JP2972885B1 - 光ファイバ分散測定方法 - Google Patents
光ファイバ分散測定方法Info
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Abstract
【要約】
【課題】 低パワーの光源を用いて、簡便かつ正確に分
散不均一光ファイバの分散の長手方向の変化を測定可能
とする。 【解決手段】 レーザ光源１からのレーザ光を光変調器
２により包絡線が矩形光パルス状の光両側帯波信号にし
て被測定光ファイバ６に入射し、そのレーリー後方散乱
光を当該被測定光ファイバ６の入射端においてフォトデ
ィテクタ７を用いて自乗検波して、フェージングのｍ番
目と（ｍ＋１）番目の零点の距離の差Δｚm （＝ｚm+1
−ｚm ）を測定し、Ｄm ＝ｃ／２λ2 ｆm2Δｚm （λ：
光源の波長，ｃ：真空中の光速）の関係式から分散値Ｄ
m を求める。
散不均一光ファイバの分散の長手方向の変化を測定可能
とする。 【解決手段】 レーザ光源１からのレーザ光を光変調器
２により包絡線が矩形光パルス状の光両側帯波信号にし
て被測定光ファイバ６に入射し、そのレーリー後方散乱
光を当該被測定光ファイバ６の入射端においてフォトデ
ィテクタ７を用いて自乗検波して、フェージングのｍ番
目と（ｍ＋１）番目の零点の距離の差Δｚm （＝ｚm+1
−ｚm ）を測定し、Ｄm ＝ｃ／２λ2 ｆm2Δｚm （λ：
光源の波長，ｃ：真空中の光速）の関係式から分散値Ｄ
m を求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、長手方向に周期的
あるいは単調に分散が変化する分散不均一光ファイバの
分散の測定に好適な光ファイバ分散測定方法に関する。
あるいは単調に分散が変化する分散不均一光ファイバの
分散の測定に好適な光ファイバ分散測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバの分散は伝送される信号に歪
みを与えるため、光ファイバ通信システムのパーフォー
マンスを決定する要因であることから、光ファイバの特
定として分散値を測定することが従来より行われてい
る。
みを与えるため、光ファイバ通信システムのパーフォー
マンスを決定する要因であることから、光ファイバの特
定として分散値を測定することが従来より行われてい
る。
【０００３】なお、通常の光ファイバは分散が長手方向
に一様であるため、分散値は光パルスの伝搬時間から容
易に測定できる。
に一様であるため、分散値は光パルスの伝搬時間から容
易に測定できる。
【０００４】しかしながら、将来的に有望視されている
光ソリトン通信のような光ファイバ通信においては、分
散を長手方向に周期的あるいは単調に変化させたような
分散が一様でない光ファイバが適していると言われてお
り、このような分散不均一光ファイバの分散を測定する
ことが重要となるが、従来の分散測定方法では、分散不
均一光ファイバの分散を測定することはできない。
光ソリトン通信のような光ファイバ通信においては、分
散を長手方向に周期的あるいは単調に変化させたような
分散が一様でない光ファイバが適していると言われてお
り、このような分散不均一光ファイバの分散を測定する
ことが重要となるが、従来の分散測定方法では、分散不
均一光ファイバの分散を測定することはできない。
【０００５】従って、分散不均一な光ファイバに対し
て、非破壊で局所的な分散値の測定を行う方法が必要で
あり、このよな光ファイバ分散測定方法として、４光波
混合を用いた方法が知られている。
て、非破壊で局所的な分散値の測定を行う方法が必要で
あり、このよな光ファイバ分散測定方法として、４光波
混合を用いた方法が知られている。
【０００６】図４は、その測定系を示す概略ブロック図
であり、波長がλ1 の第１レーザ光源２１ａと波長がλ
2 の第２レーザ光源２１ｂから、各々のレーザ光を第１
光ファイバ増幅器２２ａへ入射してポンプ光とし、２つ
ののポンプ光を音響偏向素子（Ａ．Ｏ．Ｍ）２３でサブ
μｓ（＝１０-5ｓ）程度の時間幅の繰り返し周波数２〜
