CN105308429B - 光物理常数测量方法及光物理常数推测装置 - Google Patents

光物理常数测量方法及光物理常数推测装置 Download PDF

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Abstract

光物理常数测量方法，包括：分割步骤(S106)，沿着传播方向虚拟地分割光传输介质，从而设定多个第一段；第一推测步骤(S108～S114)，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的输入光信号按顺序在多个第一段传播，在第一推测步骤中，采用对测量出的输出光信号的功率谱与作为第一传播模拟的结果而得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索多个第一段中每个段的光物理常数，从而推测多个第一段中每个段的光物理常数。

Description

光物理常数测量方法及光物理常数推测装置
技术领域
本发明涉及推测光传输介质的光物理常数的分布的方法。
背景技术
在光通信领域，光传输介质的光物理常数(例如，非线性光学常数或者色散参数等)，给光信号的传输特性产生影响。于是提出了测量光传输介质的光物理常数的方法(例如参考非专利文献1)。
(现有技术文献)
(非专利文献)
非专利文献1：田幸敏治，本田辰笃，“用户工程师的光测量器指南”，OPTRONICS公司，1999年，pp.102-126
发明概要
发明要解决的问题
然而，所述以往的方法中，假设在光传输介质的光物理常数为一定的前提下测量光物理常数，所以获得依赖光传输介质的位置的光物理常数存在困难，换言之获得光物理常数的分布是存在困难的。
发明内容
于是，本发明提供能够测量光传输介质的光物理常数的分布的光物理常数测量方法。
用于解决问题的手段
本发明的一个方案涉及的光物理常数测量方法，用于测量光传输介质的光物理常数的分布，所述光物理常数测量方法包括：获得步骤，获得表示多个强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息；测量步骤，按每个所述输入光信号的强度，测量该强度的所述输入光信号在所述光传输介质传播之后输出的输出光信号的功率谱；分割步骤，沿着传播方向虚拟地分割所述光传输介质，从而设定多个第一段；第一推测步骤，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测所述多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第一段传播；以及输出步骤，将推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出，在所述第一传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第一段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出，在所述第一推测步骤中，采用对测量出的输出光信号的功率谱与作为所述第一传播模拟的结果而得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第一段中每个段的光物理常数，从而推测所述多个第一段中每个段的光物理常数。
通过上述，采用与多个强度的输入光信号的各自对应的输出光信号的功率谱，能够推测光传输介质的光物理常数的传播方向的分布。因此，即使不使用特殊的设备，也能够得到光传输介质的光物理常数的传播方向的分布。换言之，通过简便的构成的系统(例如具备可调光衰减器及分光器的系统)，能够得到光传输介质的光物理常数的传播方向的分布。
此外例如可以是，所述光物理常数测量方法，合并步骤，根据推测出的所述多个第一段中每个段的光物理常数，合并所述多个第一段中包含的相互邻接的第一段，从而设定多个第二段；以及第二推测步骤，根据基于一模型的第二传播模拟的结果，推测所述多个第二段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第二段传播，在所述第二传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第二段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出，在所述第二推测步骤中，采用对测量出的输出光信号的功率谱与作为所述第二传播模拟的结果得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第二段中每个段的光物理常数，从而推测所述多个第二段中每个段的光物理常数，在所述输出步骤中，取代推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，将推测出的所述多个第二段的多个光物理常数作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出。
通过上述，采用合并第一段而得到的多个第二段，能够搜索光传输介质的光物理常数的分布。从而，能够按照第一传播模拟的结果，恰当地设定光传输介质的光物理常数发生变化的位置，能够提高光物理常数的分布的推测精度。此外，能够将被推测为光物理常数均一的多个段(第一段)合并为1个段(第二段)进行传播模拟，所以能够减少传播模拟的处理时间或处理负荷。例如，将第二传播模拟的搜索的结束条件设成比第一传播模拟的搜索的结束条件更严格，从而能够减少段的数量多而处理负荷大的第一传播模拟的执行次数。
