JP2000081374A

JP2000081374A - 波長分散測定方法および測定装置

Info

Publication number: JP2000081374A
Application number: JP10250856A
Authority: JP
Inventors: Masato Yoshida; 真人吉田; Koichiro Nakamura; 孝一郎中村; Hiromasa Ito; 弘昌伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＯＦＤＲ法により長尺光ファイバの波長分散
値の絶対値および符号を測定することができ、光ファイ
バの非線形光学効果による影響を受けることがなく、温
度変化などの外乱の影響を受けることなく、遠隔測定が
可能であり、光増幅器を用いた線形中継器を含む光伝送
路の総波長分散値を一度に測定できる波長分散測定方法
および測定装置を提供する。【解決手段】周波数シフト帰還型レーザ１より出力さ
れる周波数チャープ光を２つに分岐する光分岐手段２
と、この光分岐手段２により分岐された一方の光信号の
スペクトル強度を測定する光波形観測手段３と、他方の
光信号を被測定光ファイバ４に入射し、その入出力端５
および６からのフレネル反射光を混合して生じるビート
信号のスペクトル強度を測定するための光電変換手段
７、RFスペクトル強度測定手段９とを具備した、被測定
光ファイバ４の総波長分散値を求める波長分散測定装置
１０を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の所属する技術分野】本発明は、光伝送路の波長
分散特性を、必要であれば光増幅器をも含んだ長光路
で、その総波長分散量を直接測定し、光伝送路の波長分
散を補償する分散補償光ファイバの仕様の決定を可能と
する波長分散測定方法および、その測定方法を用いた波
長分散測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの波長分散値を測定する方法
としては、従来、パルス法、差分法、位相差法などが知
られている。パルス法は、波長の異なる光パルスを被測
定光ファイバに入射した場合、波長分散の効果によりそ
れぞれの光パルスの到達時間が異なることを利用するも
ので、この到達時間差を測定することにより被測定光フ
ァイバの波長分散を求める方法である。また、差分法
は、波長可変レーザ光を同一周波数の正弦波信号で強度
変調した後に被測定光ファイバに入射し、この入射光の
波長をかえることによって前記被測定光ファイバからの
出力光の位相差を移相器とリサージュ波形より求めるこ
とにより被測定光ファイバの波長分散を求める方法であ
る。また、位相差法は、波長が異なる２つのプローブ光
を同一周波数の信号で変調した後に被測定光ファイバに
入射し、これらの変調したプローブ光が被測定光ファイ
バ中を伝播する際に受けた変調信号のそれぞれの遅延位
相差を測定し、さらに波長を掃引することにより、波長
分散を算出する方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の波長分散測定方
法では、光信号の相対伝播遅延時間の波長依存性を測定
し、測定結果を波長のべき級数関数で近似し、得られた
関数を波長で微分することによって波長分散値を求める
ため、波長分散測定に用いる波長は広帯域である必要が
ある。そのため、従来の波長分散測定方法を線形中継器
を含む光伝送路に適用して、該光伝送路の総波長分散を
一度で測定しようとすると、以下のような問題が生じ
る。即ち、波長の異なる光をプローブ光として使用する
方法では、前記伝送路の総分散値を一度で測定するため
には、これらの波長が全て線形中継器の増幅帯域に入っ
ている必要がある。例えば、光増幅器の増幅帯域幅は波
長で１５００ｎｍから１６００ｎｍとかなり狭帯域であ
り、さらに光フィルタを内臓している線形中継器ではさ
らに狭帯域で１５３０ｎｍから１５６０ｎｍである。と
ころが、これらの波長分散測定で用いる波長は１２００
ｎｍから１８００ｎｍとかなり広帯域であるから、多波
長を用いる従来の測定法を線形中継器を含む多中継光伝
送路の総波長分散値測定にそのまま適用するのは困難で
ある。