３ｋＨｚのパルスに変調し、更に第２光ファイバ増幅器
２２ｂで高パワーのポンプ光とし、サーキュレータ２４
を介して被測定光ファイバ２５へ入射させる。
であり、波長がλ1 の第１レーザ光源２１ａと波長がλ
2 の第２レーザ光源２１ｂから、各々のレーザ光を第１
光ファイバ増幅器２２ａへ入射してポンプ光とし、２つ
ののポンプ光を音響偏向素子（Ａ．Ｏ．Ｍ）２３でサブ
μｓ（＝１０-5ｓ）程度の時間幅の繰り返し周波数２〜
３ｋＨｚのパルスに変調し、更に第２光ファイバ増幅器
２２ｂで高パワーのポンプ光とし、サーキュレータ２４
を介して被測定光ファイバ２５へ入射させる。
【０００７】被測定光ファイバ２５では、非線形光学効
果の１つである誘導４光波混合が誘起されることとな
り、２つのポンプ光により２種類の４光波混合が誘起さ
れ、図５に示すように、ストークス光（波長：λ1 ）と
アンチストークス光（波長λ2）が発生する。このよう
に発生したストークス光とアンチストークス光は、ポン
プ光と共にレーリー散乱によって後方へも散乱され、被
測定光ファイバ２５の入射端へ到達する。
果の１つである誘導４光波混合が誘起されることとな
り、２つのポンプ光により２種類の４光波混合が誘起さ
れ、図５に示すように、ストークス光（波長：λ1 ）と
アンチストークス光（波長λ2）が発生する。このよう
に発生したストークス光とアンチストークス光は、ポン
プ光と共にレーリー散乱によって後方へも散乱され、被
測定光ファイバ２５の入射端へ到達する。
【０００８】このレーリー後方散乱光のなかから、スト
ークス光またはアンチストークス光の何れかの波長を光
フィルタ２６で選択し、フォトディテクタ２７で検波
し、その出力電流をサンプリングオシロスコープ２８で
観察し、信号強度の光ファイバ長に対する変化を得るこ
とによって、局所的な分散値を算出できるのである。な
お、図４の符号２９は、２〜３ｋＨｚの基本パルス信号
を音響偏向素子２３およびサンプリングオシロスコープ
２８へ供給するパルス発生器である。
ークス光またはアンチストークス光の何れかの波長を光
フィルタ２６で選択し、フォトディテクタ２７で検波
し、その出力電流をサンプリングオシロスコープ２８で
観察し、信号強度の光ファイバ長に対する変化を得るこ
とによって、局所的な分散値を算出できるのである。な
お、図４の符号２９は、２〜３ｋＨｚの基本パルス信号
を音響偏向素子２３およびサンプリングオシロスコープ
２８へ供給するパルス発生器である。
【０００９】次ぎに測定原理を述べる。波長が異なる２
つのポンプ光で励起した場合には、４光波混合の波長シ
フト量は強制的に２つのポンプ光の波長差に同期するた
め、位相不整合が存在することとなり、その結果、発生
したストークス光とアンチストークス光の強度が被測定
光ファイバ２５の長手方向に沿って周期的にゆらぐ。４
光波混合の位相不整合量δｋと波長λに対するｚ地点に
おける分散値Ｄ（λ，ｚ）の関係は、非線形光学に基づ
く誘導４光波混合の理論的な考察より次式で表される。
つのポンプ光で励起した場合には、４光波混合の波長シ
フト量は強制的に２つのポンプ光の波長差に同期するた
め、位相不整合が存在することとなり、その結果、発生
したストークス光とアンチストークス光の強度が被測定
光ファイバ２５の長手方向に沿って周期的にゆらぐ。４
光波混合の位相不整合量δｋと波長λに対するｚ地点に
おける分散値Ｄ（λ，ｚ）の関係は、非線形光学に基づ
く誘導４光波混合の理論的な考察より次式で表される。
【００１０】
【数２】
【００１１】ただし、上記（１）式において、ｎは光フ
ァイバの屈折率、ｃは真空中の光速、δλはポンプ光の
波長差λ1 −λ2 である。この位相不整合量δｋと周期
長Λとは、δｋ＝２π／Λなる関係があるため、（１）
式よりｚ地点における分散値Ｄ（λ1 ，ｚ）は次式で与
えられる。
ァイバの屈折率、ｃは真空中の光速、δλはポンプ光の
波長差λ1 −λ2 である。この位相不整合量δｋと周期
長Λとは、δｋ＝２π／Λなる関係があるため、（１）
式よりｚ地点における分散値Ｄ（λ1 ，ｚ）は次式で与
えられる。
