CN1957242A - 光纤的双折射测定方法及测定装置、光纤的偏振模色散测定方法及光纤 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光纤的双折射测定方法，取得被测定光纤的从测定起点0到规定的位置z的第1区间(0，z)的往返琼斯矩阵R(z)、以及从测定起点0到与上述位置z不同的位置z+Δz的第2区间(0，z+Δz)的往返琼斯矩阵R(z+Δz)，求矩阵R(z+Δz)R(z)^－1的固有值ρ₁、ρ₂，通过对上式(1)、(2)进行运算，求从上述位置z到上述位置z+Δz的微小区间Δz的双折射，其中，Φ表示基于双折射的正交偏振光之间的相位差，Δn表示双折射，λ表示波长。

Description

光纤的双折射测定方法及测定装置、光纤的偏振模色散测定方法及光纤

技术领域

本发明涉及光纤的双折射测定方法及测定装置、光纤的偏振模色散测定方法及光纤，涉及用于沿长度方向准确且简单地对光纤的双折射和偏振模色散进行测定的技术。

本申请主张2005年4月14日提出的日本特愿2005-117030号、以及2005年8月8日提出的日本特愿2005-229263号的优先权，并在此引用了其内容。

背景技术

近年来，随着光通信的传送速度的高速化和传送距离的长距离化，要求在传送路中减少偏振模色散(以下用PMD表示)。PMD是由于在光纤内传播的正交的2个固有偏振光成分产生群速度差而引起的模色散(参照专利文献1、2以及非专利文献1～5)。

决定PMD的参数有2个。一个是光纤的双折射的大小，另一个是表示光纤的双折射轴的方向在光纤长度方向上如何变化的偏振模耦合的大小。

作为决定传送路、即光缆的PMD的具体的主要因素，存在如下的因素，即，光纤的芯形状的非正圆性、芯中产生的应力的非对称性等起因于光纤内部的因素，和因光缆化工序中的光纤的弯曲而产生的应力的非对称性等起因于光缆化工序的因素。因此，为了防止起因于光纤内部的光缆的PMD的劣化，最好在光缆化工序之前，测定起因于光纤内部的因素的PMD，除去PMD不好的光纤。

光纤通常是在卷绕于线轴上的状态下被输送到光缆化工序，但被卷绕于线轴上的状态下的光纤，由于被卷绕于线轴上，而因弯曲和侧压等而产生双折射，并且，光纤彼此之间的相互接触、或在卷绕时被施加的强力扭曲，将导致偏振模耦合。因此，卷绕于线轴上的光纤的PMD与起因于光纤内部的因素的PMD不一致。

因此，为了测定起因于光纤内部的因素的PMD，采用如下的方法，即，把光纤从线轴上松开，以20cm至100cm左右的直径进行卷绕，通过把其沉入到具有与光纤的比重接近的比重的液体中，解除因侧压或小的弯曲而产生的双折射、和起因于光纤彼此之间的接触的偏振模耦合，进行PMD的测定。关于该PMD的测定，例如被记载在非专利文献5等中。

如非专利文献4所记载的那样，PMD由于具有统计性的性质，所以在测定中存在着不确定性。为了减小不确定性，可采用增大被测定光纤的总PMD、或延长测定的波长、在每次测定时对光纤施加扰动并进行多次测定等的方法。

专利文献1：国际公开WO 2004/010098号小册子

专利文献2：国际公开WO 2004/045113号小册子

非专利文献1：E.Chausse，N.Gisin，Ch.Zimmer，“POTDR，depolarization and detection of sections with large PMD”，OFMD’95

非专利文献2：鹤田匡夫，“应用光学2”，pp.197-200，培风馆

非专利文献3：R.C.Jones，“A new calculus for the treatment of opticalsystems VI.Experimental ditermination of the matrix”，JOSA，Vol.37，pp.110-112，1947

非专利文献4：N.Gisin，“How accurately can one measure a statisticalquantity like polarization-mode dispersion”，PTL，Vol.8，No.12，pp.1671-1673，Dec.1996

非专利文献5：B.L.Heffner，“automated measurement of polarizationmode dispersion using Jones matrix eigenanalysis”，IEEE Photonics Tech.Lett.Vol.4，No.9，Sep.1992

但是，以往的PMD测定方法存在着如下的问题。

为了增大被测定光纤的总PMD，在被测定光纤的PMD较小的情况下，必须增加被测定光纤的总长，然而，自由状态下的PMD的测定所使用的光纤，不能作为产品再次使用，而该方法在每次测定时都需要较长的光纤，因而造成大的浪费。另外，增大测定的波长的方法受到光源的振荡波长的制约，所以存在局限性。另外，多次测定的方法在测定时耗费时间，效率低。

下面，对于其它的以往技术及其问题点进行说明。PMD由于由光纤的母材和拉丝条件引起的变动较大，所以，通常在同一条件下制作的光纤虽然呈现大致相同的PMD值，但由于突发的原因，有时会出现PMD局部劣化的情况，因此最好能够在长度方向上进行测定。

以往，作为长度方向的双折射、PMD的测定法，可以列举出专利文献1、2所记载的方法。这些方法是根据在OTDR与被测定光纤之间配置了偏振镜时所观测到的OTDR波形的偏差的大小，来测定双折射和PMD。但是，这些测定方法存在如下的问题。

首先，在以往的方法中，由于波形的振幅随入射的偏振光状态与光纤的双折射轴角度的关系不同而不同，所以存在着不能准确地进行测定的问题。例如，在入射偏振光是直线偏振光的情况下，在直线偏振光的方向与双折射轴呈45度角度时，振幅最大，在一致时振幅为0。该问题对以往方法的偏振模色散的测定结果产生很大的影响。

另外，在以往的方法中，作为OTDR波形的偏差的指标，是以基于最小自乘近似直线的偏差作为指标，为此，需要在一定程度的区间内将偏差平均化，从原理上讲，不可能获得高的分辨率。

