleich zu den erwarteten Werten unterschiedlich sein (hier: kleiner) oder sogar verschwinden.
Fig. 2b zeigt eine Messung mit einem einzigen Impuls (oder Code) bei λ&sub3;, der ein Rücksignal durch ein wellenlängenunabhängiges Bauelement R&sub0; ergibt (dies ist Teil des sich vorwärts ausbreitenden Signals) und eine wellenlängenabhängige Reflexion R&sub3; an der Position zur Folge hat, die der Lage von Lichtwellenleiter-Beugungsgitter λ&sub3; entspricht. Die geringere Höhe von R&sub3; wird durch die Lichtwellenleiter-Dämpfung verursacht.
Fig. 2c zeigt dieselbe Messung wie in Fig. 2b mit der Wellenlänge λ&sub1;.
Fig. 2d zeigt eine Messung auf der Übertragungsstrecke 100 mit justierten Werten des Reflexionsvermögens, was zu gleichen Höhen der Reflexionen führt. Für den Fall eines Lichtwellenleiter-Bruchs zwischen den Stellen R&sub2; und R&sub3; können die Reflexionen R&sub3; und R&sub4; nicht mehr erkannt werden.
Die Fig. 2b bis 2d zeigen OTDR-Kurven für Bereiche, in denen die zurückgestreuten Signale unter dem Rauschpegel N liegen. Somit übersteigen nur die zurückkehrenden Impulse Ri den Rauschpegel N.
Als Messungswellenlängen werden vorzugsweise Wellenlängen gewählt, bei denen die Übertragungsstrecke 100 keine zu hohe Dämpfung zeigt. Die Mittenwellenlängen λi der Beugungsgitter müssen so gewählt werden, dass sich keine Störungen der Verkehrssignale, d. h. der anderen z. B. für Kommunikationszwecke benutzten Signale, auf der Übertragungsstrecke ergeben. Z. B. kann λi entweder in ein ITU- (International Telecommunication Union) Raster für DWDM- (Dense Wavelength Division Multiplexing) Systeme passen oder außerhalb des Verkehrsbandes liegen.
Die Werte des Reflexionsvermögens der Lichtwellenleiter-Beugungsgitter können so gewählt werden, dass die Dämpfung des Lichtwellenleiters kompensiert wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die gemessenen zurückkehrenden Signale im Wesentlichen die gleiche Stärke aufweisen. Wenn zum Beispiel die Dämpfung der Übertragungsstrecke ungefähr 10 dB beträgt, muss das erste Gitter ein um 20 dB geringeres Reflexionsvermögen haben als das letzte auf der Übertragungsstrecke. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass der Betrag der reflektierten ASE-Leistung viel kleiner ist.
Da nur die Spitzen der Reflexionen gemessen werden müssen, kann ein Code- Korrelations-Verfahren angewendet werden, ohne dass lästige Probleme mit dem Rückstreusignal überlagerten Autokorrelations-Nebenkeulen auftreten.

Claims

1. Räumlich ausgedehntes optisches Element (10), vorzugsweise ein Lichtwellenleiter (LWL), der eine Vielzahl von Reflexionsereignissen (REi) umfasst, die räumlich entlang des optischen Elementes (10) verteilt sind, um mögliche Fehler im optischen Element (10) zu lokalisieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionswerte (ri) von zwei oder mehr Reflexionsereignissen (REi) vom Abstand zu einem Messpunkt (30) abhängen, an dem die reflektierten Signale gemessen werden.

2. Optisches Element (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionswerte (ri) mit steigendem Abstand vom Messpunkt ansteigen.

3. Optische Element (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionswerte (ri) auf eine Weise ausgewählt werden, dass die Amplitude (H) der an den Reflexionsereignissen (REi) reflektierten Signale im Wesentlichen gleich ist.

4. Optische Element (10) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsereignisse (REi) als einzelne Vorrichtungen ausgeführt sind oder innerhalb des optischen Elementes (10) enthalten sind.

5. Optische Element (10) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Reflexionsereignisse (REi) eine definierte Reflexionscharakteristik über der Wellenlänge bereitstellen.

6. Optische Element (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Reflexionsereignisse (REi) für unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Reflexionscharakteristiken über der Wellenlänge bereitstellen.

7. Optische Element (10) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Reflexionsereignisse zusammen gruppiert sind, um ein spezielles Muster von Reflexionen zu erzeugen.

8. Verfahren zur Lokalisierung möglicher Fehler in einem räumlich ausgedehnten optischen Element (10) nach einem der obigen Ansprüche, das die folgenden Schritte umfasst:

(a) Aussenden eines Signals in das optische Element (10)

(b) Messung der reflektierten Signale, und

(c) Lokalisierung möglicher Fehler durch Vergleich der gemessenen reflektierten Signale mit den erwarteten Signalen, die dem fehlerfreien optischen Element (10) entsprechen.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die erwarteten Signale aus einer vorherigen Messung oder aus einer theoretischen Analyse erhalten werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Messfrequenz so ausgewählt wird, dass sie sich von den möglichen oder im optischen Element (10) tatsächlich verwendeten Übertragungsfrequenzen unterscheidet.