【０００４】またパルス法の場合、光パルスを長尺の光
ファイバ中を通過させるためには高出力の光パルスを被
測定光ファイバに入力する必要がある。このとき、測定
プローブ光であるパルス光が非線形光学効果の影響のた
め光スペクトルが広がるなどの変形を受ける。したがっ
て、正確な総分散長を把握することが困難である。ま
た、パルス遅延を精密に測定するためにストリークカメ
ラを使用すると、測定系が大規模、高価となるといる問
題がある。さらに、差分法や位相差法では、いずれにお
いても測定中の温度変化による光路差変化の影響を無視
することができない。例えば、１０００ｋｍの光ファイ
バにおいて温度１℃変化した場合、石英ガラスの線膨張
率が０．４×１０^-6／℃であるから光路差は０．４ｍ変
化する。この光路差は時間差に換算すると２ｎｓに相当
する。一方、波長分散１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、光ファイバ
長１０００ｋｍ、光波長差１ｎｍとすると時間遅延差は
１ｎｓとなり、測定中の温度変化による波長分散の測定
誤差はかなり大きい。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、次のような光ファイバの波長分散値の測
定方法および測定装置を採用した。即ち、請求項１記載
の波長分散測定方法は、ＯＦＤＲ法による光伝送路の波
長分散値の絶対値および符号を測定する波長分散測定方
法であって、被測定光伝送路に周波数チャープ光を入射
し、該光伝送路の入出力端からのフレネル反射光の混合
により生じるビート信号のスペクトル広がり特性を用い
て、該光伝送路の総波長分散値を直接測定することを特
徴としている。ここで、ＯＦＤＲ法とは、光周波数領域
反射測定法の総称であり、周波数チャープ光とは、周波
数が時間に比例してシフトする光を示している。また、
請求項２記載の波長分散測定方法は、請求項１記載の波
長分散測定方法において、波長分散測定用の光源とし
て、チャープの線形性が非常に高く、波長可変である周
波数シフト帰還型レーザを用いることを特徴としてい
る。また、請求項３記載の波長分散測定装置は、周波数
チャープ光を出力する光源と、該光源からの出力された
光を分岐する光分岐手段と、該光分岐手段の一方の光信
号のスペクトル強度を測定する光波形観測手段と、前記
光分岐手段の他方の光信号を前記光伝送路に入射し、該
光伝送路の入射端と出射端からのフレネル反射光の混合
により生じるビート信号を検出するための光電変換器
と、該光電変換器の出力電気信号のスペクトル強度を測
定するスペクトル強度測定手段とを具備することを特徴
としており、請求項１記載の測定方法に基づいて波長分
散を測定するものである。また、請求項４記載の波長分
散測定装置は、請求項３記載の波長分散測定装置におい
て、前記光源として、チャープの線形性が非常に高く、
波長可変である周波数シフト帰還型レーザを用いること
を特徴としている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図１において、光分岐手
段２が、光源１から出力された周波数チャープ光を２つ
に分岐し、光波形観測手段３が、光分岐手段２により分
岐された周波数チャープ光のスペクトル強度を観測す
る。また、光電変換手段７が、光分岐手段により分され
た周波数チャープ光を光伝送路４に入射する場合におけ
る、該光伝送路４の入出力端５、６におけるフレネル反
射光を混合して生じるビート信号を検出し、スペクトル
強度測定手段９が、該ビート信号のスペクトル広がり特
性を測定する。

【０００７】ところで、周波数チャープ光が光伝送路を
伝播する場合において、光ファイバの波長分散により該
周波数チャープ光のチャープレートは変化し、前記光伝
送路の入出力端からのそれぞれのフレネル反射光のチャ
ープレートに差が生じる。この光伝送路の総波長分散値
に応じたチャープレートの差により、前記ビート信号の
周波数（以下「ビート周波数」という）は時間と共に変
化し、該ビート信号のスペクトル半値幅（以下「ビート
スペクトル幅」という）は広がることとなる。即ち、該
ビートスペクトル幅を用いて、光伝送路の総波長分散値
を直接測定することが可能である。また、前記周波数チ
ャープ光の波長を変えて、同様な測定を行ない、前記総
波長分散の波長依存性を測定することにより、該総波長
分散値の符号を判別することが可能である。

【０００８】また、請求項２に記載の波長分散方法によ
れば、前記周波数シフト帰還型レーザからの出力光は、
周波数が異なる複数のモードの周波数チャープ光を含む
ため、前記ビート信号が同時に複数存在し、前記光伝送
路がいかなる光路長の場合においても、前記光源のレー
ザ共振器縦モード周波数以下で観測可能なビート信号が
必ず存在する。即ち、前記光電変換手段に要求される受
光帯域は前記縦モード周波数程度となる。

【０００９】

【実施例】図１は、請求項３記載の波長分散測定装置の
概略構成を示す図であり、この図に示す波長分散値測定
装置１０は、周波数チャープ光源１と、光分岐手段２
と、光波形観測手段３と、光電変換手段７と、増幅手段
８と、スペクトル強度測定手段９とから構成されてい
る。そして、前記光分岐手段からの一方の出力端５に、
被測定光ファイバ（光伝送路）４を接続することとな
る。