而且，对于以往的方法而言，其特征是通过使用通用的OTDR来构成简单的结构，但通用的OTDR的光源的光谱宽度为5nm～20nm，所以一旦通过PMD较大的地点，则会产生脉冲中的偏振光状态随波长的不同而不同的现象，并且振幅由于被平均化而变小，所以还存在着无法进行之后的PMD的测定的问题(参照非专利文献1)。

发明内容

本发明就是鉴于上述的问题而做出的，其目的是提供一种能够在短时间内准确地测定自由状态下的PMD比较小的短光纤的双折射和PMD的方法和装置。

另外，本发明的另一个目的是，提供一种能够准确、且以任意的分辨率测定光纤在自由状态下的长度方向的双折射和PMD，并且，即使在中途存在PMD较大的地点，也不会对之后的测定结果造成影响的方法和装置。

为了达到上述的目的，本发明提供一种光纤的双折射测定方法，其中，取得被测定光纤的从测定起点0到规定的位置z的第1区间(0，z)的往返琼斯矩阵R(z)、以及从测定起点0到与上述位置z不同的位置z+Δz的第2区间(0，z+Δz)的往返琼斯矩阵R(z+Δz)，求矩阵R(z+Δz)R(z)^-1的固有值ρ₁、ρ₂，通过对下式(1)、(2)

$\mathrm{\φ}=\frac{\arg \left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\right)}{2}\·\·\·\left(1\right)$

$\mathrm{\Δn}=\frac{\mathrm{\λ\φ}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δz}}\·\·\·\left(2\right)$

进行运算，求从上述位置z到上述位置z+Δz的微小区间Δz的双折射，其中，Φ表示双折射的正交偏振光之间的相位差，Δn表示双折射，λ表示波长。

在本发明的光纤的双折射测定方法中，优选使用偏振OTDR，取得被测定光纤的上述往返琼斯矩阵。

另外，本发明提供一种光纤的双折射测定装置，至少包括：定时控制单元；由该定时控制单元所控制的脉冲光产生单元；转换来自该脉冲光产生单元的脉冲光的偏振光状态的偏振光转换单元；使来自该偏振光转换单元的脉冲光入射到被测定光纤的一端，并且出射返回到该被测定光纤的一端的后方散射光的光旋转单元；由该定时控制单元控制、把来自该光旋转单元的出射光的偏振光状态作为时间序列进行检测的偏振光检测单元；以及根据该偏振光检测单元的输出，使用上述双折射测定方法，测定上述被测定光纤的双折射的解析单元。

另外，本发明提供一种光纤的偏振模色散测定方法，利用使用上述光纤的双折射测定方法测定的自由状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的被测定光纤的偏振模色散的关系，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

另外，本发明提供一种光纤的偏振模色散测定方法，取出卷绕于线轴上的光纤的一部分，在使用上述光纤的偏振模色散测定方法测定了其偏振模色散后，把上述偏振模色散的测定值作为使卷绕于线轴上的整个上述光纤处于自由状态时的偏振模色散。

另外，本发明提供一种光纤的偏振模色散测定方法，利用使用上述光纤的双折射测定方法测定的自由状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的被测定光纤的偏振模色散的关系，在卷绕于线轴上的状态下，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

另外，本发明提供一种光纤的偏振模色散测定方法，利用使用上述光纤的双折射测定方法测定的卷绕于线轴上的状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的上述被测定光纤的偏振模色散的关系，在卷绕于线轴上的状态下，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

在上述偏振模色散测定方法中，在上述卷绕于线轴上的状态下，对上述被测定光纤施加的扭曲量可以小于等于1rad/m。

在上述偏振模色散测定方法中，也可以测定由对线轴的卷绕张力、和被卷绕的光纤自身引起的侧压的影响小的部分的双折射，把其作为上述被测定光纤的双折射的代表值，并作为使卷绕于线轴上的整个光纤处于自由状态时的上述光纤的偏振模色散。

在上述偏振模色散测定方法中，也可以在卷绕上述被测定光纤的线轴与上述光纤接触的部位配置缓冲部件，减小对光纤的侧压，并且除去因线轴的膨胀收缩而产生的测定中的偏振光状态变动的影响，该线轴的膨胀收缩是因测定环境的温度变化而产生的。

在上述偏振模色散测定方法中，也可以在暂时放松了对上述光纤的张力之后，在卷绕于线轴上的状态下，测定上述被测定光纤的双折射，测定自由状态下的上述光纤的偏振模色散。

另外，本发明提供一种光纤，其利用上述光纤的偏振模色散测定方法所测定的偏振模色散，小于等于

上述的光纤，在卷绕于线轴上的状态下，被施加的扭曲量可以小于等于1rad/m。

也可以对上述的光纤标记所测定的偏振模色散值或其上限值。

根据本发明，取得被测定光纤的从测定起点0到规定的位置z的第1区间(0，z)的往返琼斯矩阵R(z)、以及从测定起点0到与上述位置z不同的位置z+Δz的第2区间(0，z+Δz)的往返琼斯矩阵R(z+Δz)，求矩阵R(z+Δz)R(z)^-1的固有值ρ₁、ρ₂，并通过运算，求微小区间Δz的双折射，而且根据所求得的光纤的双折射得到光纤的PMD，所以，能够提供一种可在短时间内准确地测定自由状态下的PMD比较小的短光纤的双折射以及PMD的方法和装置。

而且，本发明可提供一种能够以任意的分辨率准确地测定光纤在自由状态下的长度方向的双折射以及PMD，并且，即使在中途存在PMD较大的地点，也不会对之后的测定结果产生影响的方法和装置。

