JP2003279447A - 光ファイバの特性評価方法および装置 - Google Patents

光ファイバの特性評価方法および装置

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JP2003279447A JP2002082790A JP2002082790A JP2003279447A JP 2003279447 A JP2003279447 A JP 2003279447A JP 2002082790 A JP2002082790 A JP 2002082790A JP 2002082790 A JP2002082790 A JP 2002082790A JP 2003279447 A JP2003279447 A JP 2003279447A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラマン利得特性の測定に要する項目を削減す
ること。 【解決手段】 ラマン利得特性が既知の参照光ファイバ
4を被測定光ファイバ3と接続し、光パルスS1を一端
31−1から入射させ、CW光S2をもう一方の端3−
2から入射させて光パルスS1と対向させて伝搬させ
て、光パルスS1とCW光S2間の相互作用によりラマ
ン光増幅を生じさせ、光カプラ5、光波長フィルタ8を
介してCW光を光検出器6に導き、参照光ファイバと被
測定光ファイバ3を同時に測定し、参照光ファイバ4と
被測定光ファイバ3とのラマン利得特性の比率を求める
ことで、被測定光ファイバ3のラマン利得特性を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ラマン光増幅とい
う光ファイバが持つ非線形効果により生じた信号光の波
形変化を解析して、光ファイバの長手方向にわたる光増
幅特性等の分布を評価する方法、および、そのための装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ラマン光増幅による光増幅効果を用いて
信号品質の劣化を抑制し、光信号を長距離伝送するシス
テムが検討されている。特に、WDM(波長多重)シス
テムにこのラマン光増幅効果を適用することが検討され
ている。そのためには、光線路の波長に対するラマン利
得特性を評価することが重要となる。
【0003】ラマン光増幅による利得特性を測定する技
術として、特開平2−238339号公報で開示された
「光ファイバの特性評価方法および装置」が知られてい
る。特開平2−238339号公報が開示した技術を従
来技術と呼ぶ。
【0004】一方、本願出願人は、特願2001−35
7489号として、ラマン光増幅による利得特性を測定
する技術「光ファイバの特性評価方法および装置」を提
案している。特願2001−357489号が提案した
技術を関連技術と呼ぶ。
【0005】図1に、関連技術(特開2001−357
489号)の原理を示し、図2に測定波形の模式図を示
す。
【0006】関連技術では、図1を参照するに、第1光
源1からの光パルスS1を長さLの被測定光ファイバ3
にその一端(第1端末)3−1から入射させ、他端(第
2端末)3−2より第2光源2からのCW光(連続光)
S2を被測定光ファイバ3に入射させ、被測定光ファイ
バ3中を光パルスS1と対向させて伝搬させて、第1光
源1からの光パルスS1と第2光源2からのCW光S2
との間の相互作用によりラマン光増幅を生じさせる。詳
細は後にも述べるが、ラマン光増幅されたCW光は図2
のように、ラマン光増幅により光パワーが増加した部分
である増幅成分と、増幅前の光パワーである直流成分と
に分けられる。ここで、第1端末3−1から第2端末3
−2に向けて被測定光ファイバ3上にz軸座標(0≦z
≦L)をとると、位置zでラマン光増幅を受けたCW光
が、光カプラ5、光波長フィルタ8および光カプラまた
は光スイッチ10を介して検出されるときの光パワーP
cw d(z)は、次の式(1)で表される
