JP2739686B2 - 単一モード光ファイバーの非線形屈折率を測定するための方法及び装置 - Google Patents
単一モード光ファイバーの非線形屈折率を測定するための方法及び装置Info
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- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
- G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】ここに記載された発明は、光
ファイバーの特徴付けに関するものであり、特にその目
的は、単一モード光ファイバーのカー(Kerr)非線形性係
数（即ち、非線形屈折率係数）を測定するための方法及
び装置を提供することである。
ファイバーの特徴付けに関するものであり、特にその目
的は、単一モード光ファイバーのカー(Kerr)非線形性係
数（即ち、非線形屈折率係数）を測定するための方法及
び装置を提供することである。
【０００２】
【従来の技術】光通信にとって興味ある大抵の材料にお
いて、主要な非線形現象の一つはカー光学効果である。
この効果は屈折率に影響し、屈折率を次式により光強度
I に依存させる。
いて、主要な非線形現象の一つはカー光学効果である。
この効果は屈折率に影響し、屈折率を次式により光強度
I に依存させる。
【数１】n(I) = n0 + n2I (1) ここで、n(I)は屈折率であり、ファイバーに送られる放
射の強度（即ち、パワー）の関数として表されている。
n0は、線形屈折率であり、n2は、いわゆる屈折率の非線
形係数（単に非線形屈折率ともいう）である。
射の強度（即ち、パワー）の関数として表されている。
n0は、線形屈折率であり、n2は、いわゆる屈折率の非線
形係数（単に非線形屈折率ともいう）である。
【０００３】光通信システムに光増幅器を導入すること
により、ファイバーに沿って伝送されるパワーは、n2と
結びついた非線形効果をもはや無視し得ないものとす
る。それは、これらの非線形効果がシステムの性能を大
きく低下させ得るからであり、あるいは逆に言えば、こ
れらの効果が新しい技術解決策に用い得るのであり、正
確にこれらの効果を知ることが重要である。光ファイバ
ーの場合、一般に非線形屈折率n2は、いわゆるカー非線
形係数γを測定することにより間接的に得られる。この
カー非線形係数γは、n2に比例し、且つファイバー内へ
の光の閉じ込めをも考慮したものであり、従って、動作
の観点から考えると、材料のみに依存したパラメータで
あるn2よりもより完全な情報を与える。係数γは、次式
により与えられる。
により、ファイバーに沿って伝送されるパワーは、n2と
結びついた非線形効果をもはや無視し得ないものとす
る。それは、これらの非線形効果がシステムの性能を大
きく低下させ得るからであり、あるいは逆に言えば、こ
れらの効果が新しい技術解決策に用い得るのであり、正
確にこれらの効果を知ることが重要である。光ファイバ
ーの場合、一般に非線形屈折率n2は、いわゆるカー非線
形係数γを測定することにより間接的に得られる。この
カー非線形係数γは、n2に比例し、且つファイバー内へ
の光の閉じ込めをも考慮したものであり、従って、動作
の観点から考えると、材料のみに依存したパラメータで
あるn2よりもより完全な情報を与える。係数γは、次式
により与えられる。
【数２】 γ＝(2π／λp)・(n2／Ａeff)＝(ωp／ｃ)・(n2／Ａeff) (2) ここで、λp とωp は、それぞれ、ファイバーに送られ
る放射の波長と角周波数であり、c は、光速度であり、
Ａeff は、ファイバーコアーの有効面積である。この有
効面積は、ファイバー内部への光の光学的閉じ込めの尺
度を与えるパラメータである。従って、Ａeff は別の測
定により得る必要があり、Ａeff が分かれば、γの値か
らn2の値を得ることができる。
る放射の波長と角周波数であり、c は、光速度であり、
Ａeff は、ファイバーコアーの有効面積である。この有
効面積は、ファイバー内部への光の光学的閉じ込めの尺
度を与えるパラメータである。従って、Ａeff は別の測
定により得る必要があり、Ａeff が分かれば、γの値か
らn2の値を得ることができる。
【０００４】γ又はn2を求める幾つかの方法が知られて
いる。最も一般に用いられている方法では、各パルス自
身により引き起こされた非線形位相シフトΦNL（自己位
相変調）を測定するために、ファイバー内に高いパワー
の光パルスを送り、ファイバーから出てくるパルスのス
ペクトルを分析する。この位相シフトΦNLは、関係式
（１）に示されるように、パルスがファイバーの屈折率
