DE112020006371T5

DE112020006371T5 - Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium, Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium, Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium und Aufzeichnungsmedium

Info

Publication number: DE112020006371T5
Application number: DE112020006371.2T
Authority: DE
Inventors: Koji Takahashi; Ryu Niigaki
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20240094087A1; JP7436202B2; JP2021107793A; WO2021131442A1; CN114868000A

Abstract

Bei einem Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium werden mehrere Lichteingaben mit derselben Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften auf ein Lichtübertragungsmedium durchgeführt, und es wird ein gemessener Wert eines Intensitätsspektrums von jeder der mehreren Lichtausgaben des Lichtübertragungsmediums, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen, erfasst. Ein Fehler zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum von jeder der mehreren Lichteingaben, einem nichtlinearen Koeffizienten und einem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum von jeder der mehreren Lichtausgabe berechnet wird, wird berechnet, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden. Ferner werden der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben bestimmt, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird. So wird ein Messverfahren realisiert, das in der Lage ist, einen nichtlinearen Koeffizienten und einen Wellenlängenverteilungswert eines Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Lichtübertragungsmediums, eine Vorrichtung zur Messung eines Lichtübertragungsmediums, ein Programm zur Messung eines Lichtübertragungsmediums und ein Aufzeichnungsmedium.
Stand der Technik
Patentdokument 1 offenbart eine Technik, die sich auf ein Verfahren zur Schätzung einer Verteilung einer optischen physikalischen Konstante in einem Lichtübertragungsmedium bezieht. Das Verfahren umfasst einen Erfassungsschritt zum Erfassen eines Leistungsspektrums und eines Phasenspektrums einer Vielzahl von Eingangslichtsignalen mit unterschiedlichen Intensitäten, einen Messschritt zum Messen eines Leistungsspektrums eines Ausgangslichtsignals, das nach der Ausbreitung des Eingangslichtsignals in dem Lichtübertragungsmedium für jede Intensität des Eingangslichtsignals ausgegeben wird, und einen Schätzschritt zum Schätzen der optischen physikalischen Konstante jedes Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage eines Ausbreitungssimulationsergebnisses durch ein Modell, in dem sich jedes Eingangslichtsignal durch das Lichtübertragungsmedium ausbreitet.
Bei dem obigen Verfahren wird im Schätzschritt die optische physikalische Konstante jedes Lichtübertragungsmediums geschätzt, indem die optische physikalische Konstante unter Verwendung einer Bewertungsfunktion gesucht wird, die eine Differenz zwischen dem gemessenen Leistungsspektrum des Ausgangslichtsignals und dem als Ergebnis der Ausbreitungssimulation erhaltenen Leistungsspektrum des Ausgangslichtsignals bewertet.
Nicht-Patentdokument 1 beschreibt ein Verfahren zur Messung einer nichtlinearen optischen Konstante einer optischen Faser unter Verwendung einer nichtlinearen Spektraländerung, die in der optischen Faser erzeugt wird. Des Weiteren beschreibt das Nicht-Patentdokument 2 ein Verfahren zur Messung eines Wellenlängenverteilungswertes einer optischen Faser unter Verwendung einer nichtlinearen Spektraländerung, die in der optischen Faser erzeugt wird.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung Nr. 2014/112020
Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentdokument 1: R. H. Stolen und Chinlon Lin, „Self-phase-modulation in silica optical fibers“, Physical Review A, Vol.17 Nr.4, S.1448-1453, 1978
Nicht-Patentdokument 2: Julius Vengelis, Vygandas Jarutis, and Valdas Sirutkaitis, „Estimation of photonic crystal fiber dispersion by means of supercontinuum generation“, Optics Letters, Vol.42 Nr.9, S.1844-1847, 2017

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Beim Aufbau eines optischen Systems, das ein Lichtübertragungsmedium verwendet, kann es wünschenswert sein, einen nichtlinearen Koeffizienten und einen Wellenlängenverteilungswert als Parameter des Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen. Wenn beispielsweise eine zeitliche Wellenform eines Lichtimpulses mit einer extrem kurzen Zeitbreite von mehreren Pikosekunden (im Folgenden als ultrakurzer Lichtimpuls bezeichnet) gesteuert und ausgegeben wird, kann die gewünschte Genauigkeit der zeitlichen Wellenform aufgrund eines Steuerfehlers und einer Verzerrung der zeitlichen Wellenform des Lichtimpulses, der von der Lichtimpuls-Erzeugungsvorrichtung ausgegeben wird, und einer Verzerrung der zeitlichen Wellenform des Lichtimpulses, die durch ein optisches System verursacht wird, das in einer nachfolgenden Stufe der Lichtimpuls-Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und dergleichen nicht erreicht werden.
In einem solchen Fall kann eine Konfiguration in Betracht gezogen werden, bei der die zeitliche Wellenform des Lichtimpulses genau gemessen wird und eine Rückkopplung zur Lichtimpuls-Erzeugungsvorrichtung durchgeführt wird, um die zeitliche Wellenform zu veranlassen, sich der gewünschten zeitlichen Wellenform anzunähern. Um die zeitliche Wellenform des Lichtimpulses genau zu messen, ist es wichtig, den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des bei der Messung der zeitlichen Wellenform verwendeten Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen.
Ein Ziel einer Ausführungsform ist es somit, ein Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium, eine Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium, ein Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium und ein Aufzeichnungsmedium bereitzustellen, die in der Lage sind, einen nichtlinearen Koeffizienten und einen Wellenlängenverteilungswert eines Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform ist ein Verfahren zur Messung eines Lichtübertragungsmediums. Das Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium ist ein Verfahren zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums und umfasst einen Messwerterfassungsschritt des Durchführens mehrerer Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium und des Erfassens eines gemessenen Wertes eines Intensitätsspektrums von jeder von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen; einen Fehlerberechnungsschritt zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum jeder der mehreren Lichtausgabe berechnet wird, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden; und einen Parameterbestimmungsschritt des Bestimmens des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Eine Ausführungsform ist eine Vorrichtung zur Messung eines Lichtübertragungsmediums. Die Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium ist eine Vorrichtung zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums und umfasst eine Lichtquelleneinheit zum Durchführen mehrerer Lichteingaben mit derselben Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium; eine Spektrum-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gemessenen Wertes eines Intensitätsspektrums von jeder von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen, und eine Betriebseinheit zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum von jeder der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums berechnet wird, und dem Intensitätsspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden, und Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Eine Ausführungsform ist ein Programm zur Messung eines Lichtübertragungsmediums. Das Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium ist ein Programm zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums und veranlasst einen Computer, als Berechnungseinheit zu arbeiten, um einen Fehler zwischen einem geschätzten Wert eines Intensitätsspektrums, das auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum von jeder von mehreren Lichteingaben mit derselben Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften berechnet wird, zu berechnen, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum von jeder von mehreren Lichtausgaben des Lichtübertragungsmediums, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen, und einem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums jeder der mehreren Lichtausgaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden; und als eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird, zu arbeiten.
Eine Ausführungsform betrifft ein Aufzeichnungsmedium. Das Aufzeichnungsmedium ist ein computerlesbares Medium, das das obige Messprogramm des Lichtübertragungsmediums aufzeichnet.
Der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums können theoretisch durch Messen des Intensitätsspektrums der Lichtausgabe, die durch Eingeben von Licht in das Lichtübertragungsmedium erhalten wird, durch Schätzen des Intensitätsspektrums des Ausgangslichts aus der theoretischen Beziehung mit der Eigenschaft des Eingangslichts und dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und durch Suchen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts, mit dem der Fehler des geschätzten Werts in Bezug auf den gemessenen Wert minimiert wird, erhalten werden.
Nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder ist es jedoch tatsächlich schwierig, den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert durch das obige Verfahren aufgrund eines Messfehlers, eines Rundungsfehlers eines Computers und dergleichen eindeutig zu bestimmen. Außerdem besteht eine signifikante Korrelation zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, wenn der Fehler des geschätzten Wertes in Bezug auf den gemessenen Wert nahe am Mindestwert liegt. Außerdem ändert sich die Korrelation in Abhängigkeit von der Eigenschaft (Intensitätsspektrum, Phasenspektrum usw.) des Lichteingangs.