另外，根据本发明，对于卷绕于线轴上的状态或暂时放松了对线轴的卷绕张力的状态下的光纤，可推定处于自由状态下的光纤的PMD。

附图说明

图1是用于说明本发明的光纤的双折射测定方法中的测定区间的概略图。

图2是表示本发明的光纤的双折射测定装置的一个实施方式的结构图。

图3是表示本发明的光纤的双折射测定装置的脉冲光产生单元的一例的结构图。

图4是表示本发明的光纤的双折射测定装置的脉冲光产生单元的另一例的结构图。

图5是表示本发明的光纤的双折射测定装置的偏振光转换单元的一例的结构图。

图6是表示本发明的光纤的双折射测定装置的偏振光转换单元的另一例的结构图。

图7是表示本发明的光纤的双折射测定装置的偏振光转换单元的其它例子的结构图。

图8是表示本发明的光纤的双折射测定装置的偏振光转换单元的其它例子的结构图。

图9是表示本发明的光纤的双折射测定装置的其它实施方式的结构图。

图10是表示在光纤固化后向一个方向施加了扭曲的情况下、采用本发明的测定方法测定的双折射的示例的图。

图11是表示在光纤固化前向一个方向施加了扭曲的情况下、实际的双折射和采用本发明的测定方法测定的双折射的示例的图。

图12是表示在光纤固化前被施加了正弦波形扭曲的情况下、实际的双折射和采用本发明的测定方法测定的双折射的示例的图。

图13是比较表示采用本发明的方法测定的双折射、与采用以往的方法测定了10次PMD的测定结果的图。

图14是比较表示采用以往的方法测定了1次PMD的测定结果、与采用以往的方法测定了10次PMD的测定结果的图。

图15是表示在长度方向测定了卷绕于线轴上的光纤的双折射的示例的图。

图16是表示在长度方向测定了卷绕于线轴上的光纤的双折射的示例的图。

图17是表示在把光纤卷绕于线轴上的状态下测定的长度方向的双折射、与将该光纤从中央进行2分割并使之处于自由状态时的PMD之间的关系的图。

图18是表示在把光纤卷绕在具有可暂时放松张力的结构的线轴上，在放松了张力的状态下测定的长度方向的双折射、与将该光纤从中央进行2分割并使之处于自由状态时的PMD之间的关系的图。

图19是表示卷绕于线轴上的状态下的双折射、与处于自由状态的光纤的PMD相比较的结果的曲线图。

图20是表示处于自由状态的光纤的双折射、与处于自由状态的光纤的PMD相比较的结果的曲线图。

图21是表示卷绕于线轴上的状态下的双折射、与处于自由状态的光纤的双折射相比较的结果的曲线图。

图中：1-双折射测定装置；2-被测定光纤；11-定时控制单元；12-脉冲光产生单元；13-偏振光转换单元；14-光旋转单元；15-偏振光解析单元；16-解析单元；17-光路；18-偏振光转换单元；19-光分支单元；20-光检测单元；121-脉冲光源；122-相位调制器；123-光放大器；124-自然射出光抑制单元；131-相位差板；132-偏振镜；133-偏振镜；134-相位差板。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。但本发明不限于以下的各个实施例，例如也可以将这些实施例的结构要素彼此进行适当的组合。

首先，对本发明的光纤的双折射测定方法进行说明。

图1是用于说明本发明的光纤的双折射测定方法中的测定区间的概略图。在本发明的双折射测定方法中，设定被测定光纤的从测定起点0到规定的位置z的第1区间(0，z)，并且把从测定起点0到与上述位置z不同的位置z+Δz设定为第2区间(0，z+Δz)，把从位置z到上述位置z+Δz(第1区间与第2区间之差的区间)设定为微小区间Δz。

另外，在把到第1区间(0，z)为止的单程琼斯矩阵设为J₁、把微小区间Δz的单程琼斯矩阵设为J₂、把第1区间(0，z)的往返琼斯矩阵设为R(z)时，具有下式(3)的关系。

$R\left(z\right)=J_1^T{J}_1\·\·\·\left(3\right)$

这里，如果考虑R(z+Δz)R(z)^-1这样的矩阵，则成为下式(4)

$R(z+\mathrm{\Δz})R{\left(z\right)}^{-1}=J_1^T{J}_2^T{J}_2{J}_1\·{\left(J_1^T{J}_1\right)}^{-1}$

$=J_1^T{J}_2^T{J}_2{J}_1\·J_1^{-1}{\left(J_1^T\right)}^{-1}\·\·\·\left(4\right)$

$=J_1^T{J}_2^T{J}_2{\left(J_1^T\right)}^{-1}$

在自由状态下的光纤或光缆内的光纤中，由于光纤的双折射轴的变化、和施加于光纤的扭曲平缓，所以可以认为微小区间Δz只具有直线双折射，双折射的轴的角度也为恒定的。于是，在把双折射的进相轴的角度设为θ，把基于双折射的正交偏振光之间的相位差设为Φ时，微小区间Δz的单程琼斯矩阵J₂成为下式(5)。

$J_2=P_2{Q}_2{P}_2^{-1}$

$=\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\exp (+\mathrm{\φ}/2)& 0\\ 0& \exp (-\mathrm{\φ}/2)\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\θ}& \sin \mathrm{\θ}\\ -\sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\·\·\·\left(5\right)$

式(5)中，P₂表示以矩阵J₂的固有矢量为成分的矩阵，Q₂表示以矩阵J₂的固有值为对角成分的对角矩阵。因此，下式(6)成立。

$P_2^{-1}=P_2^T\·\·\·\left(6\right)$

在该情况下，下式(7)成立。

$R(z+\mathrm{\Δz})R{\left(z\right)}^{-1}=J_1^T{J}_2^T{J}_2{\left(J_1^T\right)}^{-1}$

$=J_1^T{\left(P_2{Q}_2{P}_2^{-1}\right)}^T{P}_2{Q}_2{P}_2^{-1}\left(J_1^T\right)$