【００１２】
【数３】
【００１３】上記（２）式において、ｆt=2nz/c は信号
ゆらぎの時間的な周期を表す。
ゆらぎの時間的な周期を表す。
【００１４】上述したように、図６は被測定光ファイバ
２５の入射端で検出されたレーリー後方散乱光強度の光
ファイバ長手方向の変化を示すもので、この図６におけ
る測定結果から、式（２）に基づいて算出された分散値
を図７として示してある。
２５の入射端で検出されたレーリー後方散乱光強度の光
ファイバ長手方向の変化を示すもので、この図６におけ
る測定結果から、式（２）に基づいて算出された分散値
を図７として示してある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような分散不均一光ファイバの分散を測定する従来の
方法では、光ファイバの非線形光学効果を誘起する必要
があるために、２台の高パワーの光源が必須となって、
装置が大規模で高価になることが問題とされてきた。
たような分散不均一光ファイバの分散を測定する従来の
方法では、光ファイバの非線形光学効果を誘起する必要
があるために、２台の高パワーの光源が必須となって、
装置が大規模で高価になることが問題とされてきた。
【００１６】そこで、本発明は、非線形光学効果を用い
ることなく、低パワーの光源を用いて簡便かつ正確に分
散不均一光ファイバの分散の長手方向の変化を測定する
ことが可能な光ファイバの分散測定方法を提供するもの
である。
ることなく、低パワーの光源を用いて簡便かつ正確に分
散不均一光ファイバの分散の長手方向の変化を測定する
ことが可能な光ファイバの分散測定方法を提供するもの
である。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る光ファイバ分散測定方法は、周波数
ｆ0 の光波を周波数ｆm の変調信号で強度変調して得ら
れる光両側帯波信号を被測定光ファイバ（６）に入射
し、該被測定光ファイバ伝送において光両側帯波信号の
両側帯波間の群遅延時間差により周期的に信号強度が零
になるフェージング現象の零点の周期長に基づいて、被
測定光ファイバの局所的な分散値を測定するようにし
た。
に、請求項１に係る光ファイバ分散測定方法は、周波数
ｆ0 の光波を周波数ｆm の変調信号で強度変調して得ら
れる光両側帯波信号を被測定光ファイバ（６）に入射
し、該被測定光ファイバ伝送において光両側帯波信号の
両側帯波間の群遅延時間差により周期的に信号強度が零
になるフェージング現象の零点の周期長に基づいて、被
測定光ファイバの局所的な分散値を測定するようにし
た。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、添付図面に基づいて、本発
明に係る光ファイバ測定方法によって分散不均一光ファ
イバの分散測定を行うための測定系の実施形態を説明す
る。
明に係る光ファイバ測定方法によって分散不均一光ファ
イバの分散測定を行うための測定系の実施形態を説明す
る。
【００１９】図１に示す測定系において、レーザ光源１
は連続発振可能なものとし、該レーザ光源１からの連続
光は光変調器２においてミリ波信号（６０ＧＨｚ）で強
度変調され、光両側帯波信号（光ＤＳＢ：Ｄｏｕｂｌｅ
ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。
は連続発振可能なものとし、該レーザ光源１からの連続
光は光変調器２においてミリ波信号（６０ＧＨｚ）で強
度変調され、光両側帯波信号（光ＤＳＢ：Ｄｏｕｂｌｅ
ｓｉｄｅｂａｎｄ）を生成する。
【００２０】上記光変調器２を用いてミリ波信号で変調
して得られる光両側帯波信号の電界は、下記の式１で表
される。
して得られる光両側帯波信号の電界は、下記の式１で表
される。
【００２１】
【数４】
【００２２】このようにして得られた光量側帯波信号
は、音響偏向素子３によって矩形光パルス状の光両側帯
波信号に変調された後、第１光ファイバ増幅器４ａおよ
びサーキュレータ５を介して被測定光ファイバ６へ入射
する。
は、音響偏向素子３によって矩形光パルス状の光両側帯