を変えるということにより生じる。位相シフトΦNLは、
関係式ΦNL= γ・Ｐ・Ｌにより係数γと関係する。ここ
で、Ｐはパルスパワーであり、Ｌはファイバー長であ
る。シリカのn2は非常に小さいので（１０〜２０m2/Wの
オーダーの大きさ）、用いられるパルスは、要求される
高いピークパワーを得るために一般に非常に短いものと
なる。
いる。最も一般に用いられている方法では、各パルス自
身により引き起こされた非線形位相シフトΦNL（自己位
相変調）を測定するために、ファイバー内に高いパワー
の光パルスを送り、ファイバーから出てくるパルスのス
ペクトルを分析する。この位相シフトΦNLは、関係式
（１）に示されるように、パルスがファイバーの屈折率
を変えるということにより生じる。位相シフトΦNLは、
関係式ΦNL= γ・Ｐ・Ｌにより係数γと関係する。ここ
で、Ｐはパルスパワーであり、Ｌはファイバー長であ
る。シリカのn2は非常に小さいので（１０〜２０m2/Wの
オーダーの大きさ）、用いられるパルスは、要求される
高いピークパワーを得るために一般に非常に短いものと
なる。
【０００５】そのような方法の例は、論文「シリカコア
ーの分散シフトファイバーの非線形係数の測定(Measure
ment of nonlinear index of silica-core and dispers
ion-shifted fibers) 」、K.S.キム(Kim) 他著、オプテ
ィクスレターズ、第１９巻、第４号、１９９４年２月１
５日、第２５７〜２５８頁、論文「1.55μm で自己位相
変調法を用いた分散シフトファイバーの非線形係数の測
定(Nonlinear coefficient measurement for dispersio
n shifted fibres using self-phase modulation metho
d at 1.55 μm)」、Y.ナミヒラ(Namihira)他著、エレク
トロニクスレターズ、第３０巻、第１４号、１９９４年
７月７日、第１１７１〜１１７２頁、及び論文「1.55μ
m でのＳＰＭによる非線形指数の測定(Nonlinear-index
measurement by SPM at 1.55 μm)」、R.H.ストールン
(Stolen)他著、OFC'95提出、サンディエゴ（米国）、１
９９５年２月２６日〜３月２日、論文ＦＤ１に記載され
ている。特に、これらの方法によると、ファイバー出力
でのパルスのスペクトルが、一連の極大及び極小を有
し、それらの数はパルスの瞬間のパワーに依存し、それ
らの位置は、π／２の奇数倍であるΦNLの値に対応す
る。これらのポイントでのパワーＰを測定することによ
り、ΦNLが得られ、従ってγも得られる。極大と極小の
ポイントを正確に求めるのは困難なので、この種の測定
には精度の限界がある。従って、小さいサイズのピーク
が与えられても、測定されるパワー値は、なお十分大き
いエラーの影響を受け得る。
ーの分散シフトファイバーの非線形係数の測定(Measure
ment of nonlinear index of silica-core and dispers
ion-shifted fibers) 」、K.S.キム(Kim) 他著、オプテ
ィクスレターズ、第１９巻、第４号、１９９４年２月１
５日、第２５７〜２５８頁、論文「1.55μm で自己位相
変調法を用いた分散シフトファイバーの非線形係数の測
定(Nonlinear coefficient measurement for dispersio
n shifted fibres using self-phase modulation metho
d at 1.55 μm)」、Y.ナミヒラ(Namihira)他著、エレク
トロニクスレターズ、第３０巻、第１４号、１９９４年
７月７日、第１１７１〜１１７２頁、及び論文「1.55μ
m でのＳＰＭによる非線形指数の測定(Nonlinear-index
measurement by SPM at 1.55 μm)」、R.H.ストールン
(Stolen)他著、OFC'95提出、サンディエゴ（米国）、１
９９５年２月２６日〜３月２日、論文ＦＤ１に記載され
ている。特に、これらの方法によると、ファイバー出力
でのパルスのスペクトルが、一連の極大及び極小を有
し、それらの数はパルスの瞬間のパワーに依存し、それ
らの位置は、π／２の奇数倍であるΦNLの値に対応す
る。これらのポイントでのパワーＰを測定することによ
り、ΦNLが得られ、従ってγも得られる。極大と極小の
ポイントを正確に求めるのは困難なので、この種の測定
には精度の限界がある。従って、小さいサイズのピーク
が与えられても、測定されるパワー値は、なお十分大き