Daher wird in dem obigen Messverfahren, der Messvorrichtung und dem Messprogramm die Vielzahl von Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften auf dem Lichtübertragungsmedium durchgeführt, und der Fehler des geschätzten Wertes in Bezug auf den erhaltenen gemessenen Wert des Intensitätsspektrums der mehreren Lichtausgaben wird berechnet, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden. Dann werden der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage der Differenz zwischen den mehreren Lichteingaben in der Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler bestimmt. Gemäß dem obigen Messverfahren, der Messvorrichtung und dem Messprogramm können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums genau erfasst werden.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß den Ausführungsformen ist es möglich, ein Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium, eine Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium, ein Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium und ein Aufzeichnungsmedium bereitzustellen, die in der Lage sind, einen nichtlinearen Koeffizienten und einen Wellenlängenverteilungswert eines Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen.
Figurenliste

[1] 1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration einer Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium 1A gemäß einer Ausführungsform darstellt.
[2] 2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration in einem Fall darstellt, in dem eine Parameterberechnungseinheit 6 durch einen Computer gebildet wird.
[3] 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Messverfahren gemäß einer Ausführungsform darstellt.
[4] 4 enthält (a) ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Testimpuls zeigt, und (b) ein Diagramm, das einen gemessenen Wert eines Intensitätsspektrums einer Lichtausgabe zeigt, die einer Lichteingabe des Testimpulses mit einer in (a) gezeigten Eigenschaft entspricht, und ein Diagramm G11 zeigt ein Intensitätsspektrum des Testimpulses, und ein Diagramm G12 zeigt ein Phasenspektrum des Testimpulses.
[5] 5 enthält (a) ein Diagramm, das ein Beispiel für den Testimpuls zeigt, und (b) ein Diagramm, das einen gemessenen Wert eines Intensitätsspektrums einer Lichtausgabe zeigt, die einer Lichteingabe des Testimpulses mit einer in (a) gezeigten Eigenschaft entspricht, und ein Diagramm G21 zeigt ein Intensitätsspektrum des Testimpulses, und ein Diagramm G22 zeigt ein Phasenspektrum des Testimpulses.
[6] 6 enthält Diagramme, die Beispiele für eine Beziehung zwischen einem nichtlinearen Koeffizienten und einem Wellenlängenverteilungswert und einem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für zwei Testimpulse zeigen, wobei (a) die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für den ersten erzeugten Testimpuls zeigt, und (b) die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für den zweiten erzeugten Testimpuls zeigt.
[7] 7 ist ein Diagramm, in dem ein Wert des nichtlinearen Koeffizienten, mit dem der Intensitätsspektrum-Schätzfehler minimiert wird, für jeden Wellenlängenverteilungswert extrahiert und mit dem Wellenlängenverteilungswert als horizontale Achse und dem nichtlinearen Koeffizienten als vertikale Achse aufgetragen wird.
[8] 8 enthält Diagramme, die (a) eine Wellenlängenabhängigkeit des nichtlinearen Koeffizienten und (b) eine Wellenlängenabhängigkeit des Wellenlängenverteilungswertes in einem bestimmten Lichtübertragungsmedium 4 zeigen.
[9] 9 ist ein Flussdiagramm, das ein Messverfahren gemäß einer Modifikation zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Messverfahrens für ein Lichtübertragungsmedium, einer Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium, eines Messprogramms für ein Lichtübertragungsmedium und eines Aufzeichnungsmediums unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und redundante Beschreibungen werden weggelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch eine Konfiguration einer Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium (im Folgenden einfach als Messvorrichtung bezeichnet) 1A gemäß einer Ausführungsform darstellt. Die Messvorrichtung 1A ist eine Vorrichtung zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums 4, das ein nichtlineares induzierendes Medium ist. Wenn sich Licht durch das nichtlineare induzierende Medium ausbreitet, wird eine nichtlineare Spektraländerung induziert. Die obige Spektraländerung ist eine Änderung, die von den Parametern des nichtlinearen induzierenden Mediums abhängt, insbesondere vom nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert.
Daher legt die Messvorrichtung 1A angenommene Werte des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes fest, schätzt ein Intensitätsspektrum nach der Änderung durch eine Berechnung auf der Grundlage einer Theorie und berechnet einen Fehler zwischen einem geschätzten Wert und einem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums nach der Änderung. Die Messvorrichtung 1A führt die obige Berechnung wiederholt durch, während sie die angenommenen Werte des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes ändert. Ferner wird die Eigenschaft (Intensitätsspektrum, Phasenspektrum und dergleichen) des Lichts geändert, und die obige Berechnung wird erneut durchgeführt. Die Messvorrichtung 1A bestimmt den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert auf der Grundlage einer erhaltenen Beziehung zwischen dem Fehler zwischen dem geschätzten Wert und dem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums sowie dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert.
Das Lichtübertragungsmedium 4, das ein Messobjekt ist, umfasst ein Medium, das die nichtlineare Spektraländerung hervorruft und beispielsweise einen Lichtwellenleiter darstellt. In einem Beispiel ist das Lichtübertragungsmedium 4 eine hochgradig nichtlineare optische Faser oder ein Dünndraht-Wellenleiter, der auf einem Substrat wie einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist. Der Dünndrahtwellenleiter ist beispielsweise ein Kanalwellenleiter, ein Plattenwellenleiter oder ein Rippenwellenleiter. Das Material, aus dem das Lichtübertragungsmedium 4 besteht, ist z. B. SiO₂, Si, Si₃N₄ oder ähnliches.
Das Lichtübertragungsmedium 4 wird z.B. zur Messung einer zeitlichen Wellenform eines ultrakurzen Lichtimpulses mit einer zeitlichen Breite von mehreren Femtosekunden bis zu mehreren hundert Femtosekunden verwendet. Konkret wird eine Impulslichtquelle, die das Messobjekt darstellt, an ein Ende des Lichtübertragungsmediums 4 gekoppelt, in dem die Parameter wie der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert durch einen Lichtintensitätsregler bekannt sind, und ein Spektrometer wird an das andere Ende des Lichtübertragungsmediums 4 gekoppelt. Dann wird der Lichtimpuls in das Lichtübertragungsmedium 4 eingegeben, während die Lichtintensität geändert wird, und das Intensitätsspektrum des vom Lichtübertragungsmedium 4 ausgegebenen Lichtimpulses wird gemessen.
Die Form des Intensitätsspektrums ändert sich in Abhängigkeit von der zeitlichen Wellenform, und daher kann die zeitliche Wellenform des Lichtimpulses durch eine Analyse unter Verwendung einer Lichtwellenleiter-Ausbreitungssimulation bekannt sein. Die Messvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform ermittelt zum Beispiel den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 als Vorbereitung für die obige Messung genau.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Messvorrichtung 1A der vorliegenden Ausführungsform eine Lichtquelleneinheit 2, eine Spektrum-Erfassungseinheit 5 und eine Parameterberechnungseinheit 6. Ein Ausgangsende 2a der Lichtquelleneinheit 2 ist optisch mit einem Ende 4a des Lichtübertragungsmediums 4 gekoppelt. Die Lichtquelleneinheit 2 führt eine Vielzahl von Lichteingaben in das Lichtübertragungsmedium 4 durch. Das für den Lichteingang verwendete Licht ist beispielsweise ein Lichtimpuls mit einer Zeitdauer von 10 Femtosekunden oder mehr und 100 Pikosekunden oder weniger.
Die Lichtquelleneinheit 2 sorgt dafür, dass die mittleren Wellenlängen der mehreren Lichteingaben gleich sind und dass sich die Eigenschaften der mehreren Lichteingaben voneinander unterscheiden. Darüber hinaus ist die Eigenschaft des Lichteingangs beispielsweise mindestens eine, die aus einem Intensitätsspektrum, einem Phasenspektrum und einer Lichtimpulsenergie ausgewählt wird. Die Lichtimpulsenergie ist ein Wert, der durch Zeitintegration der Intensität (Leistung) eines Lichtimpulses von der ansteigenden zur abfallenden Flanke des Lichtimpulses ermittelt wird.