【0007】 Pcw d(z) =Pcw(L)exp[−α(λcw)L]・C(λcw)・{1+ER(z)Pp(0)exp[−α (λp)z](vT/2)} 式(1)
【0008】式(1)中、Pp(0)は第1端末3−1
(z=0)での光パルスの光パワー、Pcw(L)は第2端
末3−2(z=L)でのCW光の光パワー、α(λp
は光パルスの波長λpに対する被測定光ファイバ3の損
失係数、α(λcw)はCW光の波長λcwに対する被測定
光ファイバ3の損失係数、C(λcw)は光カプラ5、光
波長フィルタ8および光カプラまたは光スイッチ10の
総合した透過率、ER(z)は被測定光ファイバ3のラマン
利得特性、vは被測定光ファイバ3中での光の速度、T
は光パルスのパルス幅である。
【0009】式(1)中の右辺第1項Pcw(L)exp[−α
(λcw)L]・C(λcw)は、第2光源2からCW光が
入射したときにラマン光増幅なしに、α(λcw)および
C(λcw)による減衰を受けた光パワーを示しており、
すなわちこれが直流成分である。
【0010】また、式(1)中の右辺第2項Pcw(L)exp
[−α(λcw)L]・C(λcw)・ER(z)Pp(0)exp
[−α(λp)z](vT/2)が、ラマン光増幅で生じた
光パワーの増加分であり、すなわち増幅成分を示してい
る。
【0011】したがって、式(1)から、ラマン利得特
性ER(z)は、増幅成分、直流成分、被測定光フ
ァイバ3に入射したCW光S2のパワー、さらに被測
定光ファイバ3の損失分布を測定し、時間的波形変化を
解析することで、求めることができる。
【0012】しかし、式(1)から分かるように、増幅
成分は直流成分に依存するため、ラマン利得特性E
R(z)を測定するには直流成分と増幅成分のそれぞれの
値を知る必要があるが、増幅成分は直流成分に比較して
非常に小さく、これら2つの成分を同時に測定するには
高ダイナミックレンジかつ高分解能な信号処理装置が必
要となるという問題がある。
【0013】この問題を解決するため、関連技術(特開
2001−357489号)では、これら増幅成分と直
流成分を、光カプラ5、光波長フィルタ8および光カプ
ラまたは光スイッチ10を介して、第1光検出器6と第
2光検出器9で分けて検出し、それぞれを信号処理装置
7で信号処理することで、ラマン利得特性ER(z)の測
定精度を向上させている。
【0014】また、図1に示すような装置構成によっ
て、複数の光ファイバを接続したために測定光ファイバ
3の区間毎にファイバ損失が異なり途中に接続点が存在
する場合においても、各光ファイバや接続点の損失は波
長に対して変動するが、2つの光検出器6、9にてその
変動を含めて増幅成分と直流成分を測定することから、
第2光源2の波長に対する各光ファイバおよび接続点毎
での光損失を測定する必要がない。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ラマ
ン利得特性ER(z)は、増幅成分、直流成分、被
測定光ファイバ3に入射した光パルスの光パワー、さら
に被測定光ファイバ3の損失分布を測定し、時間的波
形変化を解析することにより求められる。
【0016】しかし、上記〜という多くの測定項目
があるため、多くの装置を使用する必要がある。このた
め、装置構成が複雑になり、かつ,測定に手間がかかる
という問題がある。さらに、測定の結果からラマン利得
特性ER(z)を算出する上での計算が煩雑になるという
問題もある。
【0017】そこで本発明の目的は、ラマン利得特性が
既に分かっている光ファイバを参照光ファイバとして被
測定光ファイバと接続させることで、上記の測定項目を
削減し、簡易化された光ファイバの特性評価方法および
装置構成を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】第1発明は上記課題を解
決する光ファイバの特性評価方法であり、第1光源から
の光パルスを被測定光ファイバの一端から入射させ、第