いエラーの影響を受け得る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明により、パワー
の極大及び極小を評価する必要がなく、よってn2又はγ
の正確な測定ができる方法及び装置が提供される。特
に、本発明は、カー効果ゆえに高パワーパルスにより引
き起こされるスペクトル拡張を測定することに基づいて
いる。ファイバー内の群速度分散、吸収、及びラマン効
果が無視できる条件下での動作時には、パルスは自己位
相変調のみを生じるような特性を有することが示されて
いる（R.R.アルファーノ(Alfano)編、「超連続体レーザ
ー(The Supercontinuum Laser)」におけるQ.Z.ワング(W
ang)他著「凝縮体における超連続体発生(Supercontinuu
m Generation in Condensed Matter) 」、Springer-Ver
lag 、１９８９年、第２章、第２パラグラフ、第３４−
４０頁参照のこと）。この場合には、パルスに沿った各
時間τでの電場は、次式により与えられる瞬間周波数を
有する。
の極大及び極小を評価する必要がなく、よってn2又はγ
の正確な測定ができる方法及び装置が提供される。特
に、本発明は、カー効果ゆえに高パワーパルスにより引
き起こされるスペクトル拡張を測定することに基づいて
いる。ファイバー内の群速度分散、吸収、及びラマン効
果が無視できる条件下での動作時には、パルスは自己位
相変調のみを生じるような特性を有することが示されて
いる（R.R.アルファーノ(Alfano)編、「超連続体レーザ
ー(The Supercontinuum Laser)」におけるQ.Z.ワング(W
ang)他著「凝縮体における超連続体発生(Supercontinuu
m Generation in Condensed Matter) 」、Springer-Ver
lag 、１９８９年、第２章、第２パラグラフ、第３４−
４０頁参照のこと）。この場合には、パルスに沿った各
時間τでの電場は、次式により与えられる瞬間周波数を
有する。
【数３】ω(τ) ＝ωp＋δω(τ） (3)
【数４】 δω(τ) ＝ -(γ／2)[∂Ｆ2(τ)／∂τ]・ｚ・Ｐ (4) ここで、F(τ) は、ファイバー内に入射されたパルスの
包絡線であり、z はファイバー入射端からの距離であ
り、P はパルスのピークパワーである。ファイバー出力
では、パルスのスペクトルは関数（４）の極大により与
えられる全体的拡張を受ける。関数（４）の極大は、関
数（４）を微分してその導関数を０と置くことにより容
易に得ることができ、
包絡線であり、z はファイバー入射端からの距離であ
り、P はパルスのピークパワーである。ファイバー出力
では、パルスのスペクトルは関数（４）の極大により与
えられる全体的拡張を受ける。関数（４）の極大は、関
数（４）を微分してその導関数を０と置くことにより容
易に得ることができ、
【数５】 ΔωM ＝（γ2)[∂1 −∂2]・ｚ・Ｐ (5) により与えられる。ここで、∂1 、∂2 は、強度F2(
τ) の２つの変曲点での∂F2( τ)/∂τの値を示す。従
って、スペクトル拡張はパルスパワーの一次関数であ
り、その（一次の項の）定数は、パルス特性、パラメー
タγ、及びファイバー長に依存する。スペクトル拡張の
測定から、γ及びn2を得るのは容易である。上記与えら
れた関係式は、パルスのスペクトル中のピークを少なく
とも２倍にするほど高いパワー値に対しては有効である
ことに留意すべきである。
τ) の２つの変曲点での∂F2( τ)/∂τの値を示す。従
って、スペクトル拡張はパルスパワーの一次関数であ
り、その（一次の項の）定数は、パルス特性、パラメー
タγ、及びファイバー長に依存する。スペクトル拡張の
測定から、γ及びn2を得るのは容易である。上記与えら
れた関係式は、パルスのスペクトル中のピークを少なく
とも２倍にするほど高いパワー値に対しては有効である
ことに留意すべきである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明により与
えられる方法においては、ファイバーのゼロ分散波長に
近い波長、及び自己位相変調を生じさせ程の高い可変パ
ワーを有する変形制限された光パルス列からなる信号が
ファイバー内に送られ、ファイバーから出て行くパルス
のスペクトルが分析される。ファイバーから出て行く信
号のスペクトル拡張が、幾つかのパルスピークパワー値
に対して測定され、且つ、このスペクトル拡張が、非線
形屈折率に依存するファクターによるピークパワーの一
次関数であること、従って、前記関数を表すラインの角
度係数（傾き）を求めて、この角度係数から非線形屈折
率を得ることにより、本方法は特徴付けられる。パルス