波信号に変調された後、第１光ファイバ増幅器４ａおよ
びサーキュレータ５を介して被測定光ファイバ６へ入射
する。
【００２３】上記のようにして光両側帯波信号が入射さ
れた被測定光ファイバ６における任意の地点ｚにおける
伝送後の電界は、下記の式２で表される。
れた被測定光ファイバ６における任意の地点ｚにおける
伝送後の電界は、下記の式２で表される。
【００２４】
【数５】
【００２５】ただし、ｆm は変調周波数、β（ｆ）は被
測定光ファイバ６の伝搬定数、αは光両側帯波信号のチ
ャープパラメータ、光源の波長λ＝ｃ／ｆ0 、Ｄは被測
定光ファイバ６の分散を表すものとする。
測定光ファイバ６の伝搬定数、αは光両側帯波信号のチ
ャープパラメータ、光源の波長λ＝ｃ／ｆ0 、Ｄは被測
定光ファイバ６の分散を表すものとする。
【００２６】上記のような被測定光ファイバ６からのレ
ーリー後方散乱光を、第２光ファイバ増幅器４ｂを介し
てフォトディテクタ７で自乗検波する。かくして得られ
る光電流は、下記の式３で与えられる。
ーリー後方散乱光を、第２光ファイバ増幅器４ｂを介し
てフォトディテクタ７で自乗検波する。かくして得られ
る光電流は、下記の式３で与えられる。
【００２７】
【数６】
【００２８】上記式３から、下記の式４を満たす光ファ
イバ長では信号強度が零になる、いわゆるフェージング
という現象が発生することが分かる。
イバ長では信号強度が零になる、いわゆるフェージング
という現象が発生することが分かる。
【００２９】
【数７】
【００３０】このフェージング現象は、図２に示す如
く、光ファイバ長に対して周期的な振る舞いを示す。な
お、ここでは光変調器２による変調波として、変調周波
数ｆ＝６０ＧＨｚのミリ波を用いている。
く、光ファイバ長に対して周期的な振る舞いを示す。な
お、ここでは光変調器２による変調波として、変調周波
数ｆ＝６０ＧＨｚのミリ波を用いている。
【００３１】次にレーリー後方散乱光について考察す
る。いま、被測定光ファイバ６のある地点ｚm から入射
端まで戻ってくるレーリー後方散乱光を検波して得られ
る光電流は、下記の式５で与えられる。
る。いま、被測定光ファイバ６のある地点ｚm から入射
端まで戻ってくるレーリー後方散乱光を検波して得られ
る光電流は、下記の式５で与えられる。
【００３２】
【数８】
【００３３】従って、レーリー後方散乱光についても同
様にフェージングが生じ、下記の式６を満たす光ファイ
バ長では信号強度が零になる。
様にフェージングが生じ、下記の式６を満たす光ファイ
バ長では信号強度が零になる。
【００３４】
【数９】
【００３５】このように、被測定光ファイバ６が分散不
均一光ファイバである場合には、上記式６中の分散値Ｄ
は光ファイバ入射端からｚm の地点までの平均値を表し
ているといえる。
均一光ファイバである場合には、上記式６中の分散値Ｄ
は光ファイバ入射端からｚm の地点までの平均値を表し
ているといえる。
【００３６】ここで、次のフェージングがｚm+1 の地点
で発生するものと仮定した場合、光ファイバの入射端か
らの距離を模式化した図３に示す如く、区間［ｚm+1 ，
ｚm］における分散値をＤm とすると、下記の式７が成
立する。
で発生するものと仮定した場合、光ファイバの入射端か
らの距離を模式化した図３に示す如く、区間［ｚm+1 ，
ｚm］における分散値をＤm とすると、下記の式７が成
立する。
【００３７】
【数１０】 斯くして、上記の式６および式７から、隣接するフェー
ジングのスパン長は、下記の式８で与えられる。
ジングのスパン長は、下記の式８で与えられる。
【００３８】
【数１１】
【００３９】したがって、このスパン長を測定すること
によって、区間［ｚm+1 ，ｚm ］における局所的な分散
値Ｄm が、下記の式９のように得られる。
によって、区間［ｚm+1 ，ｚm ］における局所的な分散
値Ｄm が、下記の式９のように得られる。
【００４０】
【数１２】
【００４１】なお、チャープパラメータαは、通常広く
用いられている電界吸収型変調器では−１＜α＜１を満