$=J_1^T{\left(P_2^{-1}\right)}^T{Q}_2^T{P}_2^T{P}_2{Q}_2{P}_2^{-1}{\left(J_1^T\right)}^{-1}$

$=J_1^T{\left(P_2^T\right)}^{-1}{Q}_2{P}_2^{-1}{P}_2{Q}_2{P}_2^{-1}{\left(J_1^T\right)}^{-1}\·\·\·\left(7\right)$

$=J_1^T{P}_2{Q}_2{Q}_2{P}_2^{-1}{\left(J_1^T\right)}^{-1}$

$=\left(J_1^T{P}_2\right)\·Q_2^2{\·\left(J_1^T{P}_2\right)}^{-1}$

另外，如果将R(z+Δz)R(z)^-1对角化，则可表示为下式(8)，

R(z+Δz)R(z)^-1＝P′Q′(P′)^-1            …(8)

因此，下式(9)成立。

$P^{\′}=J_1^T{P}_2$

$Q^{\′}=Q_2^2\·\·\·\left(9\right)$

由此，将矩阵R(z+Δz)R(z)^-1对角化而得到的对角矩阵Q’是将微小区间(z，z+Δz)的琼斯矩阵J₂对角化而得到的对角矩阵Q₂的平方。即，为下式(10)。

$Q^{\′}=Q_2^2=\left[\begin{array}{cc}\exp (+\mathrm{\φ})& 0\\ 0& \exp (-\mathrm{\φ})\end{array}\right]\·\·\·\left(10\right)$

由于Q’的对角成分是R(z+Δz)R(z)^-1的固有值，所以当设R(z+Δz)R(z)^-1的2个固有值ρ₁、ρ₂为下式(11)时，

ρ₁＝exp(φ)

ρ₂＝exp(-φ)                        …(11)

根据下式(12)、(13)

$\mathrm{\φ}=\frac{\arg \left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\right)}{2}\·\·\·\left(12\right)$

$\mathrm{\Δn}=\frac{\mathrm{\λ\φ}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δz}}\·\·\·\left(13\right)$

可进行任意的微小区间Δz的双折射，即长度方向的双折射测定。

这样，通过根据必要的分辨率对所测定的双折射的值进行平均化处理，可以以任意的分辨率进行双折射的测定。

另外，在基于本发明的双折射测定方法的双折射的计算中，由于不受第1区间(0，z)的琼斯矩阵的任何的制约，所以无论第1区间(0，z)的琼斯矩阵具有何种性质，都不会对测定产生任何影响。

下面，参照附图对本发明的光纤的双折射测定装置的实施方式进行说明。

图2是表示本发明的光纤的双折射测定装置的一个实施方式的结构图。本实施方式的双折射测定装置1构成为包括：定时控制单元11；由该定时控制单元11所控制的脉冲光产生单元12；转换来自该脉冲光产生单元12的脉冲光的偏振光状态的偏振光转换单元13；使来自该偏振光转换单元13的脉冲光入射到被测定光纤的一端，并且出射返回到该被测定光纤的一端的后方散射光的光旋转单元14；由定时控制单元11控制、将来自该光旋转单元14的出射光的偏振光状态作为时间序列进行检测的偏振光检测单元15；和根据该偏振光检测单元15的输出，使用上述本发明的双折射测定方法，测定被测定光纤2的双折射的解析单元16。

在本实施方式的双折射测定装置1中，从由定时控制单元11控制的脉冲光产生单元12出射的脉冲光，入射到偏振光转换单元13，在被转换为3种不同的偏振光状态后出射。

从偏振光转换单元13出射的脉冲光从光旋转单元14入射到被测定光纤2的一端，返回到该一端的后方散射光从光旋转单元14入射到由定时控制单元11控制的偏振光解析单元15，把返回光的偏振光状态作为时间序列数据检测出来。

关于偏振光状态的测定，可采用以时间序列测定在返回光中所包含的水平偏振光成分、垂直偏振光成分、45度直线偏振光成分以及右旋转圆偏振光成分这4个偏振光成分的强度，计算斯托克斯参数，将完全偏振光成分转换成琼斯矢量的方法等(参照非专利文献2)。通过以时间序列进行偏振光状态的测定，而以时间序列检测偏振光状态。

解析单元16根据与被偏振光转换单元13进行了转换的3种不同的偏振光状态对应的返回光的偏振光状态的时间序列数据，测定被测定光纤2的往返琼斯矩阵。关于根据与3个不同的入射偏振光对应的出射偏振光计算琼斯矩阵的方法，例如在非专利文献3中进行了详细描述。

下面，对在该双折射测定装置1中所使用的脉冲光产生单元12的构造进行说明。关于通用的OTDR的光源，众所周知存在着如下的问题，即、由于其光谱宽度较宽，为5nm～20nm，所以一旦通过PMD较大的地点，就会产生脉冲中的偏振光状态因波长的不同而不同的现象，并且，由于振幅被平均化而变小，所以无法进行其后的PMD的测定(参照非专利文献1)。因此，希望从脉冲光产生单元12出射的脉冲光的光谱宽度窄。

但是，脉冲光的光谱宽度变窄会带来其它的问题。由于随着光谱宽度的变窄，光源的可干涉性变高，所以来自不同位置的后方散射光发生干涉，在OTDR测定时会成为大的噪声。该噪声被称为相干噪声。

为了除去相干噪声对OTDR波形所产生的影响，一种有效的方法是，如图3所示，在脉冲光产生单元12的脉冲光源121的后级，配置利用了电光效应或声光效应等的相位调制器122，通过将脉冲光源121的光谱宽度展宽到可以忽略由波长变化引起的偏振光状态变化的程度，降低可干涉性。另外，在光谱宽度宽的脉冲光源121的后级配置波长滤镜，将光谱宽度缩减到可以忽略由波长变化引起的偏振光状态变化、且可干涉性不会成为问题的程度，也能够获得同样的效果。