は短い持続時間（例えば、５〜８ｐｓ）を有する必要が
あるが、短かすぎてはならず、短かすぎる場合にはパル
スは非常に広いスペクトルを占めることになり、ファイ
バーのスペクトル領域に大きな群速度分散が含まれて、
関係式（３）〜（５）を有効にする条件の一つを無効に
してしまうことに留意すべきである。上述のように、自
己位相変調により、ファイバー出力においてパルススペ
クトル内に幾つかのピークが生じ、これらのピークは、
パルスの瞬間パワーに依存する。スペクトル拡張の測定
は、スペクトルの半値全幅(FWHM)、又は両端のピーク間
の距離を測定することにより行える。本発明により、好
ましくは前者の量が測定される。それは、実験データと
（関係式（５）で表される）ピークパワーに対するスペ
クトル拡張の理論的挙動の間の良好な一致を、前者の量
の測定がもたらすことが認められているからである。
えられる方法においては、ファイバーのゼロ分散波長に
近い波長、及び自己位相変調を生じさせ程の高い可変パ
ワーを有する変形制限された光パルス列からなる信号が
ファイバー内に送られ、ファイバーから出て行くパルス
のスペクトルが分析される。ファイバーから出て行く信
号のスペクトル拡張が、幾つかのパルスピークパワー値
に対して測定され、且つ、このスペクトル拡張が、非線
形屈折率に依存するファクターによるピークパワーの一
次関数であること、従って、前記関数を表すラインの角
度係数（傾き）を求めて、この角度係数から非線形屈折
率を得ることにより、本方法は特徴付けられる。パルス
は短い持続時間（例えば、５〜８ｐｓ）を有する必要が
あるが、短かすぎてはならず、短かすぎる場合にはパル
スは非常に広いスペクトルを占めることになり、ファイ
バーのスペクトル領域に大きな群速度分散が含まれて、
関係式（３）〜（５）を有効にする条件の一つを無効に
してしまうことに留意すべきである。上述のように、自
己位相変調により、ファイバー出力においてパルススペ
クトル内に幾つかのピークが生じ、これらのピークは、
パルスの瞬間パワーに依存する。スペクトル拡張の測定
は、スペクトルの半値全幅(FWHM)、又は両端のピーク間
の距離を測定することにより行える。本発明により、好
ましくは前者の量が測定される。それは、実験データと
（関係式（５）で表される）ピークパワーに対するスペ
クトル拡張の理論的挙動の間の良好な一致を、前者の量
の測定がもたらすことが認められているからである。
【０００８】本発明は、上記方法を実施する装置に関す
るものでもある。この装置は、変形制限された一連の光
パルスを発生しファイバー内に送る手段であって、該光
パルスが、自己位相変調を生じるような高いパワー、及
びファイバーのゼロ分散波長に近い波長を有する手段、
ファイバーに送られたパルスのパワーを変え、且つこの
パワーを測定する手段、ファイバーから出て行くパルス
の光スペクトルを分析する手段、及び光スペクトルから
非線形屈折率を得る処理システムを含み、また、ファイ
バーから出て行くパルスの光スペクトルを分析する手段
は、ピークパワーが変わるにつれてパルスのスペクトル
拡張を求めるように構成され、さらに処理システムは、
ピークパワーに対するスペクトル拡張を表す直線の角度
係数（傾き）から非線形屈折率を得るように構成されて
いることを特徴とする。
るものでもある。この装置は、変形制限された一連の光
パルスを発生しファイバー内に送る手段であって、該光
パルスが、自己位相変調を生じるような高いパワー、及
びファイバーのゼロ分散波長に近い波長を有する手段、
ファイバーに送られたパルスのパワーを変え、且つこの
パワーを測定する手段、ファイバーから出て行くパルス
の光スペクトルを分析する手段、及び光スペクトルから
非線形屈折率を得る処理システムを含み、また、ファイ
バーから出て行くパルスの光スペクトルを分析する手段
は、ピークパワーが変わるにつれてパルスのスペクトル
拡張を求めるように構成され、さらに処理システムは、
ピークパワーに対するスペクトル拡張を表す直線の角度
係数（傾き）から非線形屈折率を得るように構成されて
いることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】より明瞭にするために、添付の図
面が参照される。図１中、細線は光信号の経路を示し、
二重線は電気的接続を示す。光源１（例えば、波長チュ
ーナブル色中心レーザー）は、持続時間Δt 、繰り返し
周期T 、カー非線形係数が測定されるべきファイバー２
のゼロ分散波長λ0に近い波長λp 、及び自己位相変調
を生じるようなピークパワーを有するパルス列を発生す
る。これらのパルスは、「変形制限された」パルス、又
は「ほとんど変形制限された」パルスであり、半値全幅