此外例如可以是，在所述合并步骤中，判断所述多个第一段中包含的相互邻接的第一段的光物理常数是否类似，在所述相互邻接的第一段的光物理常数类似的情况下，合并所述相互邻接的第一段。
通过上述，能够合并相互类似的第一段，所以能够更加恰当地设定多个第二段。
此外例如可以是，在所述第二推测步骤中，采用推测出的所述多个第一段中每个段的光物理常数，设定所述多个第二段中每个段的光物理常数的初始值，该初始值是作为输入提供给所述第二传播模拟的值。
通过上述，采用多个第一段中每个段的光物理常数，能够设定多个第二段中每个段的光物理常数的初始值。因此，能够抑制第二传播模拟的搜索的开始时的评价函数的降低(测量功率谱与计算功率谱的差异的增加)，能够减少处理时间或处理负荷。
此外例如可以是，所述光传输介质是光纤。
通过上述，能够测量光纤的光物理常数的分布。
此外例如可以是，所述光物理常数包含：色散参数及非线性光学常数，在所述第一传播模拟中，针对所述多个第一段的每个段，依次进行采用了所述色散参数的光信号的传播计算以及采用了所述非线性光学常数的光信号的传播计算。
通过上述，依次进行采用了色散参数的光信号的传播计算以及采用了非线性光学常数的光信号的传播计算，从而能够进行输入光信号的传播模拟。因此，不需要同时并行地进行采用色散参数的光信号的传播计算和采用非线性光学常数的光信号的传播计算，所以能够更容易地进行传播模拟。
另外，这些全体或具体的实施方式，可以用装置、系统、集成电路、计算机程序或计算机能够读取的CD-ROM等记录介质来实现，也可以任意组合装置、系统、方法、集成电路、计算机程序以及记录介质来实现。
发明效果
通过本发明的一个方案涉及的光物理常数测量方法，能够推测光传输介质的光物理常数的分布。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的光物理常数测量系统的硬件构成的图。
图2是表示实施方式1涉及的光物理常数推测装置的功能构成的方框图。
图3是表示实施方式1涉及的光物理常数推测装置的处理动作的流程图。
图4是用于说明在实施方式1的分步傅里叶法的图。
图5A是用于说明在实施方式1的实验中采用的光传输介质的图。
图5B是用于说明在实施方式1的实验中采用的光传输介质的图。
图6A是表示实施方式1的输出光信号的测量功率谱与计算功率谱的差异的实验结果的一例的图表。
图6B是表示实施方式1的输出光信号的测量功率谱与计算功率谱的差异的实验结果的一例的图表。
图6C是表示实施方式1的输出光信号的测量功率谱与计算功率谱的差异的实验结果的一例的图表。
图6D是表示实施方式1的输出光信号的测量功率谱与计算功率谱的差异的实验结果的一例的图表。
图7是表示由实施方式1的实验推测出的各个段的光物理常数的表。
图8是表示实施方式2涉及的光物理常数推测装置的功能构成的方框图。
图9是表示实施方式2涉及的光物理常数推测装置的处理动作的流程图。
图10是用于说明实施方式2涉及的段的合并的图。
图11是用于说明实施方式2涉及的光物理常数推测装置的效果的图。
图12是表示计算机的硬件构成的一例的图。
具体实施方式
下面，参考附图来说明本发明的实施方式。
另外，以下说明的实施方式均示出全体的或具体的例子。以下的实施方式中示出的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置以及连接形式、步骤、步骤的顺序等，都是本发明的一个例子，主旨不是限制本发明。并且，以下的实施方式的构成要素中，示出最上位概念的独立权利要求中没有记载的构成要素，可以说明是任意的构成要素。
(实施方式1)
＜光物理常数测量系统的构成＞
图1是表示实施方式1涉及的光物理常数测量系统的硬件构成的图。该光物理常数测量系统，测量输出光信号的功率谱，并且采用测量出的功率谱来推测光传输介质120的光物理常数的分布。
光物理常数是表示电磁波与物质的相互作用的特性的值。光物理常数包含：非线性光学常数及色散参数。关于非线性光学常数及色散参数留待后述。
光传输介质120是传播光信号的介质，例如光纤。该光传输介质120内的光物理常数的光的传播方向的分布，通过光物理常数测量系统而被推测。具体而言，光传输介质120例如是光子晶体纤维。制造空间上均一结构的光子晶体存在困难，所以由光子晶体构成的光传输介质的光物理常数的分布容易不均匀。另外，光传输介质120不需要由光子晶体组成，也可以由任何材料组成。此外，光传输介质120可以不必是光纤。例如，光传输介质120也可以是光子晶体装置。
如图1所示，光物理常数测量系统具备：光信号生成装置100、强度调节器110、分光器130、光物理常数推测装置140。
光信号生成装置100生成输入光信号。具体而言，光信号生成装置100具备例如MLLD(Mode-Locked Laser Diode：锁模激光二极管)、SMF(Single Mode Fiber：单模光纤)、EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier：掺铒光纤放大器)。光信号生成装置100通过SMF对从MLLD输出的光脉冲进行色散补偿，通过EDFA放大。在这里，作为输入光信号，生成周期100ps以下的短脉冲光。