波长的光谱宽度必须是可以忽略在被测定光纤2的各点的由波长变化引起的偏振光状态变化的程度，由于是根据到被测定光纤2的各个点为止的累积PMD的大小来决定，所以难以简单地决定，但除去相干噪声所需的光谱宽度，在为0.1nm时，即是充分的，不需要更宽。

下面，对在本发明的光纤的双折射测定装置1中使用的脉冲光产生单元12的其它方式进行说明。如图4所示，如果在脉冲光产生单元12内部配置光放大器123，则脉冲光被放大，因此，能够进行更长距离的测定。在此情况下，由于光放大器123产生自然射出光，所以优选采用在光放大器123的后级配置自然射出光抑制单元124，使在不出射脉冲的时间的自然射出光不入射到被测定光纤2内的结构。作为自然射出光抑制单元，可使用声光元件等光调制器。

下面，说明偏振光转换单元13。在本发明中所使用的偏振光转换单元13必须构成为可形成3种不同的偏振光状态，并能够掌握所形成的偏振光状态的结构。如图5所示，在单独使用相位差板131作为偏振光转换单元的情况下，由于在向相位差板131的入射偏振光状态发生变化时，出射偏振光状态也发生变化，所以优选全部使用偏振光保持型部件(偏振保持光纤等偏振保持型波导路)来构成从脉冲光产生单元12出射直线偏振光到偏振光转换单元13的光路17，由此使向偏振光转换单元13的入射偏振光状态保持恒定。

下面，说明本发明的其它偏振光转换单元13。如图6所示，作为偏振光转换单元13，如果使用偏振镜132，则即使向偏振光转换单元13的入射偏振光状态不确定，从偏振光转换单元13出射的出射光也会成为直线偏振光。因此，通过改变偏振镜132的角度，可形成任意的直线偏振光状态，因此是理想的。在此情况下，在改变偏振镜132的角度时，有时会出现该角度导致偏振镜132的出射功率减小、OTDR测定的SN比下降的情况。因此，如图8所示，更理想的是采用如下的结构，即，在偏振光转换单元13的前级，配置另一个偏振光转换单元18，通过改变向偏振光转换单元13的入射偏振光状态，可调整偏振光转换单元13中的偏振镜的出射功率。

下面，说明本发明的另一个偏振光转换单元13。如图7所示，作为偏振光转换单元13，如果使用偏振镜132、和在其后级配置了相位差板134的结构，则即使向偏振光转换单元13的入射偏振光状态不确定，从偏振光转换单元13射出的出射光也会成为直线偏振光，由相位差板134形成偏振光状态，因此是理想的。在此情况下，更优选采用通过与向偏振光转换单元13的入射偏振光状态对应地改变偏振镜133的角度，可调整偏振镜133的出射功率的结构。另外，如图8所示，更理想的是采用如下的结构，即，在偏振光转换单元13的前级，配置另一个偏振光转换单元18，通过改变向偏振光转换单元13的入射偏振光状态，可调整偏振光转换单元13中的偏振镜的出射功率。

下面，说明本发明的双折射测定装置的其它实施方式。光纤在受到弯曲、外力等从外部施加的扰动时，通过的光的偏振光状态会发生大的变动。因此，在偏振光转换单元13中使用了偏振镜132、133的情况下，当在测定中，从外部对连接脉冲光产生单元12和偏振光转换单元13的光路施加了扰动时，通过偏振光转换单元13中的偏振镜132、133的光量发生变化，对测定结果产生大的影响。因此，如图9所示，优选在偏振光转换单元13的后级配置光分支单元19和光检测单元20，测定通过了偏振镜132、133的光量的变化，监视有无扰动的影响，并且控制偏振光转换单元13，使得始终获得充分的脉冲光强度。

下面，说明本发明的双折射测定装置的另一个实施方式。当在测定中，在对被测定光纤2施加了同样的扰动时，光纤的琼斯矩阵发生变化，对测定结果产生影响。因此，有效的方法是，进行2次以上的基于同一入射偏振光的测定，通过比较，来监视在测定中被测定光纤是否被施加了扰动。具体来讲，可以构成为，在解析单元16中装入上述测定程序，进行2次以上的基于同一入射偏振光的测定，通过比较，显示在测定中被测定光纤2是否被施加了扰动。另外，不必必须对3个入射偏振光都进行2次以上的测定，通常，只需在最初和最后在同一入射偏振光状态下进行2次测定，将其测定结果进行比较即可。

下面，说明本发明的PMD测定方法。本发明的PMD测定方法的特征是，根据使用上述的本发明的双折射测定方法测定的被测定光纤2的双折射，求该被测定光纤2的PMD。

如上所述，PMD由局部双折射和偏振模耦合这2个因素所决定。因此，在认为偏振模耦合大致恒定的情况下、和在局部双折射的大小与偏振模耦合之间存在一定的关系的情况下，可根据局部的双折射测定偏振模耦合的值，由此可测定出PMD的值。

在一般的情况下，处于自由状态的光纤，其双折射越大，偏振模耦合越少，双折射越小，偏振模耦合越多，因此在双折射的大小与偏振模耦合之间存在一定的关系，通过预先通过实验来求得该关系，可根据双折射的大小测定出PMD。尤其是在测定自由状态下的PMD比较小的短光纤的PDM时，该方法是有效的。

在实际中，使全长为3000m的光纤处于自由状态，使用本发明的测定装置测定波长为1.55μm时的双折射。然后，测定该光纤的自由状态下的波长为1.55μm时的PMD，在图13中表示了比较的结果。另外，图13的PMD测定结果是，在每次测定时改变光纤的设置状态，对光纤在自由状态下的PMD进行了10次测定，并平均化的结果。