2光源からのCW光を前記被測定光ファイバのもう一方
の端から入射させて、前記第1光源からの光パルスと対
向させて伝搬させて、前記第1光源からの光パルスと第
2光源からのCW光との間の相互作用によりラマン光増
幅を生じさせ、光カプラ、光波長フィルタを介して前記
CW光を光検出器に導く光ファイバの特性評価方法にお
いて、ラマン利得特性について既知の光ファイバを参照
光ファイバとして1本または複数本の被測定光ファイバ
と接続させて同時に測定を行い、参照光ファイバのラマ
ン利得特性と被測定光ファイバのラマン利得特性の比率
を求めることにより、被測定光ファイバのラマン利得特
性を算出することを特徴とする。第2発明は、第1発明
において、前記比率を、被測定光ファイバの各位置で測
定した増幅成分および光パルスの波長に対する損失分布
と、参照光ファイバのすくなくとも1つの位置で測定し
た増幅成分および光パルスの波長に対する損失分布とか
ら求めることを特徴とする光ファイバの特性評価方法で
ある。第3発明は、第1発明において、前記比率を、前
記光パルスを入射する一端と前記CW光を入射するもう
一方の端とを入れ替える前に測定した被測定光ファイバ
の各位置での増幅成分および参照光ファイバのすくなく
とも1つの位置での増幅成分と、前記一端と前記もう一
方の端とを入れ替えた後に測定した被測定光ファイバの
各位置での増幅成分および参照光ファイバのすくなくと
も1つの位置での増幅成分とから求めることを特徴とす
る光ファイバの特性評価方法である。
【0019】第4発明は上記課題を解決する光ファイバ
の特性評価装置であり、第1光源、既にラマン利得特性
が分かっている参照光ファイバ、出力する光の波長を変
えることができる第2光源、光カプラ、光波長フィル
タ、光検出器および信号処理装置から構成され、被測定
光ファイバと前記参照光ファイバを接続し、第1光源か
らの光パルスを参照光ファイバまたは被測定光ファイバ
の一端から入射させ、第2光源からのCW光を被測定光
ファイバまたは参照光ファイバのもう一方の端から入射
させ、前記第1光源からの光パルスと対向させて伝搬さ
せて、前記第1光源からの光パルスと前記第2光源から
のCW光との間の相互作用によりラマン光増幅を生じさ
せ、光カプラ、光波長フィルタを介して、CW光の光パ
ワーのうち、ラマン光増幅による成分を検出する光検出
器および信号処理装置を配置したことを特徴とする。第
5発明は、第4発明において、前記光検出器にて、前記
被測定光ファイバの各位置でのCW光の増幅成分および
前記参照光ファイバのすくなくとも1つの位置でのCW
光の増幅成分を測定し、前記信号処理装置にて、前記被
測定光ファイバおよび前記参照光ファイバの前記測定し
た増幅成分と、前記被測定光ファイバの各位置での光パ
ルスの波長に対する損失分布と、前記参照光ファイバの
すくなくとも1つの位置での光パルスの波長に対する損
失分布とから、前記参照光ファイバのラマン利得特性と
前記被測定光ファイバのラマン利得特性の比率を求め、
求めた比率と前記参照光ファイバのラマン利得特性から
前記被測定光ファイバのラマン利得特性を算出すること
を特徴とする光ファイバの特性評価装置である。第6発
明は、第4発明において、前記光検出器にて、前記光パ
ルスを入射する一端と前記CW光を入射するもう一方の
端とを入れ替える前における前記被測定光ファイバの各
位置での増幅成分および前記参照光ファイバのすくなく
とも1つの位置での増幅成分と、前記一端と前記もう一
方の端とを入れ替えた後における前記被測定光ファイバ
の各位置での増幅成分および前記参照光ファイバのすく
なくとも1つの位置での増幅成分とを測定し、前記信号
処理装置にて、前記一端と前記もう一方の端とを入れ替
える前に測定した増幅成分および前記一端と前記もう一
方の端とを入れ替えた後に測定した増幅成分とから、前
記参照光ファイバのラマン利得特性と前記被測定光ファ
イバのラマン利得特性の比率を求め、求めた比率と前記
参照光ファイバのラマン利得特性から前記被測定光ファ