另外，由光信号生成装置100生成的输入光信号的功率谱以及相位谱是已知的。换言之，在这里输入光信号的时间波形是已知的。另外，替代输入光信号的功率谱，已知的也可以是输入光信号的自相关函数。
强度调节器110，使由光信号生成装置100生成的输入光信号的强度变化。
分光器130是光谱测量器的一例，将输出光信号分解为每个波长的光，针对按每个波长分解的光进行O/E(Optical/Electrical)转换及A/D(Analog/Digital)转换，生成用数字值表示的功率谱。即，分光器130测量输出光信号的功率谱。在此，输出光信号是输入光信号在光传输介质120内传播之后输出的光信号。
光物理常数推测装置140，例如由图12所示的计算机来实现，推测光传输介质120的光物理常数的分布。以下用图2来说明光物理常数推测装置140的详细内容。
＜光物理常数推测装置140的构成＞
图2是表示实施方式1涉及的光物理常数推测装置140的功能构成的方框图。如图2所示，光物理常数推测装置140具备：输入谱获得部141、输出谱获得部142、段设定部143、光物理常数推测部144、输出部145。
输入谱获得部141获得表示输入光信号的功率谱及相位谱的信息。例如，输入谱获得部141，通过读出存放在存储单元等的功率谱及相位谱的数据，从而获得输入光信号的功率谱。
功率谱表示光信号的每个波长的光的强度。此外，相位谱表示光信号的每个波长的相位。
另外，输入光信号的功率谱及相位谱的信息，不一定需要表示输入光信号的功率谱及相位谱本身。例如表示输入光信号的功率谱的信息可以表示输入光信号的自相关函数，以取代输入光信号的功率谱。换言之，表示输入光信号的功率谱及相位谱的信息，只要是能够获得输入光信号的功率谱及相位谱的信息，任何信息都可以。
输出谱获得部142，按每个输入光信号的强度来获得输入光信号在光传输介质120传播之后输出的输出光信号的功率谱。在这里，输出谱获得部142，作为测量功率谱，按每个输入光信号的强度来获得由分光器130测量的功率谱。
段设定部143，通过将光传输介质120沿着传播方向虚拟地进行分割，从而设定多个段。本实施方式的段，相当于第一段。另外，分割方法不需要特别限定。例如，段设定部143，以等间隔虚拟地分割光传输介质120。此外，例如已经知道光物理常数变化的位置的情况下，段设定部143，可以以在该位置分开的方式，虚拟地分割光传输介质120。
光物理常数推测部144，根据基于一模型的传播模拟(相当于第一传播模拟)的结果，推测多个段中每个段的光物理常数，在该模型中各强度的输入光信号按顺序在多个段传播。在该传播模拟中，将表示各强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息和多个段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱(计算功率谱)作为模拟结果来输出。
具体而言，光物理常数推测部144，采用对测量出的输出光信号的功率谱(测量功率谱)与作为传播模拟的结果而获得的输出光信号的功率谱(计算功率谱)的差异进行评价的评价函数，对多个段中每个段的光物理常数进行搜索，从而推测多个段中每个段的光物理常数。
换句话说，光物理常数推测部144，假设各段具有光物理常数，按每个输入光信号的强度，进行输入光信号的光传输介质120内的传播模拟，从而计算输出光信号的功率谱(计算功率谱)。而且，光物理常数推测部144，一边变更在传播模拟中的各段的光物理常数，一边反复进行传播模拟，从而使计算功率谱和测量功率谱的每个强度的差异变小。这个时候，光物理常数推测部144例如按照规定的算法，变更提供给传播模拟的各段的光物理常数。
评价函数是按照测量功率谱与计算功率谱的差异量，值发生变化的函数。例如，作为评价函数，可以采用对测量功率谱与计算功率谱的各频率成分值的差分有多接近“0”进行评价的函数。在这个情况下，作为表示差异的值，例如，可以采用各频率成分值的差分绝对值和或者差分平方和。此外例如，作为评价函数，可以采用对计算功率谱的各频率成分值相对于测量功率谱的比有多接近“1”进行评价的函数。
此外，规定的算法是指，对被赋予的函数的优化解或者其近似解进行搜索的算法。例如，规定的算法有如下：模拟退火法、共轭方向法、共轭梯度法、遗传算法等。另外，规定的算法，不需要被这些算法限定，也可以是其他任何算法。
输出部145，将光物理常数推测部144推测出的各段的光物理常数，作为光传输介质120的光物理常数的分布来输出。具体而言，输出部145，将示出推测出的各段的光物理常数的数据或者信号，输出到例如存储器或者显示装置等。
＜光物理常数推测装置140的处理动作＞
下面说明如上所述构成的光物理常数推测装置140的各种动作。
图3是表示实施方式1涉及的光物理常数推测装置140的处理动作的流程图。
首先，输入谱获得部141，获得表示由光信号生成装置100生成的输入光信号的功率谱及相位谱的信息(S102)。
分光器130测量与多个强度的输入光信号的各自对应的输出光信号的功率谱。而且，输出谱获得部142，获得由分光器130测量的与多个强度的输入光信号的各自对应的输出光信号的功率谱(S104)。
段设定部143，沿着传播方向虚拟地分割光传输介质120，从而设定多个段(S106)。