Die Lichtquelleneinheit 2 der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Lichtquelle 21 und eine Lichteigenschaftssteuereinheit 22. Die Lichtquelle 21 gibt mehrmals Licht (z.B. Lichtpulse) mit der gleichen Mittenwellenlänge und einer vorbestimmten Eigenschaft aus. Die Lichtquelle 21 ist beispielsweise eine Ultrakurzpuls-Laserlichtquelle wie eine Femtosekunden-Laserlichtquelle. Ein Eingangsende 22a der Lichteigenschaftssteuereinheit 22 ist optisch mit einem Ausgangsende 21a der Lichtquelle 21 gekoppelt, und ein Ausgangsende 22b der Lichteigenschaftssteuereinheit 22 ist optisch mit dem einen Ende 4a des Lichtübertragungsmediums 4 gekoppelt.
Die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 ändert die Eigenschaft des von der Lichtquelle 21 ausgegebenen Lichts jedes Mal und führt das Licht nach der Änderung vom Ausgangsende 22b zu dem einen Ende 4a des Lichtübertragungsmediums 4 ein. Die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 ändert zum Beispiel mindestens eine der Eigenschaften des Intensitätsspektrums, des Phasenspektrums und der Impulsenergie des von der Lichtquelle 21 abgegebenen Lichts auf einen beliebigen Wert (oder eine beliebige Form).
Die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 kann beispielsweise einen Impulsformer, einen Wellenlängenfilter, eine optische Faser, einen ND-Filter, ein optisches System mit einer Wellenplatte und einem Polarisator, ein akusto-optisches Element (AO-Modulator), einen akusto-optisch abstimmbaren Filter (AOTF), eine Irisblende oder einen Cutter umfassen. Außerdem kann die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 durch die Kombination von mindestens zwei dieser Elemente gebildet werden.
Ein Eingangsende 5a der Spektrum-Erfassungseinheit 5 ist optisch mit dem anderen Ende 4b des Lichtübertragungsmediums 4 gekoppelt. Die Spektrum-Erfassungseinheit 5 empfängt am Eingangsende 5a das vom anderen Ende 4b des Lichtübertragungsmediums 4 ausgegebene Licht als Reaktion auf die Vielzahl von Lichteingaben in das Lichtübertragungsmedium 4. Ferner erfasst die Spektrum-Erfassungseinheit 5 einen Messwert des Intensitätsspektrums jeder der mehreren Lichtausgabe des Lichtübertragungsmediums 4, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen.
Die Spektrum-Erfassungseinheit 5 umfasst beispielsweise ein Spektroskop zur Streuung des vom Lichtübertragungsmedium 4 abgegebenen Lichts und einen Fotodetektor zur Erfassung der Intensität des abgegebenen Lichts nach der Streuung für jede Wellenlänge. Ferner kann die Spektrum-Erfassungseinheit 5 ein optischer Spektralanalysator oder ein Spektrophotometer vom Fourier-Transformationstyp sein. Ein Signalausgangsende 5b der Spektrum-Erfassungseinheit 5 ist elektrisch mit einem Signaleingangsende 6a der Parameterberechnungseinheit 6 verbunden. Die Spektrum-Erfassungseinheit 5 gibt die Daten des erhaltenen Messwerts des Intensitätsspektrums von dem Signalausgangsende 5b an die Parameterberechnungseinheit 6 aus.
Die Parameterberechnungseinheit 6 empfängt von der Spektrum-Erfassungseinheit 5 die Daten des gemessenen Wertes des Intensitätsspektrums jeder der mehreren Lichtausgaben. Die Parameterberechnungseinheit 6 ist ein Beispiel für eine Betriebseinheit in der vorliegenden Ausführungsform. Die Parameterberechnungseinheit 6 bestimmt den Nichtlinearkoeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 auf der Grundlage der gemessenen Werte der Intensitätsspektren der mehreren Lichtausgaben.
In einem Beispiel wird die Parameterberechnungseinheit 6 durch einen Computer mit einer Zentraleinheit (CPU) und einem Speicher oder eine programmierbare integrierte Schaltung wie einem FPGA (Field Programmable Gate Array) konfiguriert. In dem Computer oder dem FPGA wird ein Messprogramm für das Lichtübertragungsmedium (im Folgenden einfach als Messprogramm bezeichnet) zur Realisierung der später beschriebenen Verarbeitung der Parameterberechnungseinheit 6 geschrieben und gespeichert.
Das Messprogramm kann zum Zeitpunkt des Versands der Messvorrichtung 1A im Computer oder im FPGA gespeichert sein, es kann nach dem Versand über eine Kommunikationsleitung erfasst und dann im Computer oder im FPGA gespeichert werden, oder es kann auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet und dann im Computer oder im FPGA gespeichert werden. Bei dem Aufzeichnungsmedium kann es sich um ein beliebiges Medium wie eine flexible Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, eine BD-ROM, einen USB-Speicher oder Ähnliches handeln.
2 ist ein Diagramm, das schematisch ein Beispiel für eine Hardwarekonfiguration zeigt, wenn die Parameterberechnungseinheit 6 durch den Computer konfiguriert wird. Wie in 2 dargestellt, kann die Parameterberechnungseinheit 6 physisch als normaler Computer konfiguriert werden, der einen Prozessor (CPU) 61, eine Hauptspeichervorrichtung, wie z. B. ein ROM 62 und ein RAM 63, eine Eingabevorrichtung 64, wie z. B. eine Tastatur, eine Maus und einen Berührungsbildschirm, eine Ausgabevorrichtung 65, wie z. B. eine Anzeige (einschließlich eines Berührungsbildschirms), ein Kommunikationsmodul 66, wie z. B. eine Netzwerkkarte zum Senden und Empfangen von Daten zu und von anderen Vorrichtungen, eine zusätzliche Speichervorrichtung 67, wie z. B. eine Festplatte, und Ähnliches umfasst.
Der Prozessor 61 des Computers kann die Funktion der Parameterberechnungseinheit 6 durch das Messprogramm implementieren. Mit anderen Worten, das Messprogramm veranlasst den Prozessor 61 des Computers, als Parameterberechnungseinheit 6 zu arbeiten. Das Messprogramm wird in einer Speichervorrichtung (Speichermedium) innerhalb oder außerhalb des Computers gespeichert, z. B. in der Hilfsspeichervorrichtung 67. Bei dem Speichermedium kann es sich um ein nicht-übertragbares Aufzeichnungsmedium handeln. Beispiele für das Aufzeichnungsmedium sind ein Aufzeichnungsmedium wie eine flexible Platte, eine CD und eine DVD, ein Aufzeichnungsmedium wie ein ROM, ein Halbleiterspeicher, ein Cloud-Server und dergleichen.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Messung des Lichtübertragungsmediums (im Folgenden einfach als Messverfahren bezeichnet) gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, und der Verarbeitungsinhalt der Parameterberechnungseinheit 6 (Messprogramm), d. h. die Bestimmung des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts, wird darin im Detail beschrieben.
3 ist ein Flussdiagramm, das das Messverfahren der vorliegenden Ausführungsformdarstellt. Darüber hinaus ist das Messverfahren ein Verfahren für den Fall, dass die Berechnung mit dem Phasenspektrum des von der Lichtquelleneinheit 2 ausgegebenen Lichts in einem unbekannten Zustand durchgeführt wird. Ferner werden bei dem Messverfahren der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert durch zwei Lichteingaben in das Lichtübertragungsmedium 4 erhalten.
Wie in 3 dargestellt, wird zunächst in einem Schritt S11 Licht (Testimpuls) in der Lichtquelleneinheit 2 erzeugt. Insbesondere wird ein Lichtimpuls von der Lichtquelle 21 ausgegeben, und die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 steuert eine Eigenschaft (zum Beispiel ein Phasenspektrum oder ein Intensitätsspektrum oder beides) des Lichtimpulses, um den Testimpuls in der Lichteigenschaftssteuereinheit 22 zu erzeugen.