Δt とバンド幅Δνの積は理論的最小値に対応したある
値を有する。この値は、パルス形状に依存する。
面が参照される。図１中、細線は光信号の経路を示し、
二重線は電気的接続を示す。光源１（例えば、波長チュ
ーナブル色中心レーザー）は、持続時間Δt 、繰り返し
周期T 、カー非線形係数が測定されるべきファイバー２
のゼロ分散波長λ0に近い波長λp 、及び自己位相変調
を生じるようなピークパワーを有するパルス列を発生す
る。これらのパルスは、「変形制限された」パルス、又
は「ほとんど変形制限された」パルスであり、半値全幅
Δt とバンド幅Δνの積は理論的最小値に対応したある
値を有する。この値は、パルス形状に依存する。
【００１０】これらの特性を有するパルスは、例えば、
双曲線正割パルス（Δt ・Δν＝0.314 ）、ガウシアン
パルス（Δt ・Δν＝0.441 ）、又はローレンツィアン
パルス（Δt ・Δν＝0.11）である。パルス列は、可変
減衰器３を介してファイバー内に放たれる。減衰器３に
より、異なる平均パワーの値が選択できる。減衰器とフ
ァイバーの間に設けられたビームスプリッター４によ
り、各パルスのパワーの一部が取り出せ、ラジオメータ
ー５又は別のパワー測定装置に送られる。ファイバー２
から出て行く信号は、光スペクトル分析器６、又はピー
クパワーＰが変わるにつれてパルスのスペクトル拡張を
測定するその他の測定器に送られる。有利には、上記理
由により、装置６は最大拡張ΔλM （ΔωM の値に対
応）を出力スペクトルの半値全幅として測定する。この
幅は、理論的スペクトルでは端の２つの変曲点間の距離
に実質的に対応する。分析器６とラジオメーター５の間
に接続された処理システム７は、個々の平均パワー値か
らＰの値を得て（平均パワーにデューティーサイクルの
逆数T/Δt を掛けた積により与えられる）、異なるＰ値
に対してΔωM の値を記憶し、Ｐに対するΔωM を表す
直線の角度係数を求め、その角度係数からγの値、従っ
てn2の値を得る。この値は、関係式（５）及び（２）を
考慮して次式により得られる。
双曲線正割パルス（Δt ・Δν＝0.314 ）、ガウシアン
パルス（Δt ・Δν＝0.441 ）、又はローレンツィアン
パルス（Δt ・Δν＝0.11）である。パルス列は、可変
減衰器３を介してファイバー内に放たれる。減衰器３に
より、異なる平均パワーの値が選択できる。減衰器とフ
ァイバーの間に設けられたビームスプリッター４によ
り、各パルスのパワーの一部が取り出せ、ラジオメータ
ー５又は別のパワー測定装置に送られる。ファイバー２
から出て行く信号は、光スペクトル分析器６、又はピー
クパワーＰが変わるにつれてパルスのスペクトル拡張を
測定するその他の測定器に送られる。有利には、上記理
由により、装置６は最大拡張ΔλM （ΔωM の値に対
応）を出力スペクトルの半値全幅として測定する。この
幅は、理論的スペクトルでは端の２つの変曲点間の距離
に実質的に対応する。分析器６とラジオメーター５の間
に接続された処理システム７は、個々の平均パワー値か
らＰの値を得て（平均パワーにデューティーサイクルの
逆数T/Δt を掛けた積により与えられる）、異なるＰ値
に対してΔωM の値を記憶し、Ｐに対するΔωM を表す
直線の角度係数を求め、その角度係数からγの値、従っ
てn2の値を得る。この値は、関係式（５）及び（２）を
考慮して次式により得られる。
【００１１】
【数６】 ここで、∂1 と∂2 は、各タイプのパルスに対して解析
的に計算される（上述のような対称パルスでは∂1 ＝−
∂2 ）。ピークパワーＰの値は、自己位相変調を生じる
だけ十分に大きくなければならないが、ファイバー内で
ラマン効果を引き起こすような大きさを有してはならな
い。最小値としては、１Ｗのオーダーがとり得る。この
最小値は、パルスのスペクトル内のピークを２倍にする
値である。ラマン効果が起こるピークパワー閾値は、１
００ワットのオーダーであることを考慮すると、Ｐの最
大値は数十ワット（例えば、約２０Ｗ）とできる。
的に計算される（上述のような対称パルスでは∂1 ＝−
∂2 ）。ピークパワーＰの値は、自己位相変調を生じる
だけ十分に大きくなければならないが、ファイバー内で
ラマン効果を引き起こすような大きさを有してはならな
い。最小値としては、１Ｗのオーダーがとり得る。この
最小値は、パルスのスペクトル内のピークを２倍にする
値である。ラマン効果が起こるピークパワー閾値は、１
００ワットのオーダーであることを考慮すると、Ｐの最
大値は数十ワット（例えば、約２０Ｗ）とできる。
【００１２】本発明の模範的な実施例においては、ファ
イバーは、長さ0.5 kmでゼロ分散波長λ0=1558 nm であ
る分散シフトファイバーであり、光源は、波長λ=1549.