たし、直流バイアス電圧によって変化する。本測定法に
おいては、上記の式９より、分散値Ｄはチャープパラメ
ータαに依存しないので任意に設定できる。
用いられている電界吸収型変調器では−１＜α＜１を満
たし、直流バイアス電圧によって変化する。本測定法に
おいては、上記の式９より、分散値Ｄはチャープパラメ
ータαに依存しないので任意に設定できる。
【００４２】上述した如く、被測定光ファイバ６の入射
端において、レーリー後方散乱光をフォトディテクタ７
を用いて自乗検波し、その出力の光電流の距離（遅延時
間）に対する変化から分散値Ｄを算出することができる
のである。なお、図１において、８は増幅器、９はサン
プリングオシロスコープ、１０はパルス発生器である。
端において、レーリー後方散乱光をフォトディテクタ７
を用いて自乗検波し、その出力の光電流の距離（遅延時
間）に対する変化から分散値Ｄを算出することができる
のである。なお、図１において、８は増幅器、９はサン
プリングオシロスコープ、１０はパルス発生器である。
【００４３】なお、式９から明らかなように、分散値Ｄ
の距離に対する分解能は変調周波数ｆm を高くする程向
上させることが可能であるものの、現状の変調器の帯域
制限を考慮すれば、変調周波数ｆm は６０ＧＨｚ程度の
ミリ波帯周波数とすることが望ましい。また、変調用信
号の矩形光パルス幅は音響偏向素子の帯域を考慮すると
サブμｓ、繰り返し周波数は数ｋＨｚに設定することが
望ましい。
の距離に対する分解能は変調周波数ｆm を高くする程向
上させることが可能であるものの、現状の変調器の帯域
制限を考慮すれば、変調周波数ｆm は６０ＧＨｚ程度の
ミリ波帯周波数とすることが望ましい。また、変調用信
号の矩形光パルス幅は音響偏向素子の帯域を考慮すると
サブμｓ、繰り返し周波数は数ｋＨｚに設定することが
望ましい。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る光
ファイバ分散測定方法によれば、非線形光学効果を用い
ることなく、低パワーの光源を用いて正確に分散不均一
光ファイバの長手方向における分散の変化を測定するこ
とが可能となる。しかも、従来の測定方法のように半導
体可変フィルタや高パワーレーザを必要としないため、
測定系の装置構成を大幅に簡略化することができる。
ファイバ分散測定方法によれば、非線形光学効果を用い
ることなく、低パワーの光源を用いて正確に分散不均一
光ファイバの長手方向における分散の変化を測定するこ
とが可能となる。しかも、従来の測定方法のように半導
体可変フィルタや高パワーレーザを必要としないため、
測定系の装置構成を大幅に簡略化することができる。
【図１】本発明に係る光ファイバ分散測定方法を具現化
するための装置構成を示す概略ブロック図である。
するための装置構成を示す概略ブロック図である。
【図２】理論計算値に基づくミリ波信号の強度と光ファ
イバ長の関係を示す特性図である。
イバ長の関係を示す特性図である。
【図３】分散不均一光ファイバにおける区間［ｚm+1 ，
ｚm ］と、その差となる分散値Ｄm を示す説明図であ
る。
ｚm ］と、その差となる分散値Ｄm を示す説明図であ
る。
【図４】従来の分散不均一光ファイバの分散を測定する
ための測定系の概略構成を示すブロック図である。
ための測定系の概略構成を示すブロック図である。
【図５】２つのポンプ光と２種類の４光波混合が誘起さ
れるストークス光（波長：λ1）とアンチストークス光
（波長：λ2 ）の波長スペクトルである。
れるストークス光（波長：λ1）とアンチストークス光
（波長：λ2 ）の波長スペクトルである。
【図６】被測定光ファイバの入射端で検出されたレーリ
ー後方散乱光強度の光ファイバ長手方向の変化を示す特
性図である。
ー後方散乱光強度の光ファイバ長手方向の変化を示す特
性図である。
【図７】図３の測定結果から、所定の演算式に基づいて
算出したファイバ長と分散値Ｄ（λ1 ，ｚ）の特性図で
ある。
算出したファイバ長と分散値Ｄ（λ1 ，ｚ）の特性図で
ある。