(a) in 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Testimpuls zeigt, und ein Diagramm G11 in der Figur zeigt das Intensitätsspektrum des Testimpulses, und ein Diagramm G12 zeigt das Phasenspektrum des Testimpulses. Wie in (a) in 4 gezeigt, hat das Intensitätsspektrum des Testimpulses eine symmetrische Form in Bezug auf die Mittenwellenlänge (900 nm in diesem Beispiel) und hat eine Form mit einer einzelnen Spitze, in der die Mittenwellenlänge eine Spitze der Intensität ist. Außerdem hat das Phasenspektrum des Testimpulses eine flache Form, bei der die Phase innerhalb eines Wellenlängenbereichs Λ₁ des Intensitätsspektrums im Wesentlichen konstant ist. Ein solcher Lichtimpuls wird im Allgemeinen als Fourier-Transformations-begrenzter (TL) Impuls bezeichnet.
Darüber hinaus bedeutet die flache Form in diesem Fall, dass ein Änderungsbetrag der Phase beispielsweise in einem Bereich von ± 0,02 rad liegt. Ferner bezieht sich der Wellenlängenbereich des Intensitätsspektrums beispielsweise auf einen Bereich, in dem ein Wert der Intensität 1 % oder mehr der Spitzenintensität beträgt. In diesem Beispiel beträgt die Breite des Wellenlängenbereichs Λ₁ des Intensitätsspektrums z. B. 25 nm. Außerhalb des Wellenlängenbereichs Λ₁ des Intensitätsspektrums kann der Phasenwert einen willkürlichen Wert aufweisen, da er ein fiktiver Wert für die Berechnung ist und wenig zu den Eigenschaften des Testimpulses beiträgt.
Als nächstes wird in Schritt S12 das Intensitätsspektrum des erzeugten Testimpulses gemessen. Insbesondere wird der von der Lichtquelleneinheit 2 ausgegebene Testimpuls ohne Zwischenschaltung des Lichtübertragungsmediums 4 in die Spektrum-Erfassungseinheit 5 eingegeben, und der Messwert des Intensitätsspektrums des Testimpulses wird in der Spektrum-Erfassungseinheit 5 erfasst. Die Daten des gemessenen Wertes des Intensitätsspektrums werden der Parameterberechnungseinheit 6 als Intensitätsspektrumsdaten über den Lichteingang zur Verfügung gestellt.
Anschließend wird in einem Schritt S13 die Lichteingabe durch den Testimpuls in das Lichtübertragungsmedium 4 durchgeführt und der Messwert des Intensitätsspektrums des vom Lichtübertragungsmedium 4 abgegebenen Lichts entsprechend der Lichteingabe erfasst (Messwerterfassungsschritt).
(b) in 4 ist ein Diagramm, das den gemessenen Wert des Intensitätsspektrums der Lichtausgabe zeigt, der dem Lichteingang des Testimpulses mit der in (a) in 4 gezeigten Eigenschaft entspricht. Insbesondere wird der von der Lichtquelleneinheit 2 ausgegebene Testimpuls in das eine Ende 4a des Lichtübertragungsmediums 4 eingegeben, und die Spektrum-Erfassungseinheit 5 erfasst den Messwert des Intensitätsspektrums des vom anderen Ende 4b des Lichtübertragungsmediums 4 ausgegebenen Testimpulses nach der Ausbreitung durch das Lichtübertragungsmedium 4. Der Messwert wird der Parameterberechnungseinheit 6 als Messwertdaten des Intensitätsspektrums am Lichtausgabe zur Verfügung gestellt.
Darüber hinaus kann im Schritt S13 der Testimpuls mehrmals in das Lichtübertragungsmedium 4 eingegeben werden, während die Lichtintensität des Testimpulses geändert wird, und der Messwert des Intensitätsspektrums kann für jede Eingabe erfasst werden.
Anschließend berechnet die Parameterberechnungseinheit 6 (Messprogramm) einen Schätzwert des Intensitätsspektrums auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen dem Intensitätsspektrum und dem Phasenspektrum des Lichteingangs, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 und dem Intensitätsspektrum der Lichtausgabe. In diesem Fall wird eine Vielzahl von geschätzten Werten berechnet, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert individuell verändert werden. Ferner wird ein Fehler (im Folgenden als Intensitätsspektrum-Schätzfehler bezeichnet) zwischen der Vielzahl der geschätzten Werte und dem gemessenen Wert berechnet (Fehlerberechnungsschritt, Berechnungseinheit im Messprogramm).
Insbesondere setzt die Parameterberechnungseinheit 6 in einem Schritt S14 angenommene Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4. Darüber hinaus stellt die Parameterberechnungseinheit 6 in Schritt S15 ein angenommenes Spektrum ein, das sich auf das Phasenspektrum des von der Lichtquelleneinheit 2 ausgegebenen Testimpulses bezieht (bevor er in das Lichtübertragungsmedium 4 eingegeben wird).
In einem weiteren Schritt S16 schätzt die Parameterberechnungseinheit 6 das Intensitätsspektrum in Bezug auf die Lichtleistung aus der theoretischen Beziehung auf der Grundlage der angenommenen Werte des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes und des angenommenen Spektrums in Bezug auf das Phasenspektrum. Die theoretische Beziehung ist zum Beispiel eine Beziehung, die durch die folgende Formel dargestellt wird. $\frac{\partial A}{\partial z} + \frac{α (ω_{0})}{2} A - i \sum_{n = 1}^{\infty} \frac{i^{n} β_{n}}{n!} \frac{\partial^{n} A}{\partial t^{n}} = i (γ (ω_{0}) + i \frac{γ (ω_{0})}{ω_{0}}) (A (z, t) \int_{0}^{\infty} R (t') {| A (z, t - t') |}^{2} d t')$
Hier ist A eine Amplitude eines elektrischen Feldes, z eine Ausbreitungsdistanz, β_n eine Verteilung n-ter Ordnung, α ein Verlustkoeffizient, γ ein nichtlinearer Koeffizient, ω₀ jede Frequenz und t eine Zeit. Eine Fourier-Transformation von A entspricht dem Phasenspektrum und dem Intensitätsspektrum. A kann anhand der obigen Formel geschätzt werden, und somit kann auch das durch die Fourier-Transformation erhaltene Intensitätsspektrum geschätzt werden.
Dann vergleicht die Parameterberechnungseinheit 6 in Schritt S17 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums in Bezug auf die Lichtleistung mit dem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums in Bezug auf die Lichtleistung. Die Parameterberechnungseinheit 6 führt die obigen Schritte S15 bis S17 durch, während sie das angenommene Spektrum ändert, bis sich der Intensitätsspektrum-Schätzfehler nicht ändert (konvergiert) (Schritt S18: NEIN), und legt das angenommene Spektrum als Phasenspektrum der Lichteingabe fest, wenn sich der Intensitätsspektrum-Schätzfehler nicht ändert (minimal wird) (Schritt S18: JA).
Ferner setzt die Parameterberechnungseinheit 6 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums zu diesem Zeitpunkt als den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums entsprechend dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die im Schritt S14 eingestellt wurden, und speichert den Intensitätsspektrum-Schätzfehler zu diesem Zeitpunkt als den Intensitätsspektrum-Schätzfehler entsprechend dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die im Schritt S14 eingestellt wurden (Schritt S19).
Dann kehrt die Parameterberechnungseinheit 6 wieder zum Schritt S14 zurück (Schritt S22), ändert die angenommenen Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4 und wiederholt dann die obigen Schritte S15 bis S19. Auf diese Weise berechnet die Parameterberechnungseinheit 6 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums und den Intensitätsspektrum-Schätzfehler entsprechend jedem angenommenen Wert, während die angenommenen Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4 geändert werden.
Dann kehrt das Verfahren wieder zum Schritt S11 zurück, und die Lichtquelleneinheit 2 erzeugt erneut den Testimpuls. Der Testimpuls ist ein Lichtpuls, dessen Mittenwellenlänge die gleiche ist wie die des zuvor erzeugten Testimpulses und dessen Intensitätsspektrum unterschiedlich ist.
(a) in 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Testimpulses zeigt, und ein Diagramm G21 in der Figur zeigt das Intensitätsspektrum des Testimpulses, und ein Diagramm G22 zeigt das Phasenspektrum des Testimpulses. Wie in (a) in 5 gezeigt, hat das Intensitätsspektrum des Testimpulses eine symmetrische Form in Bezug auf die Mittenwellenlänge (900 nm in diesem Beispiel) und hat eine Form mit einer einzelnen Spitze, bei der die Mittenwellenlänge eine Spitze der Intensität ist, ähnlich wie bei dem vorherigen Testimpuls (siehe (a) in 4).