5 nm（従って、角周波数ωp ＝ 12.15×1014ｓ-1）であ
り、有効面積Ａeff ＝ 43 ×10-12 m2であった。パルス
は、バンド幅Δν=55 GHz 、半値全幅Δt=5.7 ps（従っ
て、積Δt ・Δν=0.314）、及び繰り返し周波数76 MHz
の双曲線正割パルスであった。これらのパルスに対し
て、関係式（４）及び（６）がそれぞれ次式のようにな
ることは容易に分かる。
イバーは、長さ0.5 kmでゼロ分散波長λ0=1558 nm であ
る分散シフトファイバーであり、光源は、波長λ=1549.
5 nm（従って、角周波数ωp ＝ 12.15×1014ｓ-1）であ
り、有効面積Ａeff ＝ 43 ×10-12 m2であった。パルス
は、バンド幅Δν=55 GHz 、半値全幅Δt=5.7 ps（従っ
て、積Δt ・Δν=0.314）、及び繰り返し周波数76 MHz
の双曲線正割パルスであった。これらのパルスに対し
て、関係式（４）及び（６）がそれぞれ次式のようにな
ることは容易に分かる。
【００１３】
【数７】
【数８】 関係式（８）に現れる全てのパラメータは、所与のシス
テム構成に対しては一定の値である。従って、処理シス
テム７はすぐにn2値を得ることができる。
テム構成に対しては一定の値である。従って、処理シス
テム７はすぐにn2値を得ることができる。
【００１４】図２Ａ〜図２Ｄは、４つのピークパワー値
に対応した出力スペクトルを表す（夫々、3.85 W,5.98
W,11.19 W,15.4 W）。これらの図では、各メモリ間隔は
2 nm（ｘ軸）及び25μW （ｙ軸）である。これらの図に
は、自己位相変調によるピークが明瞭に示されている。
図３は、図２Ａ〜図２Ｄに対応したピークパワー値を含
んだ幾つかのピークパワー値に対して、（半値全幅Δλ
M から得られた）スペクトル拡張ΔωM ［対(vs.) ］ピ
ークパワーＰの関係を示す。ΔωM の線形的な挙動が明
瞭に現れている。（理論的スペクトルとは異なり）出力
スペクトルの両端のピークは異なる高さを有し、その２
つの半値ポイントが異なる縦座標ｈs,ｈd を有すること
を考慮するために、縦座標 (ｈs ＋ｈd ) ／２を有する
両端のポイント間の距離が半値全幅として考えられる。
実験値は直線となり、n2の値は 2.6×10-20 m2/Wとなっ
た。この値は、関係式（５）により与えられる理論値
（図４参照のこと。実線は実験データに対応し、破線は
理論的挙動に対応する）及び他の方法で測定された値の
両方によく一致している。
に対応した出力スペクトルを表す（夫々、3.85 W,5.98
W,11.19 W,15.4 W）。これらの図では、各メモリ間隔は
2 nm（ｘ軸）及び25μW （ｙ軸）である。これらの図に
は、自己位相変調によるピークが明瞭に示されている。
図３は、図２Ａ〜図２Ｄに対応したピークパワー値を含
んだ幾つかのピークパワー値に対して、（半値全幅Δλ
M から得られた）スペクトル拡張ΔωM ［対(vs.) ］ピ
ークパワーＰの関係を示す。ΔωM の線形的な挙動が明
瞭に現れている。（理論的スペクトルとは異なり）出力
スペクトルの両端のピークは異なる高さを有し、その２
つの半値ポイントが異なる縦座標ｈs,ｈd を有すること
を考慮するために、縦座標 (ｈs ＋ｈd ) ／２を有する
両端のポイント間の距離が半値全幅として考えられる。
実験値は直線となり、n2の値は 2.6×10-20 m2/Wとなっ
た。この値は、関係式（５）により与えられる理論値
（図４参照のこと。実線は実験データに対応し、破線は
理論的挙動に対応する）及び他の方法で測定された値の
両方によく一致している。
【００１５】ここに記載された測定条件（ファイバー長
0.5 Km）では、偏光は測定中ずっと実質的には一定のま
まであり、従って得られた結果には影響しないことにも
留意すべきである。偏光のランダムな統計的発生の効果
は、もはや無視できないはずであり（数十キロメートル
のファイバースパンを用いているときには発生するかも
しれないので）、修正ファクター8/9 が測定により求め
られた値に適用されるべきであり、このことは技術者に
は周知のことである（S.Γ. エバンジェリデ(Evangelid
es) 他著、「ソリトンによる偏光多重化(Polarization
Multiplexing with Solitons) 」、ジャーナル−オブ−
ライトウエーブテクノロジー、第１０巻、第１号、１９
９２年１月、第２８頁以下を参照のこと）。これまで記
載されてきたことは、非制限的な例により単に与えられ
ていること、及び変形や変更が本発明の範囲を逸脱する
ことなく可能であることは明らかである。
0.5 Km）では、偏光は測定中ずっと実質的には一定のま
まであり、従って得られた結果には影響しないことにも
留意すべきである。偏光のランダムな統計的発生の効果
は、もはや無視できないはずであり（数十キロメートル
のファイバースパンを用いているときには発生するかも
しれないので）、修正ファクター8/9 が測定により求め
られた値に適用されるべきであり、このことは技術者に
は周知のことである（S.Γ. エバンジェリデ(Evangelid
es) 他著、「ソリトンによる偏光多重化(Polarization
Multiplexing with Solitons) 」、ジャーナル−オブ−
ライトウエーブテクノロジー、第１０巻、第１号、１９
