JPH04177141A

JPH04177141A - 光ファイバの波長分散測定方法

Info

Publication number: JPH04177141A
Application number: JP30275690A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Takara; 秀彦高良; Yoshiaki Yamabayashi; 由明山林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-06-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、光ファイバの基本特性の一つである波長分散
の測定方法に関する。

（従来の技術）光フアイバ中を光信号が伝搬する速度は、光信号の波長
によって異なる。従って、波長法がりがある光源から送
出された光パルス信号のパルス幅は、光ファイバを伝搬
した後に広がる。光ファイバの伝送帯域は、前記光パル
ス幅に対して逆比例の関係があるので、狭くなる。この
ため、光信号の伝搬速度が制限されることになる。従っ
て、光ファイバの遅延時間の波長依存性、すなわち光の
波長に依存して群速度が異なることにより生ずる波長分
散を評価することは、光通信装置を設計するうえで、き
わめて重要である。

このように波長分散は、光ファイバの帯域を決定する量
となる。波長λ、、λ１の光が受ける群遅延時間は、波
長（λ、＋λｂ）／２における波長分散値Ｄ　（ｐｓ／
ｎｍ／Ｋｍ）を用いて、τ＝Ｄ・１λ、−λｂｌ　−Ｌ
　（ｐｓ）　　　　（１）により求められる。ここでＬ
は光ファイバ長である。

従来の光ファイバの波長分散測定方法には、■時間分解
分光法、■パルス法、■干渉法、■差分法、０位相差法
などがある。

第５図（ａ）は時間分解分光法の構成図であって、９は
多モード、または広スペクトル幅を有するパルス光発生
装置、１０は被測定光ファイバ、１１は分光器、１２は
ストリークカメラ、１３ば出力表示部である。時間分解
分光法は、パルス光発生装置９で発生した多モードまた
は広スペクトル幅を有するパルス光を、被測定光ファイ
バ１０に照射し、出射光を分光器１１で空間的に分光し
、それらをストリークカメラ１２で電気信号に変換し、
それぞれの波長間の相対遅延時間差（相対到達時間差）
を出力表示部１３で測定して、波長分散を算出する方法
である。第５図（ｂ）は、多モードのパルス光を使用し
た場合の出力表示を示す図であり、横軸が時間、縦軸が
波長である。（１）式より波長分散りは、各波長差Δλ
＝λ８．．−ノエ（ｉ＝１．２．３　−）および各波長
間の相対遅延時間差ΔＴ＝Ｔ、。１−Ｔ８を用いてＤ＝１／Ｌ・　（ΔＴ／Δλ）　　（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
）　　　（２）となる。従って、第５図（ｂ）より相対
遅延時間差ΔＴと各波長差Δλの比を測定することによ
り、波長分散りが求められる。また第６図（ａ）に示し
たように、ストリークカメラ１２の代わりに、空間的に
配列した受光器１４を用いた方法もある。受光器として
は、ＰＩＮ受光器、ＡＰＤ受光器等があげられる。この
場合の出力表示は第６図（ｂ）のようになり、ストリー
クカメラの場合と同様に、相対遅延時間差ΔＴを、各波
長差Δλの関数として測定し、微分することにより波長
分散りが求められる。

パルス法は、波長の異なる光パルスを被測定光ファイバ
に照射し、それぞれの光パルスの遅延時間差（到達時間
差）を測定して波長分散を算出する方法である。

干渉法は、光源の波長を変えることにより、屈折率が変
化することに伴って光フアイバ伝搬光の光路長が変化す
るので、その干渉縞の鮮明度を測定して、波長分散を求
める方法である。

差分法は、正弦波で強度変調された光が、光フアイバ伝
搬後に光源波長に対して位相変化する変化率を測定して
、波長分散を算出する方法である。

位相差法は、波長が異なる光を同一周波数で変調し、被
測定光ファイバに入射させ、光フアイバ伝搬中に受けた
変調信号の遅延位相差を測定して、波長分散を算出する
方法である。

（発明が解決しようとする課題）ところが、このような従来の波長分散測定方法では、次
のような問題点があった。

長尺の光ファイバの波長分散を測定する場合、温度変化
等の外的要因により生じた光路差変化の影響が無視でき
ない。例えば１１００ｋの光ファイバにおいて１変温度
が変化した場合、石英ガラスの熱膨張率０．４Ｘ１０−
”より、光路差は４×１Ｏ−２ＩＩｌ変化する。これは
、時間差に変換すると２００ｐｓに相当する。一方、波
長分散Ｄ　−１ｐｓ／ｎｍ／ｋｒａ、光ファイバ長１１
００ｋ、光波長差１ｒ＋＋ｇの場合、時間遅延差は１０
０ｐｓであり、測定中の温度変化による波長分散の測定
誤差は、かなり大きなものとなる。この測定誤差は零分
散領域に近い（Ｄが約Ｏｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）はど大きく
なる。