イバのラマン利得特性を算出することを特徴とする光フ
ァイバの特性評価装置である。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
【0021】[装置構成例]図3は、本発明の実施の形
態に係る光ファイバの特性評価装置の構成例を示す。図
3において、1は光パルスS1を出力する第1光源、2
はCW光(連続光)S2を出力する第2光源、3は被測
定光ファイバ、4は参照光ファイバ、5は光カプラ、6
は光検出器、7は信号処理装置、8は光波長フィルタで
ある。
【0022】本発明では、詳細は後述するが基本的な光
ファイバの特性評価方法として、第1光源1からの光パ
ルスS1を被測定光ファイバ3の一端から入射させ、第
2光源2からのCW光S2を被測定光ファイバ3のもう
一方の端から入射させて、第1光源1からの光パルスS
1と対向させて伝搬させて、第1光源1からの光パルス
S1と第2光源2からのCW光S2との間の相互作用に
よりラマン光増幅を生じさせ、光カプラ5、光波長フィ
ルタ8を介してCW光を光検出器6に導く光ファイバの
特性評価方法において、ラマン利得特性について既知の
光ファイバ4を参照光ファイバとして1本または複数本
の被測定光ファイバ3と接続させて同時に測定し、参照
光ファイバ4のラマン利得特性と被測定光ファイバ3の
ラマン利得特性の比率を求めることにより、被測定光フ
ァイバ3のラマン利得特性を算出する。
【0023】また、本発明では、詳細は後述するが基本
的な光ファイバの特性評価装置として、第1光源1、既
にラマン利得特性が分かっている参照光ファイバ4、出
力する光の波長を変えることができる第2光源2、光カ
プラ5、光波長フィルタ8、光検出器6および信号処理
装置7で構成し、被測定光ファイバ3と参照光ファイバ
4を接続し、第1光源1からの光パルスS1を参照光フ
ァイバ4または被測定光ファイバ3の一端から入射さ
せ、第2光源2からのCW光S2を被測定光ファイバ3
または参照光ファイバ4のもう一方の端から入射させ、
第1光源1からの光パルスS1と対向させて伝搬させ
て、第1光源1からの光パルスS1と第2光源2からの
CW光S2との間の相互作用によりラマン光増幅を生じ
させ、光カプラ5、光波長フィルタ8を介して、CW光
の光パワーのうち、ラマン光増幅による成分を検出する
光検出器6および信号処理装置7を配置する。
【0024】[第1実施例]本発明の第1実施例とし
て、図3に示す構成により被測定光ファイバ3のラマン
利得特性を評価する方法および装置を説明する。
【0025】ここで、参照光ファイバ4の長さをl
*(ただし、l*はアルファベット「L」の小文字を表
す)、被測定光ファイバ3の長さをL−l*とし、互い
に接続したものを用いて測定を行う。本実施例では、被
測定光ファイバ3と参照光ファイバ4とが接続されてな
る全体の光ファイバうち、第1光源1から出射された光
パルスS1が参照光ファイバ4に入射する位置を第1端
末3−1と定義し、第2光源2から出射されたCW光
(連続光)S2が被測定光ファイバ3に入射する位置を
第2端末3−2と定義する。また、第1端末3−1から
第2端末3−2に向けてz軸座標と定義する。このよう
な定義の下で、参照光ファイバ4と被測定光ファイバ3
上の任意の位置z(0≦z≦L)での光パルスの光パワ
ーPp(z)は、次の式(2)となる。また、任意の位置
z(0≦z≦L)でのCW光のパワーPcw(z)は、次の
式(3)となる。 Pp(z)=Pp(0)exp[−α(λp)z] 式(2) Pcw(z)=Pcw(L)exp[−α(λcw)(L−z)] 式(3)
【0026】式(2)中、Pp(0)は第1端末3−1
(z=0)での光パルスの光パワー、α(λp)は光パ
ルスの波長λpに対する被測定光ファイバ3の損失係数
でありる。また、式(3)中、Pcw(L)は第2端末3−
2(z=L)でのCW光の光パワー、α(λcw)はCW
光の波長λcwに対する被測定光ファイバ3の損失係数で