９２年１月、第２８頁以下を参照のこと）。これまで記
載されてきたことは、非制限的な例により単に与えられ
ていること、及び変形や変更が本発明の範囲を逸脱する
ことなく可能であることは明らかである。
【図１】本方法を実行する装置の概略図である。
【図２Ａ】ファイバー出力における、（図２Ｂ〜図２Ｄ
とは）異なるピークパワー値での双曲線正割パルスのス
ペクトルのグラフである。
とは）異なるピークパワー値での双曲線正割パルスのス
ペクトルのグラフである。
【図２Ｂ】ファイバー出力における、（図２Ａ，図２
Ｃ，図２Ｄとは）異なるピークパワー値での双曲線正割
パルスのスペクトルのグラフである。
Ｃ，図２Ｄとは）異なるピークパワー値での双曲線正割
パルスのスペクトルのグラフである。
【図２Ｃ】ファイバー出力における、（図２Ａ，図２
Ｂ，図２Ｄとは）異なるピークパワー値での双曲線正割
パルスのスペクトルのグラフである。
Ｂ，図２Ｄとは）異なるピークパワー値での双曲線正割
パルスのスペクトルのグラフである。
【図２Ｄ】ファイバー出力における、（図２Ａ〜図２Ｃ
とは）異なるピークパワー値での双曲線正割パルスのス
ペクトルのグラフである。
とは）異なるピークパワー値での双曲線正割パルスのス
ペクトルのグラフである。
【図３】スペクトル拡張［対(vs.) ］ピークパワーのグ
ラフであり、これらのピークパワー値には、図２Ａ〜図
２Ｄで用いられたピークパワー値が含まれている。
ラフであり、これらのピークパワー値には、図２Ａ〜図
２Ｄで用いられたピークパワー値が含まれている。
【図４】ピークパワーに対するスペクトル拡張の理論的
曲線（破線）及び実験的曲線（実線）を示すグラフであ
る。
曲線（破線）及び実験的曲線（実線）を示すグラフであ
る。
１ 光源 ２ 光ファイバー ３ 可変減衰器 ４ ビームスプリッター ５ ラジオメーター ６ 光スペクトル分析器 ７ 処理システム
フロントページの続き (72)発明者 レナート・カポニ イタリー国トリノ、ヴイア・デラ・コン ソラータ 11 (72)発明者 クラウデイオ・ナツデオ イタリー国ピノ・トリネーゼ（トリ ノ）、ストラーダ・キエリ 20／３ (72)発明者 デイエゴ・ロツカート イタリー国トリノ、シ・エツセオ・ペス キエラ 260 (56)参考文献 特開 平７−113722（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−311121（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−15091（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−285728（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】 単一モード光ファイバー(2) の非線形屈
折率を測定する方法であって、 「変形制限された」又は「ほとんど変形制限された」光
パルス列が、ファイバー(2) 内に送られ、 これらのパルスは、ファイバー(2) のゼロ分散波長に近
い波長及び自己位相変調を生じるような高い可変パワー
を有し、 ファイバー(2) から出て行くパルスのスペクトルが分析
される方法であり、さらにファイバー(2) から出て行く
信号のスペクトル拡張が、幾つかのパルスピークパワー
値に対して測定され、 このスペクトル拡張は、非線形屈折率に依存するファク
ターに応じたピークパワーの一次関数であり、 前記関数を表す直線の角度係数が求められ、そして非線
形屈折率がこの角度係数から得られることを特徴とする
方法。 - 【請求項２】 スペクトル拡張が、出力スペクトルの半
値全幅として測定されることを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 単一モードファイバー(2) の非線形屈折
率を測定するための装置であって、 （ア）ファイバー(2) 内に自己位相変調を引き起こすよ
うなパワー、及びファイバー(2) のゼロ分散波長に近い
波長を有する変形制限された光パルス列を発生してファ
イバー(2) 内に送る手段(1) 、 （イ）ファイバー内に送られるパルスのパワーを変え、
且つそのパワーを測定する手段(3,5) 、 （ウ）フィアバーから出て行くパルスの光スペクトルを
分析する手段(6) 、及び （エ）光スペクトルから非線形屈折率を得る処理システ
ム(7)を含み、（i ）ファイバーから出て行くパルスの
光スペクトルを分析する手段(6) が、ピークパワーが変
わるにつれてパルスのスペクトル拡張を求め、さらに、
（ii）処理システム(7) が、ピークパワーに対するスペ
クトル拡張を表す直線の角度係数から非線形屈折率を得
ることを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| IT95TO000455A IT1276400B1 (it) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | Procedimento e apparecchiatura per la misura dell'indice di rifrazione non lineare in una fibra ottica monomodo. |