光物理常数推测部144，作为传播模拟的输入而设定各段的光物理常数的初始值(S108)。例如，光物理常数推测部144，设定任意的光物理常数，以作为初始值。此外，光物理常数推测部144，还将在步骤S102获得的表示各强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息，作为传播模拟的输入来设定。
光物理常数推测部144，通过进行传播模拟，从而计算输出光信号的功率谱(S110)。传播模拟的详细留待后述。
光物理常数推测部144判断是否结束各段的光物理常数的搜索(S112)。例如，光物理常数推测部144，在评价函数的值(评价值)小于阈值的情况下，判断为结束各段的光物理常数的搜索。此外例如光物理常数推测部144，可以在评价值的变化率小于阈值的情况下，判断为结束搜索。此外例如光物理常数推测部144，可以在传播模拟的反复次数达到上限次数的情况下，判断为结束搜索。此外，光物理常数推测部144，可以组合这些条件来判断是否结束搜索。
在此，在判断为不结束搜索的情况下(S112中的“否”)，光物理常数推测部144，更新各段的光物理常数，从而使计算功率谱与测量功率谱的差异变小(S114)。具体而言，光物理常数推测部144，例如按照模拟退火法来设定作为输入提供给传播模拟的新的光物理常数。而且，反复进行步骤S110及步骤S112的处理。
另一方面，在判断为结束搜索的情况下(S112中的“是”)，输出部145将得出表示最小差异的评价值的、作为输入提供给传播模拟的各段的光物理常数，输出为光传输介质120内的光物理常数的分布(S116)。
如上所述，光物理常数推测部144，直到判断为搜索结束，一边变更作为输入提供给传播模拟的各段的光物理常数，一边反复进行传播模拟，从而搜索各段的光物理常数。换言之，光物理常数推测部144，采用对计算功率谱与测量功率谱的每个强度的差异进行评价的评价函数，搜索各段的光物理常数的优化解或者近似解。
＜传播模拟＞
下面说明分步傅里叶法，该分步傅里叶法是基于各个强度的输入光信号按顺序在多个段传播的模型的传播模拟的一例。于是首先说明对于在光传输介质120内传播的光信号产生影响的色散效应和非线性光学效应。
色散效应是光和物质的相互作用根据光的波长的不同而引起的、光的电场线性的现象(回应)。根据色散效应，输入光信号的传播速度按照频率而变化。换言之，输入光信号中包含的各频率成分的相位偏离，输入光信号的时间波形展开。示出该色散效应的特性的值是色散参数。
此外，非线性光学效应是光(例如像超短光脉冲一样的具有非常强的强度的光)与物质相互作用而引起的、在光的电场产生的非线性现象(回应)。表示该非线性光学效应的特性的值是非线性光学常数。作为非线性光学效应可以举出自相位调制，自陡峭化，以及拉曼响应等。
首先说明自相位调制。光纤等的光传输介质的折射率，与在其中传播的光信号的强度成比例地发生若干变化，所以对光信号本身产生相位调制。将这样产生的相位调制称为自相位调制。
下面说明自陡峭化。自陡峭化是时间波形对称的输入光信号随着在光传输介质传播，从而时间波形成为非对称，波峰迁移到后方的现象。自陡峭化是基于群速度依赖强度而产生。
最后说明拉曼响应。在光入射到物质中的情况下，具有与入射光相等的频率的强弹性散射(瑞利散射)光和具有频率若干偏离了入射光的频率的极为弱的非弹性散射光被散射。非弹性散射光分为由物质中的振动的原子和离子而被散射的拉曼散射光、以及由物质中的声波而被散射的布里渊散射光。在拉曼散射中，入射光的强度超过某个阈值的情况下，拉曼散射光因为受激放出而强烈产生的现象称为受激拉曼散射。通过该受激拉曼散射，在光传输介质内能量从光的高频率成分转移到低频率成分，低频率成分增强。称这样的现象为拉曼响应。
受如上的色散效应和非线性光学效应的影响，在光传输介质120传播的输入光信号的传播方程式，由式(1)来表示。
(数式1)
在此，E表示光的电场成分，z表示光传输介质120的沿着传播方向的距离。此外，D表示色散效应和损耗，N表示非线性光学效应。D及N，通过以下式(2)以及式(3)来表示。
(数式2)
(数式3)
在此，α，β，γ表示光传输介质120的光物理常数。具体而言，α表示与光的强度的损耗有关的光物理常数。此外，β表示与各阶的色散效应有关的光物理常数(色散参数)。此外，γ表示与非线性光学效应有关的光物理常数(非线性光学常数)。另外，T表示时间。
在式(2)的右边，第1项显示二阶色散，第2项表示三阶色散，第3项表示四阶色散，最后一项表示在光传输介质120传播的光的强度的损耗。此外，在式(3)的右边，第1项表示自相位调制，第2项表示自陡峭化，第3项表示拉曼响应。
另外，在式(2)中，表示了四阶色散以下的阶数的色散效应，不过色散效应的阶数不被这个限定。换言之，在传播模拟中采用的色散参数，不限定为二阶～四阶色散参数。例如不采用三阶以上的色散参数(换言之忽视三阶以上的色散效应)，可以采用二阶色散参数来进行传播模拟。例如，也可以采用五阶以上的色散参数来进行传播模拟。
该传播方程式中包含了依赖E本身的项目。因此，同时一并计算色散项(D)和非线性项(N)存在困难。于是，在分步傅里叶法中，如图4所示，沿着光信号的传播方向，将光传输介质120虚拟地分割为多个阶段(段)。而且，按每个步骤依次计算色散项和非线性项，从而能够求出在光传输介质120中传播的光信号的近似解。
换言之，在传播模拟中，关于多个段的每一个，依次进行采用色散参数的光信号的传播计算(色散项的计算)及采用非线性光学常数的光信号的传播计算(非线性项的计算)。另外，色散项的计算及非线性项的计算的顺序不被限定。换言之，色散项的计算及非线性项的计算的顺序，可以按照该顺序进行，也可以按照与其相反的顺序进行。