【００１０】周波数チャープ光源１の一例としては、周
波数シフト帰還型レーザが挙げられる。図２は前記周波
数シフト帰還型レーザ共振器の概略構成を示す図であ
り、前記周波数シフト帰還型レーザ共振器は、利得媒質
１１からなるリング型レーザ共振器１４あるいはファブ
リ・ペロー型レーザ共振器１５の内部に、音響光学素子
（ＡＯＭ）１２を挿入することにより構成されており、
また、前記ＡＯＭの駆動信号発生手段１３を具備してい
る。前記周波数シフト帰還型レーザは、前記駆動信号発
生手段１３の駆動周波数により波長可変であり、また、
その出力光のチャープの線形性が非常に高いという特徴
をもつレーザである。

【００１１】光分岐手段２は、前記周波数チャープ光源
１から出力された光を２つに分岐するものであり、実際
の装置においては、光ファイバカプラが好適に用いられ
る。また、光波形観測手段３は、前記光分岐手段２によ
り分岐された光のスペクトル強度を測定するものであ
る。また、光電変換手段７は、被測定光ファイバ４の入
出力端からのフレネル反射光の混合により生じるビート
信号を検出するものであり、実際の装置においては、光
信号の電界強度の２乗に比例した受光電流を発生すると
いう性質を有する光電変換器が好適に用いられる。ま
た、増幅手段８は、光電変換手段７から出力された電気
信号を十分な大きさに増幅するものである。さらに、ス
ペクトル強度測定手段９は、増幅手段８から出力された
電気信号のスペクトル強度を測定するものであり、実際
の装置においては、スペクトルアナライザが好適に用い
られる。

【００１２】次に、上述した構成の波長分散測定装置の
動作および原理について、図１及至４を用いて説明す
る。光源１から出力された周波数チャープ光は、光分岐
手段２により２方向に分岐され、一方の周波数チャープ
光（測定光）は、被測定光ファイバ４に入射される。こ
のとき、図３に示すように、該被測定光ファイバ中を伝
播する前記測定光のチャープレートは、前記被測定光フ
ァイバの波長分散の影響により変化することとなり、前
記被測定光ファイバの出力端からのフレネル反射光が該
被測定光ファイバの入射端に到達したときの該フレネル
反射光のチャープレートγ'は、前記被測定光ファイバ
中を伝播する前の前記測定光のチャープレートγと、該
測定光の中心波長λと、前記被測定光ファイバの光路長
ｚ、屈折率ｎ、波長分散値Ｄと、光の速度ｃとを用いて
次式で表現できる。

【００１３】

【数式１】このように、前記被測定光ファイバの波長分散の影響に
より、前記測定光を前記被測定光ファイバに入射した場
合において、該被測定光ファイバの入出力端からのフレ
ネル反射光間にチャープレート差Δγ＝（λ²／ｃ）Ｄ
（２ｚ／ｎ）γ²が生じ、図４に示すように、前記フレ
ネル反射光の混合により生じるビート信号の周波数（ビ
ート周波数）ν_Bは時間ｔとともに変化し、次式で表現
できる。

【００１４】

【数式２】また、前記フレネル反射光を光電変換手段７を用いて検
出した場合において、該光電変換手段から出力される電
気信号のスペクトル半値幅（ビートスペクトル幅）Δν
_Bは、前記測定光のチャープ幅ν_BWを用いて次式で表現
できる。

【００１５】

【数式３】 γ／ν_BWは前記周波数チャープ光のチャープ時間が有限
であることに起因するビートスペクトル広がりであり、
平方根中における第２項（（０．５６７λ²／ｃ）Ｄ
（２ｚ／ｎ）ν_BW ²）²（以下「波長分散項」という）
は、前記ビート周波数が時間とともに変化するために生
ずるビートスペクトル広がりを示している。ここで、前
記測定光のチャープ幅ν_BWおよび中心波長λは、前記光
分岐手段により２方向に分岐される一方の周波数チャー
プ光（参照光）のスペクトル強度を、光観測波形手段３
を用いて観測することにより測定でき、また前記測定光
のチャープレートγは、前記光源のレーザ共振器構成に
より決まり、既知の値であるため、前記スペクトル半値
幅Δν_Bを、スペクトル強度測定手段９を用いて観測す
れば、（３）式の関係式を用いて前記被測定光ファイバ
の総波長分散値Ｄｚ／ｎを直接求めることができる。ま
た、前記周波数チャープ光の波長を変えて、同様な測定
を行ない、前記総波長分散の波長依存性を測定すること
により、該総波長分散値の符号を判別することが可能で
ある。