Darüber hinaus ist die Breite eines Wellenlängenbereichs Λ₂ des Intensitätsspektrums, d. h. die Breite des Intensitätsspektrums, kleiner als die des vorherigen Testimpulses ((a) in 4). In diesem Beispiel beträgt die Breite des Wellenlängenbereichs Λ₂ z. B. 7 nm. Außerdem hat das Phasenspektrum des Testimpulses eine flache Form, bei der die Phase innerhalb des Wellenlängenbereichs des Intensitätsspektrums im Wesentlichen konstant ist.
Nach der Erzeugung des obigen Testimpulses werden die obigen Schritte S12 bis S19 erneut wiederholt. (b) in 5 ist ein Diagramm, das den gemessenen Wert des Intensitätsspektrums der Lichtausgabe zeigt, die der Lichteingabe des Testimpulses mit der in (a) in 5 gezeigten Eigenschaft entspricht. Durch die obige Verarbeitung ist es möglich, die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten, dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für die beiden Testimpulse mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften zu ermitteln.
6 enthält Diagramme, die Beispiele für die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für die beiden Testimpulse zeigen. (a) in 6 zeigt die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für den ersten erzeugten Testimpuls. (b) in 6 zeigt die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler für den zweiten erzeugten Testimpuls.
In diesen Diagrammen stellt die vertikale Achse den Wert der Wellenlängendispersion (Einheit: ps² /km) dar, die horizontale Achse den nichtlinearen Koeffizienten (Einheit: /W/km), und die Größe des Intensitätsspektrum-Schätzfehlers wird durch Licht und Schatten dargestellt. Je dunkler die Farbe einer Region ist, desto geringer ist der Intensitätsspektrum-Schätzfehler. Die Bereiche B₁ und B₂, die in der Figur mit gestrichelten Linien umrandet sind, stellen Bereiche dar, in denen der Fehler nahe an einem Mindestwert liegt (mit anderen Worten: Bereiche, in denen der Intensitätsspektrum-Schätzfehler kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist).
Angesichts der Existenzbereiche der Bereiche B₁ und B₂ ist zu erkennen, dass eine Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die den Intensitätsspektrum-Schätzfehler in die Nähe des Mindestwerts bringt, eine lineare Beziehung aufweist. Wenn diese Zahlen verglichen werden und die Eigenschaften (in diesem Beispiel die Breite des Intensitätsspektrums) der beiden Testimpulse sich voneinander unterscheiden, gibt es einen Unterschied in der Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler (insbesondere ein Proportionalitätskoeffizient in der linearen Beziehung oder ähnliches). Mit anderen Worten, der Unterschied in der Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler wird durch den Unterschied in der Eigenschaft des ersten und zweiten Lichteingangs verursacht.
7 ist ein Diagramm, in dem der Wert des nichtlinearen Koeffizienten, mit dem der Intensitätsspektrum-Schätzfehler minimiert wird, für jeden Wellenlängenverteilungswert extrahiert und mit dem Wellenlängenverteilungswert als horizontaler Achse und dem nichtlinearen Koeffizienten als vertikaler Achse aufgetragen wird. In 7 entsprechen die rhombischen Diagramme P1 (a) in 6 und die kreisförmigen Diagramme P2 (b) in 6.
Ferner ist eine Gerade G1 eine Näherungsgerade, die auf den mehreren Plots P1 basiert, und eine Gerade G2 ist eine Näherungsgerade, die auf den mehreren Plots P2 basiert. Das heißt, die Gerade G1 stellt die lineare Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert dar, die bewirkt, dass sich der Intensitätsspektrum-Schätzfehler dem Mindestwert nähert, der der ersten Lichteingabe entspricht. Ferner stellt die Gerade G2 die lineare Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert dar, die bewirkt, dass sich der Fehler dem Mindestwert nähert, der der zweiten Lichteingabe entspricht.
Die Parameterberechnungseinheit 6 (Messprogramm) bestimmt in einem Schritt S20 von 3 den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 auf der Grundlage der Differenz in der Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler zwischen der ersten und der zweiten Lichteingabe (Parameterbestimmungsschritt, Bestimmungseinheit im Messprogramm). Konkret werden der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 aus einem Schnittpunkt Q der beiden Näherungsgeraden G1 und G2 bestimmt.
In diesem Beispiel, wenn der nichtlineare Koeffizient x und der Wellenlängenverteilungswert y ist, wird die Näherungsgerade G1 als y = 5,7072 x + 106,04 und die Näherungsgerade G2 als y = 0,3751 x + 104,54 ausgedrückt. Somit wird der Schnittpunkt dieser Geraden als (x, y) = (101,2, -0,84) berechnet, und der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert werden als 101,2 [/W/km] bzw. -0,84 [ps²/km] bestimmt.
Darüber hinaus werden im obigen Beispiel der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert durch die beiden Lichteingaben in das Lichtübertragungsmedium 4 bestimmt, aber der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert können durch drei oder mehr Lichteingaben bestimmt werden. In diesem Fall kann im Gegensatz zu dem in 7 gezeigten Fall der Schnittpunkt der Geraden nicht eindeutig ermittelt werden, aber der optimale nichtlineare Koeffizient und der optimale Wellenlängenverteilungswert können auf der Grundlage einer Vielzahl von Schnittpunkten bestimmt werden, zum Beispiel kann der Durchschnitt den mehreren Schnittpunkten als nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert verwendet werden.
Im obigen Beispiel wird zunächst das Intensitätsspektrum gemessen (Schritt S12) und dann das Intensitätsspektrum geschätzt (Schritt S16), aber die Reihenfolge kann auch umgekehrt sein. Das heißt, das Intensitätsspektrum kann gemessen werden, nachdem das Intensitätsspektrum geschätzt wurde.
Unter Bezugnahme auf (b) in 6 und die Näherungsgerade G2 in 7 ist der nichtlineare Koeffizient in der Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert im Wesentlichen konstant, was dazu führt, dass sich der Intensitätsspektrum-Schätzfehler dem Mindestwert nähert. Wie oben beschrieben, ist der Intensitätsspektrum-Schätzfehler in Abhängigkeit von der Breite des Intensitätsspektrums der Lichteingabe unempfindlich gegenüber einer Änderung des Wellenlängenverteilungswertes. Indem man die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler bei Änderung der Breite des Intensitätsspektrums der Lichteingabe erhält, ist es möglich, die Breite des Intensitätsspektrums zu ermitteln, bei der der Wellenlängenverteilungswert konstant wird.
Darüber hinaus ist im obigen Beispiel der nichtlineare Koeffizient im Wesentlichen konstant, wenn die Breite des Intensitätsspektrums 7 nm beträgt, und ferner wird davon ausgegangen, dass sich die Größe der Breite des Intensitätsspektrums, bei der der nichtlineare Koeffizient im Wesentlichen konstant ist, in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern des Lichtübertragungsmediums 4 ändert.
Durch die Verwendung des oben beschriebenen Messverfahrens können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 bei der vorgegebenen Wellenlänge (900 nm im obigen Beispiel) gemessen werden. Durch Wiederholung der Messung bei Änderung der vorbestimmten Wellenlänge (d.h. bei Änderung der Mittenwellenlänge der in (a) in 4 und (a) in 5 dargestellten Intensitätsspektren) kann auch die Wellenlängenabhängigkeit des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums 4 gemessen werden.
8 enthält Diagramme, die (a) die Wellenlängenabhängigkeit des nichtlinearen Koeffizienten und (b) die Wellenlängenabhängigkeit des Wellenlängenverteilungswertes in einem bestimmten Lichtübertragungsmedium 4 zeigen. In 8 steht die horizontale Achse von (a) und (b) für die Wellenlänge (Einheit: nm), die vertikale Achse von (a) für den nichtlinearen Koeffizienten (Einheit: /W/km) und die vertikale Achse von (b) für den Wellenlängenverteilungswert (Einheit: ps² /km). In diesen Diagrammen werden der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert bei einer Änderung der vorgegebenen Wellenlänge auf 800 nm, 850 nm, 900 nm, 950 nm und 1000 nm gemessen. Auf diese Weise ist es möglich, die Wellenlängeneigenschaften des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts genau zu messen.