另外，传播模拟没有必要一定是分步傅里叶法。例如，传播模拟也可以是FDTD(Finite-difference time-domain：时域有限差分)法。换言之，只要是基于各个强度的输入光信号按顺序在多个段中传播的模型的传播模拟，可以采用任何传播模拟。
<实验结果>
下面说明通过本实施方式涉及的光物理常数测量系统获得的实验结果。
在本实验中，光信号生成装置100，作为输入光信号生成了具有预先规定的时间波形(功率谱及相位谱)的光脉冲。
强度调节器110，采用了可调光衰减器(VOA∶Variable Optical Attenuator)。强度调节器110将由光信号生成装置100生成的输入光信号的强度变更为四种不同的强度。而且，强度调节器110，将变更了强度的输入光信号，分别输出到光传输介质120。
在光传输介质120中，图5A所示，采用连接了光物理常数相互不同的两个光纤(第一光纤120a及第二光纤120b)的光纤。此外，如图5B所示，第一光纤120a及第二光纤120b的长度(L)分别是5m。
此外，第一光纤120a及第二光纤120b的各个光物理常数(D∶色散参数，SI∶色散斜率，γ∶非线性光学常数)，如图5B示出。
在本实验中，搜索将光传输介质120以2.5米间隔虚拟地分割为四个而得到的各个段的光物理常数，从而推测在光传输介质120内的光物理常数的分布。
图6A～图6D分别是表示实施方式1的输出光信号的测量功率谱与计算功率谱的一例的图表。换言之，图6A～图6D表示测量功率谱、光物理常数的搜索结束时的传播模拟中得到的计算功率谱。
在图6A～图6D，横轴表示波长(Wavelength(nm))。此外，纵轴表示强度(Intensity(a.u.))。此外，实线表示输出光信号的功率谱的测量值。此外，虚线表示输出光信号的功率谱的计算值(传播模拟结果)。
图7是表示由实施方式1的实验推测出的各段的光物理常数的表。换言之，图7表示计算出图6A～图6D的虚线表示的功率谱时，作为输入提供给传播模拟的各个段的光物理常数。在本实验中，以2.5米间隔虚拟地分割了光传输介质120。
如图7所示，在本实验中，能够得到图5A以及图5B示出的光传输介质120内的光物理常数的分布的近似解。换言之，在本实验中采用多个强度的输入光信号的功率谱和相位谱，以及与各个强度的输入光信号对应的输出信号的功率谱，来获得光传输介质120的光物理常数的分布的近似解。
如上所述，通过本实施方式涉及的光物理常数推测装置，采用与多个强度的输入光信号的各自对应的输出光信号的功率谱，能够推测光传输介质的光物理常数在传播方向上的分布。因此，即使不使用特殊的设备，也能得到光传输介质的光物理常数的传播方向上的分布。换言之，通过构成简便的光物理常数测量系统(例如具备可调光衰减器及分光器的系统)，能够得到光传输介质的光物理常数的传播方向上的分布。
这样，不需要物理上分割光传输介质，就能得到光物理常数的分布，所以光物理常数推测装置有用于光传输介质的品质检查等。此外，在用在海底光纤电缆的检查中时，光物理常数推测装置还能推测出光纤电缆的异常部分。
另外，上述说明了在光的传播方向上将光传输介质均等分为四个而设定多个段的例子，不过光传输介质的分割方法不仅限于此。例如，光传输介质可以不均等地分割。换言之，段的数量及各段的长度可以是任意的数量及长度。例如，可以按照光传输介质的使用目的，来变更段的数量及各段的长度。段的数量越多，搜索时间越长，但是能够得到高精度的光物理常数的分布。
(实施方式2)
下面说明实施方式2。
本实施方式与实施方式1不同的是，在光物理常数的分布的搜索的途中进行段的合并。下面，以与实施方式1不同点为中心说明本实施方式涉及的光物理常数推测装置。另外，本实施方式涉及的光物理常数测量系统的构成，因为与图1相同，省略图解。
＜光物理常数推测装置240的构成＞
图8是表示实施方式2涉及的光物理常数推测装置240的功能构成的方框图。另外，图8中具有与图2相同的功能的构成要素，附上相同的符号，适当省略说明。
如图8所示，光物理常数推测装置240具备：输入谱获得部141、输出谱获得部142、段设定部243、光物理常数推测部244、输出部245。
段设定部243，与实施方式1的段设定部143相同，沿着传播方向虚拟地分割光传输介质120，从而设定多个段。以下将这里设定的段称为第一段。
加之，段设定部243，根据后述的光物理常数推测部244推测的多个第一段的每一个的光物理常数，合并多个第一段中包含的相互邻接的第一段，从而设定多个第二段。
光物理常数推测部244与实施方式1的光物理常数推测部144同样，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各强度的输入光信号按顺序在多个第一段传播。在该第一传播模拟中，将表示各强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息和多个第一段中每个段的光物理常数作为输入来请求，作为模拟结果输出输出光信号的功率谱(计算功率谱)。
具体而言，光物理常数推测部244，采用对测量出的输出光信号的功率谱(测量功率谱)与作为第一传播模拟的结果而获得的输出光信号的功率谱(计算功率谱)的差异进行评价的评价函数，对多个第一段中每个段的光物理常数进行搜索，从而推测多个第一段中每个段的光物理常数。