另外，图14是在光纤在自由状态下的PMD测定中，将从10次的测定结果中抽出的1次测定结果、与10次测定的平均相比较的图。根据PMD的统计性的性质，可以认为10次测定的平均值更接近真值，但如果把图13和图14相比较，则可明显地看到，与采用本发明的方法测定的双折射相比较的结果，比与只进行了1次PMD测定的测定结果的比较更具有良好的相关性。由此可知，采用本发明的方法可准确地测定PMD。

另外，根据非专利文献4，如果把PMD的测定精度用与真值的标准偏差σ来表示，则σ与总PDM的1/2次方成反比。而且，由于总PMD与光纤的长度的1/2次方成正比，所以σ与光纤的长度的1/4次方成反比。因此，在本实施例中，使用了3000m的光纤，在使用1000m的光纤的情况下劣化约1.6倍，300m的情况下劣化约1.8倍，100m的情况下劣化约2.3倍。因此，在使用比实施例短的光纤进行了同样的测定的情况下，可以认为将成为比图14所表示的相关更弱的相关。另一方面，由于双折射不是统计性的量，所以被测定光纤的长度对测定精度不产生影响。这样，在测定PMD比较小的短光纤的PMD时，本发明的方法与以往的直接测定PMD的方法相比，是一种特别有效的方法。

下面，说明本发明的其它的PMD的测定方法。如上所述，卷绕于线轴上的光纤的PMD与处于自由状态时的PMD不一致。但是，在由从外部施加的外力引起的双折射的大小比内部的双折射的大小小、或施加在光纤上的扭曲力小的情况下，两种状态的光纤的双折射几乎相同。在此情况下，卷绕于线轴上的光纤的双折射与处于自由状态的光纤的双折射之间存在关系，根据卷绕于线轴上的光纤的双折射，可测定处于自由状态的光纤的PMD。

另外，在光纤固化后被施加了扭曲或被施加了侧压的情况下，采用本发明的方法的双折射的测定值受到影响，与处于自由状态的光纤的双折射不同，但是在全部的光纤通过同样的工序进行卷绕的情况下，即，在一般的制造工序中，这些影响大致是恒定的。因此，在这些影响被视为恒定的情况下，在卷绕于线轴上的状态下的采用本发明的方法的双折射的测定值，与处于自由状态的光纤的双折射的值之间存在关系。因此，通过测定卷绕于线轴上的光纤的双折射，可测定处于自由状态的光纤的PMD。

下面，说明在卷绕于线轴上的状态下所测定的对光纤施加的扭曲。在本发明的双折射测定方法中，假设微小区间(z，z+Δz)只具有直线双折射，且双折射轴的方向也为恒定的。自由状态下的光纤、或光缆内部的光纤等，其扭曲量小，所以该假设没有问题。但是，卷绕于线轴上的光纤，有时由于卷绕的原因，会出现光纤被施加大的扭曲的情况，并且会对采用本发明的方法测定的双折射的值产生影响。本发明通过数值计算来计算该影响，并调查了本发明的方法的适用范围。

另外，在计算中，把微小区间Δz设定为作为一般的OTDR的分辨率的1m。关于微小区间的琼斯矩阵的计算，是将微小区间进一步分割成0.001m的区间，通过使相邻区间的双折射轴旋转与扭曲相应的量，进行了计算。关于0.001m区间的琼斯矩阵，是将表示该区间的只基于旋光性的效果的琼斯矩阵、和表示该区间的只基于直线双折射的效果的琼斯矩阵相乘来计算。未考虑光纤的波导路色散、材料色散，在光纤中导波的光近似为平面波。被施加扭曲之前的双折射的大小Δn为1.55×10^-7、旋光能α为0.07、波长为1.55μm。这些都是在当前的光通信中通常使用的光纤、以及波长的典型值。

图10是将扭曲量进行各种改变来表示采用本发明的方法测定的双折射的大小变化程度的图。根据图10可知，被施加在光纤上的扭曲量如果为1rad/m，则采用本发明的方法测定的双折射的大小，与未施加扭曲的情况下的双折射的大小相差10％左右，是一致的。但是，当扭曲量达到2rad/m时，变为相差40％左右。因此，对采用本发明的方法测定的光纤施加的扭曲量最好在1rad/m以下。

另外，近年来，为了降低光纤的PMD，有时采用如下的方法，即，在对光纤进行溶融拉丝时，通过在玻璃凝固之前施加扭曲，改变双折射的轴方向，来降低实际的双折射。微小区间中的实际的双折射的大小Δn’可以根据在微小区间固有的2个正交固有偏振光之间产生的相位差Φ来求出，在把微小区间的琼斯矩阵与下式(14)

$J_2=P_2{Q}_2{P}_2^{-1}$

${=P}_2\·\left[\begin{array}{cc}\exp (+\mathrm{\φ}/2)& 0\\ 0& \exp (-\mathrm{\φ}/2)\end{array}\right]\·P_2^{-1}\·\·\·\left(14\right)$

对角化后，可根据下式(15)、(16)求出。

$\mathrm{\φ}=\frac{\arg \left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\right)}{2}\·\·\·\left(15\right)$

$\mathrm{\Δ}{n}^{\′}=\frac{\mathrm{\λ\φ}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δz}}\·\·\·\left(16\right)$

在这种情况下，也由于在微小区间Δz中双折射的轴的方向不是恒定的，所以会对采用本发明的方法测定的双折射的值产生影响。本发明通过数值计算来计算该影响，并调查了本发明的方法的适用范围。计算的条件相同。

首先，关于在光纤固定前被施加了一定方向的扭曲的情况，将所施加的扭曲量进行各种改变，计算在区间Δz中的实际上的双折射的大小、与采用本发明的方法测定的双折射的大小之间产生多大的差异，图11表示其结果。