１ レーザ光源 ２ 光変調器 ３ 音響偏向素子 ５ サーキュレータ ６ 被測定光ファイバ ７ フォトディテクタ
Claims (2)
- 【請求項１】 周波数ｆ0 の光波を周波数ｆm の変調信
号で強度変調して得られる光両側帯波信号を被測定光フ
ァイバに入射し、該被測定光ファイバ伝送において光両
側帯波信号の両側帯波間の群遅延時間差により周期的に
信号強度が零になるフェージング現象の零点の周期長に
基づいて、被測定光ファイバの局所的な分散値を測定す
るようにしたことを特徴とする光ファイバ分散測定方
法。 - 【請求項２】 上記被測定光ファイバに入射する光両側
帯波信号を、包絡線が矩形光パルス状の光両側帯波信号
とし、そのレーリー後方散乱光を当該被測定光ファイバ
の入射端においてフォトディテクタを用いて自乗検波す
ることにより、フェージングのｍ番目と（ｍ＋１）番目
の零点の距離の差Δｚm （＝ｚm+1 −ｚm ：ｍは正の整
数）を測定し、光源の波長をλ，真空中の光速をｃとし
て、区間［ｚm+1 ，ｚm ］における局所的な分散値Ｄm
とΔｚm との次の関係式、 【数１】 から、分散値Ｄm を求めるようにしたことを特徴とする
請求項１に記載の光ファイバ分散測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30163198A JP2972885B1 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 光ファイバ分散測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30163198A JP2972885B1 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 光ファイバ分散測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2972885B1 true JP2972885B1 (ja) | 1999-11-08 |
| JP2000121500A JP2000121500A (ja) | 2000-04-28 |
Family
ID=17899279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30163198A Expired - Lifetime JP2972885B1 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 光ファイバ分散測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2972885B1 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10297428T5 (de) * | 2001-11-13 | 2005-01-27 | Advantest Corp. | Wellenlängerdispersions-Abtastsystem |
| JP2012042385A (ja) | 2010-08-20 | 2012-03-01 | Fujitsu Ltd | 分散測定装置 |
| CN105807287B (zh) * | 2016-04-28 | 2018-04-27 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 光强自适应型激光多普勒测速仪 |
| CN108088655B (zh) * | 2017-12-18 | 2019-05-10 | 南京航空航天大学 | 基于双边带调制与频移的光器件测量方法、装置 |
-
1998
- 1998-10-08 JP JP30163198A patent/JP2972885B1/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000121500A (ja) | 2000-04-28 |
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