Nachfolgenden werden die Effekte beschrieben, die durch die Messvorrichtung 1A, das Messverfahren und das Messprogramm gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform erzielt werden.
Im Stand der Technik, der zum Beispiel in Patentdokument 1 beschrieben ist, können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 theoretisch eindeutig bestimmt werden, indem das Intensitätsspektrum des Ausgangslichts gemessen wird, das durch Einspeisung von Licht in das Lichtübertragungsmedium 4 erhalten wird, indem das Intensitätsspektrum des Ausgangslichts aus der theoretischen Beziehung mit der Eigenschaft des Eingangslichts und dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 geschätzt wird, und der nichtlinearen Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert, bei denen der Fehler des geschätzten Werts in Bezug auf den gemessenen Wert minimiert ist, gesucht wird.
Gemäß den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder ist es jedoch tatsächlich schwierig, den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert durch das obige Verfahren aufgrund eines Messfehlers, eines Rundungsfehlers eines Computers und dergleichen eindeutig zu bestimmen. Wenn der Intensitätsspektrum-Schätzfehler in der Nähe des Mindestwerts liegt, gibt es außerdem eine signifikante Korrelation zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, wie in 6 gezeigt. Außerdem ändert sich die Korrelation in Abhängigkeit von der Eigenschaft (Intensitätsspektrum, Phasenspektrum, Lichtimpulsenergie oder ähnliches) des Lichteingangs, wie aus dem Vergleich zwischen (a) und (b) in 6 ersichtlich ist.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl von Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften auf dem Lichtübertragungsmedium 4 durchgeführt, und der erhaltene Intensitätsspektrum-Schätzfehler der mehreren Lichtausgaben wird berechnet, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden. Dann werden der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 auf der Grundlage des Unterschieds in der Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler zwischen den mehreren Lichteingaben bestimmt, der durch den Unterschied in der Eigenschaft verursacht wird. So können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 genau erfasst werden.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann im Schritt S20 die Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die dazu führt, dass sich der Intensitätsspektrum-Schätzfehler dem Mindestwert annähert, die lineare Beziehung aufweisen, und die Parameterberechnungseinheit 6 kann den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 auf der Grundlage der beiden linearen Beziehungen bestimmen, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen. In diesem Fall können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 leicht ermittelt werden.
Wie in den Schritten S15 bis S19 der vorliegenden Ausführungsform kann die Beziehung zwischen dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler und dem angenommenen Spektrum durch Ändern des angenommenen Spektrums der Phasenspektrumeingabe in die theoretische Beziehung erhalten werden, und der geschätzte Wert kann unter Verwendung des angenommenen Spektrums berechnet werden, mit dem der Intensitätsspektrum-Schätzfehler als Phasenspektrum jeder Lichteingabe minimiert wird. In diesem Fall kann die Messung der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des Lichts durchgeführt werden, dessen Phasenspektrum unbekannt ist, und die Messung des Phasenspektrums kann entfallen, so dass es möglich ist, die für die Messung des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts erforderliche Zeit zu reduzieren.
Wie in (a) in 4 und (a) in 5 gezeigt, können die Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sein. Gemäß der Forschung der vorliegenden Erfinder unterscheidet sich in diesem Fall die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler stark zwischen den mehreren Lichteingaben. Somit können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 genauer bestimmt werden. Insbesondere, wenn die Wellenlängenbereiche (Spektralbreiten) der Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sind, wird die obige Tendenz deutlicher.
Ferner kann im obigen Fall, wie in (a) in 4 und (a) in 5 gezeigt, das Phasenspektrum jeder Lichteingabe innerhalb des Wellenlängenbereichs des Intensitätsspektrums flach sein. Wenn das Phasenspektrum flach ist, ist der Änderungsbetrag des Intensitätsspektrum-Schätzfehlers in Bezug auf die Einheitsänderung des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts größer als in dem Fall, in dem das Phasenspektrum nicht flach ist, so die Forschung der vorliegenden Erfinder. Somit wird die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler klarer, und somit ist es möglich, den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 genauer zu bestimmen.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann im Schritt S13 die Vielzahl von Lichteingaben durchgeführt werden, während die Eigenschaft des von der gemeinsamen Lichtquelle 21 ausgegebenen Lichts durch die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 geändert wird. Mit anderen Worten, die Lichtquelleneinheit 2 kann die Lichtquelle 21 zum Ausgeben des Lichts mit einer vorbestimmten Eigenschaft und die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 zum Ausführen der mehreren Lichteingaben bei gleichzeitigem Ändern der Eigenschaft des von der Lichtquelle 21 ausgegebenen Lichts umfassen. In diesem Fall kann die Vielzahl von Lichteingaben mit einer einzigen Lichtquelle 21 durchgeführt werden, und somit kann die für die Messung erforderliche Konfiguration vereinfacht werden.
Darüber hinaus kann anstelle der obigen Konfiguration beispielsweise eine Vielzahl von Lichtquellen mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften vorbereitet werden, und die Lichteingaben können nacheinander von diesen Lichtquellen in das Lichtübertragungsmedium 4 erfolgen. Auch in diesem Fall können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 genau erfasst werden.
(Erste Modifikation)
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Messverfahren gemäß einer Modifikation der obigen Ausführungsform zeigt. Ein Unterschied zwischen der vorliegenden Modifikation und der obigen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Erfassen des Phasenspektrums des Lichteingangs. In der obigen Ausführungsform wird das angenommene Spektrum des Lichteingangs im Schritt S15 eingestellt, und das angenommene Spektrum, mit dem der Intensitätsspektrum-Schätzfehler minimiert wird, wird als das Phasenspektrum der Lichteingabe verwendet, jedoch wird in der vorliegenden Modifikation das Phasenspektrum der Lichteingabe durch die Messung erhalten.
Das heißt, wie in 9 dargestellt, wird nach dem Schritt S12 (oder vor dem Schritt S12) als Schritt S21 das Phasenspektrum des im Schritt S11 erzeugten Testimpulses gemessen. Insbesondere wird der von der Lichtquelleneinheit 2 ausgegebene Testimpuls ohne Zwischenschaltung des Lichtübertragungsmediums 4 in eine Phasenspektrum-Messvorrichtung eingegeben, und der Messwert des Phasenspektrums des Testimpulses wird in der Phasenspektrum-Messvorrichtung erfasst. Die Daten des gemessenen Wertes des Phasenspektrums werden der Parameterberechnungseinheit 6 als Phasenspektrumsdaten über den Lichteingang bereitgestellt.
Darüber hinaus ist das hier verwendete Phasenspektrum-Messvorrichtung ein Gerät, das auf einem Messverfahren wie einem FROG-Verfahren (Frequency Resolved Optical Gating), einem OPR-Verfahren (Optical Pulse Ruler) und dergleichen basiert. Die Konfiguration der OPR-Vorrichtung erhält man, indem man die Lichtquelle 21 und die Lichteigenschaftssteuereinheit 22 aus der Konfiguration von 1 entfernt.
Anschließend wird im Schritt S13 die Lichteinstrahlung durch den Testimpuls auf das Lichtübertragungsmedium 4 durchgeführt und der Messwert des Intensitätsspektrums des vom Lichtübertragungsmedium 4 abgegebenen Lichts, das der Lichteinstrahlung entspricht, erfasst (Messwerterfassungsschritt). Die Einzelheiten des Schritts S13 sind die gleichen wie bei der obigen Ausführungsform.
Anschließend berechnet die Parameterberechnungseinheit 6 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums auf der Grundlage der theoretischen Beziehung zwischen dem Intensitätsspektrum und dem Phasenspektrum der Lichteingabe, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 und dem Intensitätsspektrum der Lichtausgabe. In diesem Fall wird die Vielzahl der geschätzten Werte berechnet, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert individuell geändert werden. Ferner wird der Fehler (Intensitätsspektrum-Schätzfehler) zwischen den mehreren Schätzwerten und dem gemessenen Wert berechnet (Fehlerberechnungsschritt, Berechnungseinheit im Messprogramm).