进而，光物理常数推测部244，根据基于一模型的第二传播模拟的结果，推测多个第二段中每个段的光物理常数，在该模型中各强度的输入光信号按顺序在多个第二段传播。在该第二传播模拟中，将表示各强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息和多个第二段中每个段的光物理常数作为输入来请求，作为模拟结果输出输出光信号的功率谱(计算功率谱)。
具体而言，光物理常数推测部244，采用对测量出的输出光信号的功率谱(测量功率谱)与作为第二传播模拟的结果而获得的输出光信号的功率谱(计算功率谱)的差异进行评价的评价函数，对多个段中每个段的光物理常数进行搜索，从而推测多个第二段中每个段的光物理常数。
输出部245，将通过光物理常数推测部244推测出的各个第二段的光物理常数，作为光传输介质120内的光物理常数的分布来输出。
＜光物理常数推测装置240的处理动作＞
下面说明如上所述构成的光物理常数推测装置240的各种动作。
图9是表示实施方式2涉及的光物理常数推测装置240的处理动作的流程图。此外，图10是用于说明实施方式2涉及的段的合并的图。另外，图9中进行与图3相同的处理的构成要素，附上相同的符号，适当省略说明。
光物理常数推测装置240，与实施方式1同样，推测各个第一段的光物理常数(步骤S102～步骤S114)。
接着，段设定部243，根据被推测出的多个第一段中每个段的光物理常数，对多个第一段中包含的相互邻接的第一段进行合并，从而设定多个第二段(S202)。具体而言，段设定部243例如判断多个第一段中包含的相互邻接的第一段的光物理常数是否类似。而且，段设定部243，在相互邻接的第一段的光物理常数类似时，合并相互邻接的第一段。
在这里，用图10来说明这个处理的详细内容。例如，假设段设定部243如图10的(a)所示设定了多个第一段。
此时，段设定部243，判断第一段261及262的光物理常数是否类似，还判断第一段262及263的光物理常数是否类似。具体而言，段设定部243，例如通过对表示段之间的光物理常数的差异的值(例如差分的绝对值或比率等)与阈值进行比较，从而判断光物理常数是否类似。
在此，判断为第一段261及262的光物理常数类似，并且判断为第一段262及263的光物理常数不类似的情况下，段设定部243合并第一段261及262，不合并第一段262及263。其结果，如图10的(b)所示，设定第二段271及272。
返回图9的流程图的说明。光物理常数推测部244，作为第二传播模拟的输入，设定各个第二段的光物理常数的初始值(S204)。例如，光物理常数推测部244，采用推测出的多个第一段中每个段的光物理常数来设定多个第二段中每个段的光物理常数的初始值。具体而言，光物理常数推测部244，按每个第二段，采用与该第二段对应的1个以上的第一段的光物理常数，设定该第二段的光物理常数的初始值。
更具体而言，例如如图10所示设定了多个第二段的情况下，光物理常数推测部244，将与第二段271对应的第一段261及262的光物理常数的统计代表值(例如平均值或者中央值等)，设定为第二段271的光物理常数的初始值。
由此，光物理常数推测部244，能够抑制在第二传播模拟的搜索的开始时的评价函数的降低(测量功率谱与计算功率谱的差异的增加)。因此，光物理常数推测部244能够减少处理时间或处理负荷。
光物理常数推测部244，通过进行第二传播模拟，能够计算输出光信号的功率谱(S206)。该第二传播模拟，与第一传播模拟不同的是不采用第一段而是采用第二段，不过，其他部分与第一传播模拟相同。
光物理常数推测部244判断是否结束对各个第二段的光物理常数的搜索(S208)。具体而言，光物理常数推测部244，与步骤S112的判断相同，例如根据评价函数及反复次数的至少一方，判断是否结束对各个第二段的光物理常数的搜索。
此时，作为步骤S208的结束条件，可以采用比步骤S112的结束条件更严格的条件。由此，能够减少因为段的数量多而处理负荷大的第一传播模拟的执行次数，并且能够提高第二传播模拟的光物理常数的推测精度。
在此判断为不结束搜索的情况下(S208中的“否”)，光物理常数推测部244与步骤S114同样，更新各个第二段的光物理常数，以使计算功率谱与测量功率谱的差异变小(S210)。
另一方面，判断为结束搜索的情况下(S208中的“是”)，输出部245将获得表示最小差异的评价值的、作为输入提供给第二传播模拟的各个第二段的光物理常数，作为光传输介质120内的光物理常数的分布来输出(S212)。
图11是用于说明实施方式2涉及的光物理常数推测装置的效果的图。图11的(a)示出评价值小于阈值为止采用多个第一段反复进行第一传播模拟时的评价值的时间推移。此外，图11的(b)示出反复第一传播模拟，之后，采用合并了多个第一段的多个第二段来反复进行第二传播模拟时的评价值的时间推移。在这里，评价值是测量功率谱与计算功率谱的每个频率成分值的差分绝对值和。
如图11的(a)所示，第一传播模拟的评价值成为阈值以下的时刻是t0。相对于此，在时刻t1合并第一段，开始第二传播模拟的情况下，评价值在时刻t2成为阈值以下。
第二传播模拟因为段的数量比第一传播模拟少，所以一次的模拟需要的处理时间也短。因此，如图11所示，能够减少到满足最终的结束条件(评价值成为阈值以下)为止所需的处理时间。
此外相反，在增加了第一段的数量的情况下，不仅抑制处理时间的增加，又能抑制第一段的分割位置和实际的光物理常数变化的位置不一致导致的推测精度的降低。