しかしながら干渉法、差分法および位相差法では、いず
れも測定中におけるこの外的要因による光路差変化の影
響を除去することが不可能である。

一方、パルス法、時間分解分光法では、同時に異なる波
長の光を伝搬させて、これらの到達時間差を計測するの
で、これらの光は同様に外的要因の影響を受けることに
なり、測定誤差への影響はない。

しかし、パルス法の場合、波長の異なる複数のレーザ装
置を必要とするので、大規模、高価となる欠点がある。

また、任意の波長のレーザ装置を作製する技術が十分に
確立していない難点もある。

また、複数の波長における分散を正確に測定するために
は、各レーザ装置の波長間隔および発生時間間隔の制御
を高精度で行う必要がある。

時間分解分光法は、−光源のみを用いるが、ストリーク
カメラを使用するので、測定系が大規模、高価となって
しまう。また、ストリークカメラ内の信号掃引速度によ
りパルス光の繰り返し周波数が制限されてしまい、任意
の周波数は使用できない。空間的に受光器を配列する場
合も複数の受光器を必要とするので、大規模、高価とな
る。また、高精度の時間測定を行うためには、各受光器
から出力表示までの相対遅延時間を高精度で調整する必
要がある。例えば、Ｉｐｓの精度を得るためには、電気
線の長さを２００μ園もの高精度で調節する必要があり
、かなり困難である。

本発明は、このような従来の問題点を克服するためにな
されたもので、光ファイバの波長分散を簡単に、かつ高
精度に測定することができる新規な波長分散測定方法を
提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明は、長さしの被測定光ファイバの一端から、超短
パルス光を入射させ、前記被測定光ファイバの他端から
出射する出射光を分岐し、一方のパルス光を可変光学バ
ンドパスフィルタに、他方のパルス光を遅延用光ファイ
バにそれぞれ通過させたのち合波し、この二つのパルス
光を受光素子で電気信号に変換する。そして可変バンド
パス光学フィルタにより透過波長を変化させて、二つの
パルス光の相対遅延時間を波長の関数として測定するこ
とにより、その微分から被測定光ファイバの波長分散値
りを求める。

（作　用）本発明は、広スペクトル幅を有する超短パルス光を、可
変バインドバス光学フィルタに透過させることにより、
単一光源で容易に波長分散を測定することができる。

被測定光ファイバを通過した同一パルス光を２分岐し、
一方を時間軸上の基準光として各波長での遅延時間を測
定するので、温度変化等の外的要因による被測定光ファ
イバの光路差変化の影響は受けない。従って、高精度の
測定を行うことができる。

（実施例）以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成図であって、１は超短
パルス光発生装置、２は被測定光ファイバ、３は光分岐
器、４は波長可変光学バンドパスフィルタ、５は遅延線
、６は光合波器、７は受光器、８はパルス波形測定装置
である。以下、図面にしたがって本発明の原理、特徴を
説明する。

超短パルス光発生装置１で発生された超短パルス光は、
被測定光ファイバ２を伝搬する。第２図は、このときの
チャーピングを持つ超短パルス光の波長分散によるパル
ス広がりの説明図である。

第２図（ａ）および第２図（ｂ）はその超短パルス光の
それぞれ時間と波長および時間と強度の関係を示す図で
ある。

超短パルス光は、第２図（ａ）に示したように広いスペ
クトル幅を有している。実際にはこのような超短パルス
は、半導体レーザのゲインスイッチング、固体レーザの
モード同期などで発生させることができる。半導体レー
ザのゲインスイッチングの場合、スペクトル幅をｌｎｍ
以上にすることが可能であり、発生後に分散シフトファ
イバによるパルス圧縮を行うことにより、パルス幅をＬ
ｏｐｓ以下にすることが可能である。このようにして発
生した超短パルス光を、正常分散光ファイバ中を伝搬さ
せると、長波長の光の群速度が速（、短波長の光の群速
度が遅いので、第２図（ｃ）に示すように、波長による
到達時間差が生じパルス幅が広がる　（ブルーシフトチ
ャープ）。逆に、異常分散光ファイバ中を伝搬させると
、長波長の光の群速度が遅く、短波長の光の群速度が速
いので、第２図（ｄ）に示したように、正常分散と逆の
到達時間差が生じて、パルス幅が広がる（レッドシフト
チャープ）。