另外，图12是对在光纤固化之前施加了正弦波型的扭曲的情况进行了同样的计算的结果。所谓正弦波型的扭曲，是指施加扭曲，使得在距离z的点的扭曲角度θ、旋转振幅A、和旋转周期P之间，下式(17)

$\mathrm{\θ}\left(z\right)=A\·\sin (\frac{2\mathrm{\π}}{P}\·z)\·\·\·\left(17\right)$

的关系成立的方法。

根据图11、图12可知，即使在光纤固化前施加了一定方向的扭曲的情况下，以及在光纤固化前被施加了正弦波型的扭曲的情况下，采用本发明的方法测定的双折射的大小也与实际的双折射的大小非常一致。因此，在通过在光纤固化前施加扭曲来降低实际的扭曲的情况下，采用本发明的方法可准确地测定双折射。

下面，对本发明的其它的PMD的测定方法进行说明。如果从线轴向被测定光纤施加的外力的影响小，则采用本发明的方法可测定处于自由状态的光纤的PMD，但在对线轴的卷绕张力高的情况下，产生基于张力的侧压的影响，因而存在难以在被测定光纤的全长范围内减小由外力施加的双折射的影响的情况。在图15中，表示从最外周在长度方向上测定卷绕于线轴上的光纤的拍长的结果。根据图15可知，在卷绕于线轴上的状态下，越接近内周部，越具有大的双折射。

另一方面，光纤的双折射多数起因于光纤的母材，多数情况是，如果母材相同，则双折射的大小也基本相同。在这样的情况下，对于由外力施加了扭曲的双折射的影响小的部分，通常是测定卷绕的光纤的最外周附近的双折射，并可作为被测定光纤的双折射的代表值，测定处于自由状态的光纤的PMD。

图16表示在实际中，在卷绕于线轴上的状态下，测定从最外周至500m的区间的双折射，然后，使卷绕于线轴上的光纤整体处于自由状态，测定PMD，并将两者进行了比较的结果。根据图16可知，通过在卷绕于线轴上的状态下，测定最外周部的双折射，能够把该双折射作为在使卷绕于线轴上的光纤整体处于自由状态的情况下的PMD的代表值。

下面，说明适于在本发明的方法中使用的线轴的形态。如果从线轴向被测定光纤施加的外力的影响小，则在使用上述方法测定处于自由状态的光纤PMD的情况下，可从最外周部起在更长的距离内进行测定。为此，希望在线轴与被测定光纤相接触的部位配置缓冲部件，由此来降低对被测定光纤施加的外力的影响。另外，在测定中，对被测定光纤施加扰动的一个原因是，卷绕光纤的线轴随着温度的变化而膨胀或收缩，使施加在光纤上的侧压变化，由此形成扰动，因此，理想的是，利用缓冲部件，从而即使线轴产生膨胀、收缩，也能够通过该缓冲部件来防止对被测定光纤施加扰动。

另外，优选采用如下的方法，即，使线轴的结构为能够暂时除去对被测定光纤的张力的结构，在测定中，在暂时除去了对光纤的张力后，采用本发明的方法测定PMD，然后，再将张力还原成原来的状态。该方法在对线轴的卷绕张力高、起因于对线轴的卷绕的双折射大的情况下特别有效。

下面，对在长度方向上测定光纤的双折射、PMD的方法进行说明。如果使用本发明的方法，则能够求出光纤长度方向上的各点的双折射，因此，使用上述的双折射与PMD的关系，可在长度方向上测定PMD。

图17是对光纤的正圆性局部变差地进行了溶融拉丝的全长为5000m的光纤，在卷绕于线轴上的状态下，采用本发明的方法在长度方向上进行PMD的测定，在2500m的地点进行2分割并进行自由状态下的PMD测定，并把测定结果进行比较的图。根据图17可知，如果采用本发明的方法，则即使在卷绕于线轴上的状态下，也能够在长度方向上测定自由状态下的PMD。

另外，理想的是，在线轴与被测定光纤相接触的部位配置缓冲部件，或构成为能够暂时除去线轴对被测定光纤的张力的结构，在测定中，在暂时除去了对光纤的张力后，采用本发明的方法在长度方向上测定PMD，这样能够以非常高的精度检测出PMD在长度方向上的变动。

图18是对光纤的正圆性局部变差地进行了溶融拉丝的全长为3000m的光纤，在卷绕于构成为能够暂时除去对被测定光纤的张力的线轴上后，暂时除去张力，并采用本发明的方法在长度方向上测定了双折射后，在1500m的地点进行2分割并进行了自由状态下的PMD测定，并把测定结果进行比较的图。根据图18可知，如果采用本发明的方法，则即使是非常小的长度方向上的PMD的变化，也能够检测到。

本发明提供一种采用上述本发明的PMD测定方法测定的PMD小于等于

的光纤。本发明的光纤可列举出石英玻璃制的单模光纤(以下称为SM光纤)、偏振保持光纤等，但不限于此。

本发明的光纤能够以卷绕于线轴上的状态提供，在卷绕于线轴上的状态下，希望被施加的扭曲量小于等于1rad/m。如果该扭曲量小于等于1rad/m，则在卷绕于线轴上的状态下所测定的双折射与没有扭曲的情况下的双折射的大小相差10％左右，是一致的，因此，能够测定卷绕于线轴上的状态下的光纤的双折射。另一方面，在扭曲量超过1rad/m，各光纤的扭曲量不同的情况下，所测定的双折射与处于自由状态的光纤的PMD之间的关系减弱，因而不能测定出正确的PMD。

本发明的光纤，希望在光纤本身或卷绕了该光纤的线轴的任意一者上，标记采用上述的本发明的PMD测定方法所测定的PMD值或其上限值。该标记内容最好是，例如，

“小于等于

”等。标记方法可以是粘贴印刷了上述标记内容的标签，或安装带有标记的卡片等的方法。另外，也可以在记录了光纤性能一览表的说明书中印刷PMD的值或上限值，把其与卷绕于线轴上的光纤一同进行包装。