如上所述，通过本实施方式涉及的光物理常数推测装置240，通过采用合并第一段而得到的多个第二段，能够搜索光传输介质的光物理常数的分布。因此，能够按照第一传播模拟的结果，恰当地设定在光传输介质内光物理常数变化的位置，能够提高光物理常数的分布的推测精度。加之，光物理常数推测装置240，因为能够将推测为光物理常数均一的多个段(第一段)合并为1个段(第二段)来进行传播模拟，所以能够减少传播模拟的处理时间或处理负荷。例如，将第二传播模拟的搜索的结束条件设成比第一传播模拟的搜索的结束条件更严格，从而光物理常数推测装置240能够减少段的数量多而处理负荷大的第一传播模拟的执行次数。
以上，本发明的一个方案涉及的光物理常数推测装置及光物理常数测量系统，根据实施方式进行了说明，不过，本发明不被这些实施方式所限定。只要不超出本发明的宗旨，则技术者想出的各种变形例实施在各个实施方式的例子，对不同实施方式中的构成要素进行组合而构筑的例子也都包括在本发明的范围中。
例如，在所述各个实施方式，说明了推测光传输介质的非线性光学常数及色散参数的例，不过，不一定需要推测这些的非线性光学常数及色散参数。例如，已知色散参数的情况下，可以只推测非线性光学常数。
此外，在所述实施方式2中，段的合并只进行了一次，不过，段的合并，可以进行两次以上。例如，可以在第二传播模拟的光物理常数的搜索结束之后，合并多个第二段，从而设定多个第三段。
另外，本发明能够作为执行这样的光物理常数推测装置的有特征的构成要素进行的处理的光物理常数测量方法来实现。此外，也可以将光物理常数推测装置的有特征的构成要素进行的处理，作为如图12所示的用于计算机执行的程序来实现。而且，这样的程序能够经由CD-ROM等的记录介质或者互联网等的传输介质进行分发。
图12是表示计算机的硬件构成的一例的图。通过计算机实现光物理常数推测装置的程序，例如存储在计算机可读取的非暂时的记录介质的CD-ROM515，经由CD-ROM装置514而读出。此外例如利用计算机实现光物理常数推测装置的程序，经由有线或无线网络、或者广播等传输。
计算机500具备：CPU(Central Processing Unit)501、ROM(Read Only Memory)502、RAM(Random Access Memory)503、硬盘504、通信接口505等。
CPU501执行经由CD-ROM装置514读出的程序、或经由通信接口505接收的程序。具体而言，CPU501将经由CD-ROM装置514读出的程序、或经由通信接口505接收的程序在RAM503展开。而且，CPU501执行在RAM503展开的程序中编码化的各个命令。
ROM502是用于存储计算机500的动作所需的程序及数据的只读存储器。RAM503，在CPU501执行程序时作为工作区而被使用。具体而言，RAM503例如暂时地存储程序执行时的参数等的数据。硬盘504存储程序，数据等。
通信接口505经由网络进行与其他计算机的通信。总线506相互连接CPU501、ROM502、RAM503、硬盘504、通信接口505、显示器511、键盘512、鼠标513及CD-ROM装置514。
另外，在所述各个实施方式，各构成要素可以通过专用的硬件来构成，或者通过执行适合各构成要素的软件程序来实现。各构成要素，可以由CPU或处理器等的程序执行部，读出并执行硬盘或半导体存储器等记录介质中记录的软件程序来实现。在此，实现所述各个实施方式的光物理常数推测装置等的软件是如下的程序。
即，该程序使计算机执行如下步骤：输入谱获得步骤，获得表示多个强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息；输出谱获得步骤，按每个所述输入光信号的强度，获得该强度的所述输入光信号在所述光传输介质传播之后输出的输出光信号的被测量出的功率谱；分割步骤，沿着传播方向虚拟地分割所述光传输介质，从而设定多个第一段；第一推测步骤，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测所述多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第一段传播；以及输出步骤，将推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出。此时，在所述第一传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第一段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出。此外，在所述第一推测步骤中，采用对所述输出光信号的被测量出的功率谱与作为所述第一传播模拟的结果而得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第一段中每个段的光物理常数，从而推测所述多个第一段中每个段的光物理常数。
工业实用性
本发明作为能够测量光传输介质的光物理常数的分布的光物理常数推测装置及光物理常数测量系统而有用。
符号说明
100 光信号生成装置
110 强度调节器
120 光传输介质
120a 第一光纤
120b 第二光纤
130 分光器
140，240 光物理常数推测装置
141 输入谱获得部
142 输出谱获得部
143，243 段设定部
144，244 光物理常数推测部
145，245 输出部

Claims (9)