前記のように被測定光ファイバによって分散の効果を受
けた出射光を、光分岐器３で二つのパルス光に振幅分割
し、一方のパルス光を波長可変光学バンドパスフィルタ
を通過させ、他方のパルスを遅延線５を通過させる。そ
して、二つのパルス光を光合波器６で合波した後、受光
器７で電気信号に変換し、パルス波形観測装置８で観測
する。

第３図は観測したパルス波形をλ１．λｚ　’−−−に
ついて重ねて表わしたものである。光分岐器３により分
離された二つのパルス光Ａ、ＢのうちＢは遅延線５によ
り遅延を生じる。図中、Ｔ４は波長可変バンドパスフィ
ルタ４が無い場合の相対遅延時間を示している。パルス
光Ｂは発生したときの波長成分をすべて含み、被測定光
ファイバ２の分散によりパルス幅が広がる。一方、パル
ス光Ａは波長可変光学バンドパスフィルタ４で設定され
た波長の光のみが切り出されたものである。前述のよう
に、波長により被測定光ファイバ２での分散が異なるの
で、波長可変光学バンドパスフィルタ４の透過波長を掃
引印すると、第３図に示したように、各波長（λ１．λ
２．λ、・・−・−）の到達時間が異なって観測できる
。この波長による到達時間を測定することにより、波長
分散を求めることができる。このとき、パルス光Ａ、Ｂ
は同一パルスを分岐したものであるから、パルス光Ｂを
基準として各波長パルス光との相対遅延時間（Ｔ１゜Ｔ
　ｚ　、　Ｔ　：ｌ　　”−−−’−”）を測定すれば
、被測定光ファイバ２での温度変化などの外的要因によ
る光路差変化の影響は受けない。

なお前述の第６図に示す方法では、λ区、λ２−−−−
−−−−一に対する出力表示が一度にできるが、第３図
に示す方法では、バンドパスフィルタを設定して、λ１
．λｚ　−−−・−の波長ごとに測定して出力表示させ
る。

第４図（ａ）は各波長（λ１．λ２．λ３−・−・−）
とパル光Ｂとの相対遅延時間（Ｔ＋　、Ｔ２　、Ｔ！−
−−−−＞　の関係をグラフ化したものである。（２）
式より、波長分散りは、第４図（ａ）を微分することに
より、第４図（ｂ）に示すように求められる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の光フアイバ波長分散測定
方法によると、単一光源で波長分散を測定することがで
きるので、簡易で安価な測定装置を提供することができ
る。

また、温度変化等の外的要因による被測定光ファイバの
光路差変化の影響を受けないので、きわめて高精度の測
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図はチャーピングを持つ超短パルス光の分散による
パルス広がりの説明図、第３図は本発明で観測したパルス波形を示す図、第４図
は測定した波長と時間の関係および波長分散を示す図、第５図（ａ）および第５図（ｂ）はそれぞれ従来の時間
分解分光法の構成図および出力表示を示す図、第６図（
ａ）および第６図（ｂ）はそれぞれ別の従来の時間分解
分光法の構成図および出力表示を示す図である。１・・・超短パルス光発生装置２・・・被測定光ファイバ　　３・・・光分波器４・・
・波長可変光学バンドパスフィルタ５・・・遅延線　　
　　　　　６・・・光合波器７・・・受光器　　　　　
　　８・・・パルス波形測定装置９・・・多モード、ま
たは広スペクトル幅を有するパルス光発生装置１０・・・被測定光ファイバ　　１１・・・分光器１２
・・・ストリークカメラ　　１３・・・出力表示部１４
・・・受光器第２図Ｍ３図第４図（ａ−）（ｂ）第６図（ａ）／４−一一受尤部（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、長さが既知である被測定光ファイバの一端から、超
短パルス光を入射させ、前記被測定光ファイバの他端か
ら出射する出射光を２光に分岐し、一方を波長可変バン
ドパスフィルタにより、特定の波長のみを通過させて第
１のパルスとし、他方を遅延線を通過させて遅延を与え
基準光とする第２のパルス光とし、これら２パルス光の
相対遅延時間差を波長の関数として測定して、その微分
から波長分散を求める光ファイバの波長分散測定方法。