| IT95A000455 | 1995-06-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08334435A JPH08334435A (ja) | 1996-12-17 |
| JP2739686B2 true JP2739686B2 (ja) | 1998-04-15 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP8160435A Expired - Fee Related JP2739686B2 (ja) | 1995-06-02 | 1996-06-03 | 単一モード光ファイバーの非線形屈折率を測定するための方法及び装置 |
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| JP (1) | JP2739686B2 (ja) |
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| US6909496B2 (en) * | 2001-12-25 | 2005-06-21 | Anritsu Corporation | Method and device for easily and rapidly measuring nonlinear refractive index of optical fiber |
| JP2005315858A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Sun Tec Kk | 光パルス評価装置およびインサービス光パルス評価装置 |
| RU2486485C1 (ru) * | 2011-11-17 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Способ измерения дисперсии внутрирезонаторных оптических элементов в спектральной области генерации фемтосекундного лазера |
| CN102621097A (zh) * | 2012-03-30 | 2012-08-01 | 常熟微纳激光光子技术有限公司 | 一种高灵敏度测量材料表面光学非线性的方法 |
| JP6095235B2 (ja) | 2013-01-21 | 2017-03-15 | 国立大学法人大阪大学 | 光物性定数計測方法および光物性定数推定装置 |
| CN104198435B (zh) * | 2014-09-16 | 2017-02-01 | 北京航空航天大学 | 一种基于调频连续波的光子带隙光纤群折射率测量装置及方法 |
| CN104864961B (zh) * | 2015-05-15 | 2017-08-29 | 西北核技术研究所 | 一种基于光纤阵列的多通道脉冲光谱测量装置及方法 |
| CN109406453B (zh) * | 2018-09-11 | 2021-04-20 | 江苏大学 | 一种自动确定最优入射光强的z扫描测量方法 |
| CN110132892B (zh) * | 2019-04-26 | 2021-08-31 | 南京师范大学 | 一种热晕效应测量非线性折射率的方法 |
-
1995
- 1995-06-02 IT IT95TO000455A patent/IT1276400B1/it active IP Right Grant
-
1996
- 1996-04-19 US US08/635,012 patent/US5661554A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-31 DE DE69629248T patent/DE69629248T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-31 CA CA002177906A patent/CA2177906C/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-05-31 EP EP96108754A patent/EP0745837B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-05-31 DE DE0745837T patent/DE745837T1/de active Pending
- 1996-06-03 JP JP8160435A patent/JP2739686B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CA2177906A1 (en) | 1996-12-03 |
| CA2177906C (en) | 1999-07-06 |
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| JPH08334435A (ja) | 1996-12-17 |
| DE69629248D1 (de) | 2003-09-04 |
| EP0745837B1 (en) | 2003-07-30 |
| EP0745837A3 (en) | 1998-10-07 |
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