Im Einzelnen legt die Parameterberechnungseinheit 6 in Schritt S14 die angenommenen Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4 fest. Ferner schätzt die Parameterberechnungseinheit 6 in Schritt S16 das Intensitätsspektrum in Bezug auf die Lichtleistung aus der theoretischen Beziehung auf der Grundlage der angenommenen Werte des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts und des gemessenen Werts des Phasenspektrums.
Dann vergleicht die Parameterberechnungseinheit 6 im Schritt S17 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums in Bezug auf die Lichtleistung und den gemessenen Wert des Intensitätsspektrums in Bezug auf die Lichtleistung. Die Parameterberechnungseinheit 6 speichert den Fehler (Intensitätsspektrum-Schätzfehler) des geschätzten Wertes in Bezug auf den gemessenen Wert des Intensitätsspektrums als den Intensitätsspektrum-Schätzfehler, der dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert entspricht, die in Schritt S14 (Schritt S19) eingestellt wurden.
Dann kehrt die Parameterberechnungseinheit 6 wieder zum Schritt S14 zurück (Schritt S22), ändert die angenommenen Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4 und wiederholt dann die obigen Schritte S16, S17 und S19. Auf diese Weise berechnet die Parameterberechnungseinheit 6 den geschätzten Wert des Intensitätsspektrums und den Intensitätsspektrum-Schätzfehler entsprechend jedem angenommenen Wert, während die angenommenen Werte der Parameter (nichtlinearer Koeffizient und Wellenlängenverteilungswert) des Lichtübertragungsmediums 4 geändert werden.
Dann kehrt der Prozess wieder zu Schritt S11 zurück, und die Lichtquelleneinheit 2 erzeugt erneut den Testimpuls. Der Testimpuls ist ein Lichtpuls mit der gleichen Mittenwellenlänge wie der zuvor erzeugte Testimpuls und einer anderen Eigenschaft (z. B. mindestens eines von Intensitätsspektrum, Phasenspektrum und Lichtpulsenergie).
Nach der Erzeugung des obigen Testimpulses werden die obigen Schritte S12, S21, S13, S14, S16, S17 und S19 erneut wiederholt. Durch die obige Verarbeitung ist es möglich, die Beziehung zwischen dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler zwischen dem geschätzten Wert und dem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums und dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert für die beiden Testimpulse mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten. Darüber hinaus sind die Einzelheiten des nächsten Schritts S20 die gleichen wie in der obigen Ausführungsform, so dass die Beschreibung dieses Schritts weggelassen wird.
Wie in der vorliegenden Modifikation kann vor den Schritten S14 bis S19 der Schritt S21 zum Erfassen des gemessenen Wertes des Phasenspektrums der Lichteingabe durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Berechnung des Schritts S20 auf der Grundlage des genauen Phasenspektrums durchgeführt werden, und der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 können genauer erfasst werden.
(Zweite Modifikation)
In der obigen Ausführungsform werden als Beispiel dafür, wie die Eigenschaften der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden gemacht werden, die Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden gemacht, wie in (a) in 4 und (a) in 5 gezeigt, aber die Eigenschaft der Lichteingabe, die verschieden gemacht werden soll, ist nicht auf das Intensitätsspektrum beschränkt, solange die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler zwischen den mehreren Lichteingaben unterschiedlich ist.
Beispielsweise können sich die Phasenspektren der mehreren Lichteingaben voneinander unterscheiden, die Spitzenintensitäten der mehreren Lichteingaben können sich voneinander unterscheiden, oder die Lichtpulsenergien der mehreren Lichteingaben können sich voneinander unterscheiden. Darüber hinaus können zwei oder mehr Eigenschaften wie das Intensitätsspektrum, das Phasenspektrum, die Spitzenintensität und die Lichtimpulsenergie zwischen den mehreren Lichteingaben unterschiedlich sein. Wenn sich die Phasenspektren der mehreren Lichteingaben voneinander unterscheiden, kann das Phasenspektrum einer der Lichteingaben eine flache Form im Wellenlängenbereich des Intensitätsspektrums aufweisen.
Selbst in den oben genannten Fällen ist die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler zwischen den mehreren Lichteingaben unterschiedlich. Daher können, wie in der obigen Ausführungsform, der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums 4 genau bestimmt werden.
Das Verfahren zur Messung des Lichtübertragungsmediums, das Messvorrichtung des Lichtübertragungsmediums, das Messprogramm des Lichtübertragungsmediums und das Aufzeichnungsmedium sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Konfigurationsbeispiele beschränkt, und es sind verschiedene Modifikationen möglich.
Zum Beispiel wird der Lichtimpuls als Lichteingabe in der obigen Ausführungsform verwendet, und darüber hinaus kann kontinuierliches Licht als Lichteingabe verwendet werden. Ferner ist in der obigen Ausführungsform die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Intensitätsspektrum-Schätzfehler linear, und ferner können, selbst wenn die Beziehung nichtlinear ist, die Effekte gemäß der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise erzielt werden.
Das Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium der obigen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswerts eines Lichtübertragungsmediums und umfasst einen Messwerterfassungsschritt des Durchführens mehrerer Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium und des Erfassens eines gemessenen Werts eines Intensitätsspektrums von jeder von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen; einen Fehlerberechnungsschritt zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum jeder der mehreren Lichtausgabe berechnet wird, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden; und einen Parameterbestimmungsschritt des Bestimmens des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Die Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium der obigen Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswerts eines Lichtübertragungsmediums und umfasst eine Lichtquelleneinheit zum Durchführen mehrerer Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium; eine Spektrum-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gemessenen Werts eines Intensitätsspektrums von jeder von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen; und eine Betriebseinheit zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum von jeder der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums berechnet wird, und dem Intensitätsspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden, und Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Das Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium der obigen Ausführungsform ist ein Programm zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswerts eines Lichtübertragungsmediums und veranlasst einen Computer, als Berechnungseinheit zu arbeiten, um einen Fehler zwischen einem geschätzten Wert eines Intensitätsspektrums, das auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jeder von mehreren Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften berechnet wird dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum jeder von mehreren Lichtausgaben des Lichtübertragungsmediums, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen, und einem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums jeder der mehreren Lichtausgaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden; und als eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird, zu arbeiten.
Das Aufzeichnungsmedium der obigen Ausführungsform ist ein computerlesbares Medium, auf dem das oben beschriebene Messprogramm des Lichtübertragungsmediums aufgezeichnet ist.
Bei dem obigen Messverfahren kann im Schritt der Parameterbestimmung eine Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die dazu führt, dass sich der Fehler einem Mindestwert nähert, eine lineare Beziehung aufweisen, und der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums können auf der Grundlage einer Vielzahl von linearen Beziehungen bestimmt werden, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen.
In der obigen Messvorrichtung kann eine Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die dazu führt, dass sich der Fehler einem Mindestwert nähert, eine lineare Beziehung aufweisen, und die Betriebseinheit kann den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Vielzahl von linearen Beziehungen bestimmen, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen.
Gemäß der obigen Konfiguration können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums leicht ermittelt werden.
Das obige Messverfahren kann ferner einen Schritt zur Erfassung eines gemessenen Wertes des Phasenspektrums jeder Lichteingabe vor dem Schritt der Fehlerberechnung umfassen. In diesem Fall kann die obige Berechnung auf der Grundlage des genauen Phasenspektrums durchgeführt werden, und der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums können genauer erfasst werden.
Bei dem obigen Messverfahren kann im Schritt der Fehlerberechnung eine Beziehung zwischen dem Fehler und einem angenommenen Spektrum erhalten werden, indem das angenommene Spektrum der Phasenspektrumeingabe auf die theoretische Beziehung geändert wird, und der geschätzte Wert kann unter Verwendung des angenommenen Spektrums, mit dem der Fehler minimiert wird, als Phasenspektrum jeder Lichteingabe berechnet werden.