ある。
【0027】また、参照光ファイバ4と被測定光ファイ
バ3を合わせた全体の光ファイバでのラマン利得特性を
R(z)=g(λcw,z)/A(z)と定義する。ここで、
g(λcw,z)は位置zにおけるCW光の波長λcwでのラ
マン利得であり、A(z)は位置zにおける光ファイバの
実効断面積である。さらに、光ファイバ中での光の速度
をv=c/n(cは光速、nは参照光ファイバ4と被測
定光ファイバ3のコア屈折率で同一の値とする。)、T
を光パルスのパルス幅と定義する。このような定義の下
で、位置zではラマン増幅によって、CW光は次の式
(4)で与えられるG(z)で増幅される。 G(z)=exp[ER(z)Pp(z)(vT/2)] 式(4)
【0028】ER(z)Pp(z)(vT/2)が小さな領域で
は、式(4)は次の式(5)と近似することができる。
この条件は通常成立する。 G(z)≒1+ER(z)Pp(z)(vT/2) 式(5)
【0029】したがって、位置zでは、ラマン光増幅に
よってCW光の光パワーはG(z)P cw(z)となる。さら
に、ラマン光増幅によって増幅したCW光は光検出器6
に到達するまでに、光ファイバの光損失exp[−α
(λcw)z]で減衰し、また、参照光ファイバ4と被測定
光ファイバ3との接続点、光カプラ5および光波長フィ
ルタ8を合わせた透過率C(λcw)によって減衰する。
光検出器6の前段に配置された光波長フィルタ8は、第
1光源1からの光パルスにより発生する後方レーリー散
乱光を除去し、ラマン光増幅による効果のみを取り出す
役目を果たす。
【0030】これらの減衰(exp[−α(λcw)z]および
C(λcw))を考慮して、式(2)、式(3)および式
(5)より、光検出器6にて受光される光パワーP
cw d(z)は、次の式(6)となる。 Pcw d(z) =G(z)Pcw(z)exp[−α(λcw)z]・C(λcw) =Pcw(L)exp[−α(λcw)L]・C(λcw)・{1+ER(z)Pp(0)exp[−α (λp)z](vT/2)} 式(6)
【0031】式(6)中の右辺第1項は、第2光源2か
らCW光が入射したときにラマン光増幅なしに、α(λ
cw)およびC(λcw)による減衰を受けた光パワーを示
しており、すなわちこれが直流成分であり、式の簡略化
のために直流成分をPcont dと定義すると、次の式
(7)となる。また、式(6)中の右辺第2項がラマン
光増幅で生じた光パワーの増加分であり、すなわち増幅
成分を示しており、これも同様にPamp d(z)と定義する
と、次の式(8)となる。これより、増幅成分P
am p d(z)は直流成分Pcont dの大きさに依存することが
分かる。 Pcont d =Pcw(L)exp[−α(λcw)L]・C(λcw) 式(7) Pamp d(z) =Pcw(L)exp[−α(λcw)L]・C(λcw)・ER(z)Pp(0)exp[−α(λp )z](vT/2) =Pcont dR(z)Pp(0)exp[−α(λp)z](vT/2) 式(8)
【0032】ここで、全体のラマン利得特性ER(z)
(0≦z≦L)のうち、参照光ファイバ4の既知のラマ
ン利得特性、すなわち0≦z≦1*の範囲におけるラマ
ン利得特性をER(zref)と定義し、被測定光ファイバ3
の未知のラマン利得特性、すなわち1*≦z≦Lの範囲
におけるラマン利得特性をER(zm)と定義すると、式
(8)は次の2つの式(9)、式(10)に分けることが
できる。zrefは0から1*の任意の位置、zmは1*から
Lの任意の位置である。 Pamp d(zref) =Pcont dR(zref)Pp(0)exp[−α(λp)zref](vT/2) (ただし、0≦zref≦1*) 式(9) Pamp d(zm) =Pcont dR(zm)Pp(0)exp[−α(λp)zm](vT/2) (ただし、1*≦zm≦L) 式(10)
【0033】式(9)を式(10)で除算すると、次の式