对各种长度的光纤，以40g的张力卷绕在直径为300mm的线轴上，在卷绕于线轴上的状态下，测定从最外周至1300m的区间的双折射。然后，在使该1300m处于自由状态后，对双折射和PMD进行各10次的测定。(如在IEC60793-1-48，Annex E中记载的那样)在每1次测定时对光纤施加振动。

图19表示把卷绕于线轴上的状态下的双折射与处于自由状态的光纤的PMD相比较的结果。在图19中，PMD的测定结果是10次测定的平均值。根据图19，通过测定卷绕于线轴上的状态下的双折射，可测定处于自由状态的光纤的PMD。

图20表示将处于自由状态的光纤的双折射与处于自由状态的光纤的PMD相比较的结果。图20中的点是各测定10次的测定结果的平均值，误差条(error bar)是标准偏差。根据图20，通过在自由状态下测定双折射，可测定出处于自由状态的光纤的PMD。另外，还观察到相对于PMD测定的标准偏差，双折射测定的标准偏差非常小。由此可看出，本发明的PMD测定方法具有非常高的测定再现性。

另外，图21表示将在卷绕于线轴上的状态下的双折射与处于自由状态的光纤的双折射相比较的结果。根据图21可知，即使在卷绕于线轴上的状态下，双折射的状态与处于自由状态的情况相比，也没有改变，本方法适用于对卷绕于线轴上的光纤的测定。卷绕于线轴上的状态下和自由状态下的双折射的测定值为相等，表示卷绕于线轴上不会产生扭曲，而且因线轴的曲率半径和侧压而产生的对双折射的影响也十分小。

Claims (14)

1.一种光纤的双折射测定方法，其特征在于，

取得被测定光纤的从测定起点0到规定的位置z的第1区间(0，z)的往返琼斯矩阵R(z)、以及从上述测定起点0到与上述位置z不同的位置z+Δz的第2区间(0，z+Δz)的往返琼斯矩阵R(z+Δz)，求矩阵R(z+Δz)R(z)^-1的固有值ρ₁、ρ₂，通过对下式(1)、(2)

$\mathrm{\φ}=\frac{\arg \left(\frac{{\mathrm{\ρ}}_1}{{\mathrm{\ρ}}_2}\right)}{2}---\left(1\right)$

$\mathrm{\Δn}=\frac{\mathrm{\λ\φ}}{2\mathrm{\π}\·\mathrm{\Δz}}---\left(2\right)$

进行运算，求从上述位置z到上述位置z+Δz的微小区间Δz的双折射，其中，Φ表示基于双折射的正交偏振光之间的相位差，Δn表示双折射，λ表示波长。

2.根据权利要求1所述的光纤的双折射测定方法，其特征在于，

使用偏振OTDR，取得被测定光纤的往返琼斯矩阵。

3.一种光纤的双折射测定装置，其特征在于，至少包括：

定时控制单元；由该定时控制单元控制的脉冲光产生单元；转换来自该脉冲光产生单元的脉冲光的偏振光状态的偏振光转换单元；使来自该偏振光转换单元的脉冲光入射到被测定光纤的一端，并且出射返回到该被测定光纤的一端的后方散射光的光旋转单元；由该定时控制单元控制、把来自该光旋转单元的出射光的偏振光状态作为时间序列进行检测的偏振光检测单元；以及根据该偏振光检测单元的输出，使用权利要求1或2所述的双折射测定方法，测定被测定光纤的双折射的解析单元。

4.一种光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

利用使用权利要求1或2所述的光纤的双折射测定方法测定的自由状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的被测定光纤的偏振模色散的关系，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

5.一种光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

取出卷绕于线轴上的光纤的一部分，在采用权利要求4所述的光纤的偏振模色散测定方法测定了其偏振模色散后，把其测定值作为使卷绕于线轴上的整个光纤处于自由状态时的偏振模色散。

6.一种光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

利用使用权利要求1或2所述的光纤的双折射测定方法测定的自由状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的被测定光纤的偏振模色散的关系，在卷绕于线轴上的状态下，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

7.一种光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

利用使用权利要求1或2所述的光纤的双折射测定方法测定的卷绕于线轴上的状态下的被测定光纤的双折射、与自由状态下的被测定光纤的偏振模色散的关系，在卷绕于线轴上的状态下，测定自由状态下的被测定光纤的偏振模色散。

8.根据权利要求6或7所述的光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

在卷绕于线轴上的状态下，对被测定光纤施加的扭曲的量小于等于1rad/m。

9.根据权利要求6～8的任意一项所述的光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

测定由对线轴的卷绕张力和被卷绕的光纤自身引起的侧压的影响小的部分的双折射，把其作为被测定光纤的双折射的代表值，并作为使卷绕于线轴上的整个光纤处于自由状态时的光纤的偏振模色散。

10.根据权利要求6～9的任意一项所述的光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

在卷绕被测定光纤的线轴与光纤接触的部位配置缓冲部件，减小对光纤的侧压，并且除去因线轴的膨胀收缩而产生的测定中的偏振光状态变动的影响，该线轴的膨胀收缩是因测定环境的温度变化而产生的。

11.根据权利要求6～10的任意一项所述的光纤的偏振模色散测定方法，其特征在于，

在暂时放松了对光纤的张力后，测定卷绕于线轴上的状态下的被测定光纤的双折射，测定自由状态下的光纤的偏振模色散。

12.一种光纤，其特征在于，

其采用权利要求4～11的任意一项所述的光纤的偏振模色散测定方法所测定的偏振模色散，小于等于

13.根据权利要求12所述的光纤，其特征在于，

在卷绕于线轴上的状态下，被施加的扭曲的量小于等于1rad/m。

14.根据权利要求12或13所述的光纤，其特征在于，

标记有所测定的偏振模色散值或其上限值。

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