In der obigen Messvorrichtung kann die Betriebseinheit eine Beziehung zwischen dem Fehler und einem angenommenen Spektrum erhalten, indem sie das angenommene Spektrum der Phasenspektrumeingabe in die theoretische Beziehung ändert, und kann den geschätzten Wert unter Verwendung des angenommenen Spektrums, mit dem der Fehler minimiert wird, als das Phasenspektrum jeder Lichteingabe berechnen.
Gemäß der obigen Konfiguration kann die obige Messung mit dem Licht durchgeführt werden, dessen Phasenspektrum unbekannt ist, und die Messung des Phasenspektrums kann entfallen, wodurch es möglich ist, den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Messung des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswertes zu reduzieren.
Bei dem obigen Messverfahren und der Messvorrichtung können die Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sein. Gemäß der Studie der vorliegenden Erfinder unterscheidet sich in diesem Fall die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler stark zwischen den mehreren Lichteingaben. Somit können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums genauer bestimmt werden.
Ferner kann im obigen Fall das Phasenspektrum jeder Lichteingabe innerhalb eines Wellenlängenbereichs des Intensitätsspektrums flach sein. Gemäß der Forschung der vorliegenden Erfinder wird die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler klarer, und somit können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums genauer bestimmt werden.
Bei dem obigen Messverfahren und der Messvorrichtung können die Phasenspektren der mehreren Lichteingaben unterschiedlich sein. In diesem Fall unterscheidet sich auch die Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben. So können der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums genau bestimmt werden.
Bei dem obigen Messverfahren kann im Messwert-Erfassungsschritt die Vielzahl der Lichteingaben durchgeführt werden, während die Eigenschaft der Lichtausgabe von einer gemeinsamen Lichtquelle geändert wird.
In der obigen Messvorrichtung kann die Lichtquelleneinheit eine Lichtquelle zur Ausgabe von Licht mit einer vorbestimmten Eigenschaft und eine Lichteigenschaftssteuereinheit zur Durchführung der mehreren Lichteingaben bei gleichzeitiger Änderung der Eigenschaft des von der Lichtquelle ausgegebenen Lichts umfassen.
Gemäß der obigen Konfiguration können die mehreren Lichteingaben unter Verwendung einer einzigen Lichtquelle durchgeführt werden, wodurch die für die Messung erforderliche Konfiguration vereinfacht werden kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Ausführungsformen können als Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium, als Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium, als Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium und als Aufzeichnungsmedium verwendet werden, die in der Lage sind, einen nichtlinearen Koeffizienten und einen Wellenlängenverteilungswert eines Lichtübertragungsmediums genau zu erfassen.
Bezugszeichenliste

1A: Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium
2: Lichtquelleneinheit
2a: Ausgangsseite
4: Lichtübertragungsmedium
4a: ein Ende
4b: das andere Ende
5: Spektrum-Erfassungseinheit
5a: Eingangsende
5b: Signalausgangsende
6: Parameterberechnungseinheit
6a: Signaleingangsende
21: Lichtquelle
21a: Ausgangsende
22: Lichteigenschaftssteuereinheit
22a: Eingangsende
22b: Ausgangsende
B1, B2: Bereich
G1, G2: Näherungsgerade
Λ1, Λ2: Wellenlängenbereich

Claims

Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums, wobei das Verfahren umfasst: einen Messwerterfassungsschritt des Durchführens mehrerer Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium und des Erfassens eines gemessenen Wertes eines Intensitätsspektrums jedes von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen; einen Fehlerberechnungsschritt zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jedes der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum jedes der mehreren Lichtausgabe berechnet wird, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden; und einen Parameterbestimmungsschritt zum Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage eines Unterschieds in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, der durch einen Unterschied in der Eigenschaft verursacht wird.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 1, wobei in dem Parameterbestimmungsschritt eine Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die bewirkt, dass sich der Fehler einem Mindestwert nähert, eine lineare Beziehung aufweist, und der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Vielzahl von linearen Beziehungen bestimmt werden, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, das ferner einen Schritt zur Erfassung eines Messwerts des Phasenspektrums jeder Lichteingabe vor dem Fehlerberechnungsschritt umfasst.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 1 oder 2, wobei in dem Fehlerberechnungsschritt eine Beziehung zwischen dem Fehler und einem angenommenen Spektrum erhalten wird, indem das angenommene Spektrum der Phasenspektrumeingabe in die theoretische Beziehung geändert wird, und der geschätzte Wert unter Verwendung des angenommenen Spektrums, mit dem der Fehler minimiert wird, als Phasenspektrum jeder Lichteingabe berechnet wird.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sind.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 5, wobei das Phasenspektrum jeder der mehreren Lichteingaben innerhalb eines Wellenlängenbereichs des Intensitätsspektrums flach ist.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Phasenspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sind.
Messverfahren für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Schritt der Messwerterfassung die mehreren Lichteingaben unter Änderung der Eigenschaft der Lichtabgabe einer gemeinsamen Lichtquelle durchgeführt werden.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Lichtquelleneinheit, die eine Vielzahl von Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften in das Lichtübertragungsmedium eingibt; eine Spektrum-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gemessenen Wertes eines Intensitätsspektrums von jedem von mehreren Lichtausgaben von dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen; und eine Betriebseinheit zum Berechnen eines Fehlers zwischen dem gemessenen Wert und einem geschätzten Wert des Intensitätsspektrums, der auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums berechnet wird, und dem Intensitätsspektrum jeder der mehreren Lichteingaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden, und Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 9, wobei eine Kombination aus dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert, die bewirkt, dass sich der Fehler einem Mindestwert nähert, eine lineare Beziehung aufweist, und die Betriebseinheit den nichtlinearen Koeffizienten und den Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Vielzahl von linearen Beziehungen bestimmt, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Betriebseinheit eine Beziehung zwischen dem Fehler und einem angenommenen Spektrum durch Ändern des angenommenen Spektrums der Phasenspektrumeingabe in die theoretische Beziehung erhält und den geschätzten Wert unter Verwendung des angenommenen Spektrums, mit dem der Fehler minimiert wird, als das Phasenspektrum jeder Lichteingabe berechnet.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Intensitätsspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sind.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 12, wobei das Phasenspektrum jeder der mehreren Lichteingaben innerhalb eines Wellenlängenbereichs des Intensitätsspektrums flach ist.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Phasenspektren der mehreren Lichteingaben voneinander verschieden sind.
Messvorrichtung für ein Lichtübertragungsmedium nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die Lichtquelleneinheit umfasst: eine Lichtquelle zur Abgabe von Licht mit einer vorbestimmten Eigenschaft; und eine Lichteigenschaftssteuereinheit zur Durchführung der mehreren Lichteingaben bei gleichzeitiger Änderung der Eigenschaft des von der Lichtquelle abgegebenen Lichts.
Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium zum Messen eines nichtlinearen Koeffizienten und eines Wellenlängenverteilungswertes eines Lichtübertragungsmediums, wobei das Programm einen Computer veranlasst, wie folgt zu arbeiten: als eine Berechnungseinheit zum Berechnen eines Fehlers zwischen einem geschätzten Wert eines Intensitätsspektrums, das auf der Grundlage einer theoretischen Beziehung zwischen einem Intensitätsspektrum und einem Phasenspektrum jeder von mehreren Lichteingaben mit der gleichen Mittenwellenlänge und unterschiedlichen Eigenschaften, dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert des Lichtübertragungsmediums und dem Intensitätsspektrum jeder von mehreren Lichtausgaben aus dem Lichtübertragungsmedium, die jeweils den mehreren Lichteingaben entsprechen, berechnet wird, und einem gemessenen Wert des Intensitätsspektrums jeder der mehreren Lichtausgaben, während der nichtlineare Koeffizient und der Wellenlängenverteilungswert geändert werden, und als eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen des nichtlinearen Koeffizienten und des Wellenlängenverteilungswerts des Lichtübertragungsmediums auf der Grundlage einer Differenz in einer Beziehung zwischen dem nichtlinearen Koeffizienten und dem Wellenlängenverteilungswert und dem Fehler zwischen den mehreren Lichteingaben, die durch eine Differenz in der Eigenschaft verursacht wird.
Computerlesbares Aufzeichnungsmedium, das das Messprogramm für ein Lichtübertragungsmedium nach Anspruch 16 aufzeichnet.