【００１６】次に、上述した波長分散測定方法の適用可
能な光伝送路長の範囲について説明する。図５の実線
は、前記チャープ幅ν_BWをパラメータとした場合におけ
る、総波長分散値Ｄｚ／ｎと前記ビートスペクトル幅Δ
ν_Bの関係を示している。（３）式における前記波長分
散項が１より大きい場合において、前記光伝送路の波長
分散の影響による前記ビートスペクトル幅の広がりが顕
著となり、該ビートスペクトル幅より前記光伝送路の総
波長分散値の測定が可能となる。したがって、測定可能
な光伝送路長の範囲は次式で表現できる。

【００１７】

【数式４】図６は（４）式をもとに、前記チャープ幅と測定可能な
光伝送路長の関係を示している。図は、前記チャープ幅
を制御することにより、測定可能な光伝送路長を調整す
ることが可能であることを示している。

【００１８】以上説明したように、本実施例の光伝送路
の波長分散測定装置によれば、前記周波数チャープ光
（ＣＷ光）が前記光伝送路を伝播する際にうける、該光
伝送路の波長分散による前記周波数チャープ光のチャー
プレートの変化を用いて、一度の測定で前記光伝送路の
総波長分散値を直接求めることができる。このとき波長
分散値の測定用光源としてＣＷ光を用いるため、光ファ
イバの非線形光学効果による影響を受けることがない。
また、前記光伝送路のもつ波長分散による前記測定光の
周波数広がりを用いて波長分散測定を行なうため、温度
変化などの外乱にともなう、前記光伝送路の光路長の変
動による影響を受けることがなく、あるいは無視するこ
とができる。また、波長分散値の測定には、光伝送路の
入出力端からのフレネル反射光を用いるため、遠隔測定
が可能である。また、前記光伝送路の波長分散の影響に
よる前記ビートスペクトル幅の広がりには、前記測定光
のチャープ幅が大きく関与するため、前記チャープ幅に
より測定可能な光伝送路長を調整することができる。さ
らに、測定光に要求される波長帯域は該測定光のチャー
プ幅程度であり、高々１０ｎｍ程度であるため、光増幅
器を用いた線形中継器を含む光伝送路の波長分散測定が
可能である。

【００１９】また、請求項４に記載の光伝送路の波長分
散装置によれば、図１における周波数チャープ光源１と
して、図２に示す周波数シフト帰還型レーザを用いるた
め、光電変換手段７に課せられる受光帯域は、前記周波
数シフト帰還型レーザの共振器縦モード周波数程度と低
減される。さらに、前記周波数シフト帰還型レーザのチ
ャープの線形性が非常に優れているため、波長分散の測
定精度が向上する。また、前記周波数シフト帰還型レー
ザの発振波長およびチャープ幅は、該周波数シフト帰還
型レーザ共振器の利得特性に大きく依存するため、該周
波数シフト帰還型レーザの利得媒質１１として固体や気
体、半導体のレーザ活性媒質を選択的に採用することに
より、測定必要波長およびチャープ幅を得ることができ
る。また、前記周波数シフト帰還型レーザは駆動信号発
生手段１３の駆動周波数により波長同調が可能であるた
め、該利得媒質にエルビウムやプラセオジウムを添加し
た光ファイバやガラス、単結晶を採用すれば、ＷＤＭ領
域における波長分散値の測定が可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項３
記載の光伝送路の波長分散装置によれば、周波数チャー
プ光（CW光）を出力する光源と、前記光源からの周波数
チャープ光を前記光伝送路に入射し、該光伝送路の入出
力端からのフレネル反射光を混合して生じるビート信号
のスペクトル強度を測定する光電変換手段およびスペク
トル強度測定手段とにより、前記周波数チャープ光が前
記光伝送路を伝播する際に受ける、波長分散による前記
周波数チャープ光のチャープレートの変化量を測定し、
前記光伝送路の総波長分散値を求める波長分散測定方法
を具備したので、光ファイバの非線形光学効果による影
響を受けることがなく、温度変化などの外乱にともな
う、前記光伝送路の光路長の変動による影響を受けるこ
とがなく、あるいは無視することができ、遠隔測定がで
きる等の優れた効果を奏することができ、光増幅器を用
いた線形中継器を含む伝送路の総波長分散値を一度に測
定することができる。