(11)を得る。 ER(zref)/ER(zm) ={Pamp d(zref)exp[α(λp)zref]}/ {Pamp d(zm)exp[α(λp)zm]} 式(11)
【0034】式(11)の右辺で、分子は参照光ファイバ
4について検出されたCW光の増幅成分Pamp d(zref
と光パルスの波長λpに対する損失分布exp[−α(λp
ref]の逆数との積を示しており、分母は被測定光ファ
イバ3について検出されたCW光の増幅成分P
amp d(zm)と光パルスの波長λpに対する損失分布exp[−
α(λp)zm]の逆数との積を示している。
【0035】すなわち、参照光ファイバ4と被測定光フ
ァイバ3のラマン利得特性の比率E R(zref)/ER(zm
は、参照光ファイバ4と被測定光ファイバ3のそれぞれ
についてCW光の増幅成分および光パルスの波長に対す
る損失分布の測定結果(Pam p d(zref)、Pamp d(zm)、
exp[−α(λp)zref]、exp[−α(λp)zm])より
求でることができる。
【0036】比率ER(zref)/ER(zm)をRとすれば、
例えば、R={Pamp d(zref)exp[α(λp)zref]}
/{Pamp d(zm)exp[α(λp)zm]}である。そし
て、参照光ファイバ4のラマン利得特性ER(zref)は既
知であるので、したがって、得られたラマン利得特性の
比率Rより、被測定光ファイバ3のラマン利得特性E
R(zm)は、一般にER(zref)/Rの演算で求めることが
できる。次の式(12a)〜式(12d)に、ER(zm)=E
R(zref)/Rと等価な演算式の例を示す。 ER(zm) =ER(zref){Pamp d(zm)exp[α(λp)zm]}/{Pamp d(zref)exp[α(λ p )zref]} 式(12a) =ER(zref){Pamp d(zm)/Pamp d(zref)}・ {exp[α(λp)zm]/exp[α(λp)zref]} 式(12b) =ER(zref){Pamp d(zm)exp[−α(λp)zref]}/{Pamp d(zref)exp[− α(λp)zref]} 式(12c) =ER(zref){Pamp d(zm)/Pamp d(zref)}・ {exp[−α(λp)zref]/exp[−α(λp)zm]} 式(12d)
【0037】式(11)は、0から1*の任意の位置z
ref、および、1*からLの任意の位置zmにおいて成立
する。したがって、ER(zm)=ER(zref)/Rや式(12
a)〜式(12d)で被測定光ファイバ3のラマン利得特
性ER(zm)を求めるには、被測定光ファイバ3について
は、1*からLの範囲の各位置zmでのPamp d(zm)と、
光パルスの波長に対する損失分布exp[−α(λp)zm
を知る必要があるが、参照光ファイバ4については、任
意の1つの位置におけるラマン利得特性ER(zr ef)と、
CW光の増幅成分Pamp d(zref)と、光パルスの波長に
対する損失分布exp[−α(λp)zref]が判れば良い。
【0038】参照光ファイバ4の増幅成分P
amp d(zref)および被測定光ファイバ3の増幅成分Pamp
d(zm)は、光検出器6にて検出する。つまり、参照光フ
ァイバ4および被測定光ファイバ3の直流成分は測定せ
ず、増幅成分Pamp d(zref)とPamp d(zm)のみ測定すれ
ば良い。
【0039】そのため、高ダイナミックレンジを持つ光
検出器は必要なく、関連技術(特願平2001−357
489号)に述べられているような第2検出器9を用い
ることもなく、ラマン利得特性ER(zm)が測定可能であ
る。
【0040】さらに、第1光源1からの光パルスS1の
光パワーPp(0) を測定する必要がなく、光パルスの波
長λpに対する損失分布exp[−α(λp)z]を測定すれ
ば良い。
【0041】参照光ファイバ4と被測定光ファイバ3の
ラマン利得特性の比率Rの算出および比率Rから被測定