1.一种光物理常数测量方法，用于测量光传输介质的光物理常数的分布，所述光物理常数测量方法包括：
获得步骤，获得表示多个强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息；
测量步骤，按所述输入光信号的每个强度，测量该强度的所述输入光信号在所述光传输介质传播之后输出的输出光信号的功率谱；
分割步骤，沿着传播方向虚拟地分割所述光传输介质，从而设定多个第一段；
第一推测步骤，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测所述多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第一段传播；以及
输出步骤，将推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出，
在所述第一传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第一段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出，
在所述第一推测步骤中，采用对测量出的输出光信号的功率谱与作为所述第一传播模拟的结果而得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第一段中每个段的光物理常数，从而不利用表示所述输出光信号的相位谱的信息而推测所述多个第一段中每个段的光物理常数。
2.如权利要求1所述的光物理常数测量方法，
所述光物理常数测量方法还包括：
合并步骤，根据推测出的所述多个第一段中每个段的光物理常数，合并所述多个第一段中包含的相互邻接的第一段，从而设定多个第二段；以及
第二推测步骤，根据基于一模型的第二传播模拟的结果，推测所述多个第二段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第二段传播，
在所述第二传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第二段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出，
在所述第二推测步骤中，采用对测量出的输出光信号的功率谱与作为所述第二传播模拟的结果得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第二段中每个段的光物理常数，从而推测所述多个第二段中每个段的光物理常数，
在所述输出步骤中，取代推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，将推测出的所述多个第二段的多个光物理常数作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出。
3.如权利要求2所述的光物理常数测量方法，
在所述合并步骤中，判断所述多个第一段中包含的相互邻接的第一段的光物理常数是否类似，在所述相互邻接的第一段的光物理常数类似的情况下，合并所述相互邻接的第一段。
4.如权利要求2所述的光物理常数测量方法，
在所述第二推测步骤中，采用推测出的所述多个第一段中每个段的光物理常数，设定所述多个第二段中每个段的光物理常数的初始值，该初始值是作为输入提供给所述第二传播模拟的值。
5.如权利要求1所述的光物理常数测量方法，
所述光传输介质是光纤。
6.如权利要求1至5的任一项所述的光物理常数测量方法，
所述光物理常数包含：色散参数及非线性光学常数，
在所述第一传播模拟中，针对所述多个第一段的每个段，依次进行采用了所述色散参数的光信号的传播计算以及采用了所述非线性光学常数的光信号的传播计算。
7.如权利要求1所述的光物理常数测量方法，
所述光物理常数测量方法，在所述多个第一段中每个段的光物理常数的搜索途中，根据所述第一传播模拟合并所述多个第一段。
8.一种光物理常数推测装置，用于推测光传输介质的光物理常数的分布，所述光物理常数推测装置具备：
输入谱获得部，获得表示多个强度的输入光信号的功率谱及相位谱的信息；
输出谱获得部，按所述输入光信号的每个强度，获得该强度的所述输入光信号在所述光传输介质传播之后输出的输出光信号的被测量出的功率谱；
段设定部，沿着传播方向虚拟地分割所述光传输介质，从而设定多个第一段；
光物理常数推测部，根据基于一模型的第一传播模拟的结果，推测所述多个第一段中每个段的光物理常数，在该模型中各个强度的所述输入光信号按顺序在所述多个第一段传播；以及
输出部，将推测出的所述多个第一段的多个光物理常数，作为所述光传输介质的光物理常数的分布来输出，
在所述第一传播模拟中，将获得的表示各个强度的所述输入光信号的功率谱及相位谱的信息和所述多个第一段中每个段的光物理常数作为输入来请求，并且将输出光信号的功率谱作为模拟结果来输出，
所述光物理常数推测部，采用对所述输出光信号的被测量出的功率谱与作为所述第一传播模拟的结果而得到的输出光信号的功率谱的差异进行评价的评价函数，搜索所述多个第一段中每个段的光物理常数，从而不利用表示所述输出光信号的相位谱的信息而推测所述多个第一段中每个段的光物理常数。
9.一种记录介质，记录有用于使计算机执行权利要求1所述的光物理常数测量方法的程序。
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