【００２１】また、請求項４に記載の光伝送路の波長分
散装置によれば、請求項３記載の光伝送路の波長分散測
定装置において、周波数チャープ光源として周波数シフ
ト帰還型レーザを用いるため、光電変換手段に課せられ
る受光帯域は、前記光源の共振器縦モード周波数程度と
低減される。さらに、前記周波数シフト帰還型レーザの
チャープの線形性が非常に優れているため、波長分散の
測定精度が向上する。また、該周波数シフト帰還型レー
ザの利得媒質として固体や気体、半導体のレーザ活性媒
質を選択的に採用することにより、測定必要波長および
チャープ幅を得ることができる。特に、該利得媒質にエ
ルビウム添加ファイバやプラセオジウムを添加した光フ
ァイバやガラス、単結晶を採用すれば、WDM領域におけ
る波長分散値の測定が可能である。

【００２２】このように、本発明の光伝送路の波長分散
測定装置は、光ファイバ増幅器を用いた線形中継器によ
る多中継伝送路の総分散を一度に測定することができる
ので、超高速、長距離伝送を可能たらしめる一技術とな
る得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光伝送路の波長分散測定装置
を示す構成図である。

【図２】周波数シフト帰還型レーザの基本構成図であ
る。

【図３】光ファイバの波長分散により周波数チャープ光
のチャープレートが変化する様子を示す図である。

【図４】被測定光ファイバの入出力端からのフレネル反
射光の合成により生じるビート信号の周波数の時間変化
を示す図である。

【図５】周波数チャープ光のチャープ幅をパラメータと
した場合における、光伝送路の総波長分散値とビートス
ペクトル幅の関係を示す図である。

【図６】周波数チャープ光源のチャープ幅と測定可能な
光伝送路長の関係を示す図である。

【符号の説明】

１周波数チャープ光源２光分岐手段３光波形観測手段４被測定光ファイバ５入力端６出力端７光電変換手段８増幅手段９スペクトル強度測定手段１０波長分散測定装置１１利得媒質１２音響光学素子１３駆動信号発生手段１４リング型共振器１５ファブリ・ペロー型共振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＯＦＤＲ法による光伝送路の波長分散値
の絶対値および符号を測定する波長分散測定方法であっ
て、被測定光伝送路の入出力端からの反射光の混合によ
り生じるビート信号のスペクトル広がり特性を用いて、
前記光伝送路の総波長分散値を測定することを特徴とす
る波長分散測定方法。
【請求項２】請求項１において、波長分散測定用の光
源として、チャープの線形性が非常に高く、波長可変で
ある周波数シフト帰還型レーザを用いることを特徴とす
る波長分散測定方法。
【請求項３】周波数チャープ光を出力する光源と、該
光源から出力された光を分岐する光分岐手段と、該光分
岐手段の一方の光信号のスペクトル強度を測定する光波
形観測手段と、前記光分岐手段の他方の光信号を前記光
伝送路に入射し、該光伝送路の入射端と出射端からのフ
レネル反射光の混合により生じるビート信号を検出する
ための光電変換器と、該光電変換器の出力電気信号のス
ペクトル強度を測定するスペクトル強度測定手段とを具
備することを特徴とし、請求項１における測定方法を用
いた波長分散測定装置。
【請求項４】請求項３において、前記光源として、チ
ャープの線形性が非常に高く、波長可変である周波数シ
フト帰還型レーザを用いることを特徴とする波長分散測
定装置。
【請求項５】請求項３及４において、前記光源のチャ
ープ幅を制御することにより、測定可能な光伝送路長を
調整できることを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項６】請求項４において、前記周波数シフト帰
還型レーザに固体や気体、半導体のレーザ活性媒質を用
い、必要測定波長およびチャープ幅を有する光源を用い
ることを特徴とする波長分散測定装置。
【請求項７】請求項３及４において、光増幅器を含む
光伝送路の総波長分散値の測定が可能である波長分散測
定装置。
【請求項８】請求項３及４において、前記光源の利得
媒質を変えることにより、必要な波長帯における波長分
散値の測定が可能であり、該利得媒質としてエルビウム
やプラセオジウムを光ファイバやガラス、単結晶に添加
したレーザ活性媒質を採用した、ＷＤＭ領域における波
長分散値が測定できることを特徴とする波長分散測定装
置。