光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)=ER(zref)/
Rの算出、あるいは式(12a)〜式(12d)による被測
定光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)の算出は、信
号処理装置7にて行われる。その際、被測定光ファイバ
3については、1*からLの範囲の各位置zmでのPamp d
(zm)と、光パルスの波長に対する損失分布exp[−α
(λp)zm]を測定する必要がある。参照光ファイバ4
については、少なくとも任意の1つの位置におけるラマ
ン利得特性ER(zr ef)と、CW光の増幅成分Pamp d(z
ref)と、光パルスの波長に対する損失分布exp[−α
(λp)zref]が判れば良い。なお、信号処理装置7は
算出結果や測定結果等の表示も行うようにしている。
【0042】損失分布exp[−α(λp)z]の測定方法
としては、公知の技術を用いることができる。例えば、
従来技術(特開平2−238339号公報)のように、
第1端末3−1と第2端末3−2を入れ替えてそれぞれ
ラマン光増幅波形を得る両方向測定によって、損失分布
exp[−α(λp)z]を簡単に求めることができる。あ
るいは、第1光源1と同じ波長のパルス光源を持つOT
DR(Optical time Domain Reflectmeter)と呼ばれる
光パルス試験器を用いて、損失分布exp[−α(λp
z]を測定しても良い。
【0043】なお、参照光ファイバ4に複数の被測定光
ファイバ3を接続し、長手方向にわたって光ファイバの
損失が分布するような場合においても、同様に、上記原
理で被測定光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)を簡
単に測定することができる。
【0044】また、本実施例では参照光ファイバ4は光
パルスS1が入射する第1端末3−1に位置させている
が、被測定光ファイバ3との接続における参照光ファイ
バ4の位置に関係なく式(11)は成立し、同様に測定可
能である。
【0045】さらに、波長に対するラマン利得特性を測
定する場合においても、式(11)で示す関係が成立し、
第2光源2のCW光S2の波長λcwを変化させるだけ
で、同様に被測定光ファイバ3の波長に対するラマン利
得特性ER(zm)を簡単に測定可能である。
【0046】[第2実施例」次に、本発明の第2実施例
として、図3に示す構成により被測定光ファイバ3のラ
マン利得特性を評価する別の方法および装置を説明す
る。本実施例では、後述するように、被測定光ファイバ
3および参照光ファイバ4ともに、光パルスの波長に対
する損失分布exp[−α(λp)zm]、損失分布exp[−α
(λp)zref]の測定は不要である。
【0047】本実施例の測定方法は、先ず第1端末3−
1において第1光源1からの光パルスS1を入射させ、
第2端末3−2において第2光源2からのCW(連続)
光S2を入射させて光検出器6にて測定した波形と、次
に第1端末3−1と第2端末3−2を入れ替えて、第2
端末3−2において第1光源1からの光パルスS1を入
射させ、第1端末3−1において第2光源2からのCW
(連続)光S2を入射させて光検出器6にて測定した波
形との両者を比較することにより、被測定光ファイバ3
のラマン利得特性を求めるという測定方法である。
【0048】第1実施例と同様、第1端末3−1から第
1光源1の光パルスS1を入射させ、第2端末3−2か
ら第2光源2のCW(連続)光S2を入射させ、ラマン
光増幅によって増幅されたCW光の光パワーを、光カプ
ラ5および光波長フィルタ8を介して、光検出器6で検
出して得られる増幅成分Pamp d(z)は、前述した式
(8)となる。 Pamp d(z) =Pcont dR(z)Pp(0)exp[−α(λp)z](vT/2) 式(8)
【0049】次に、第1端末3−1と第2端末3−2を
入れ替えて同様の測定を行うと、得られる増幅成分P
amp d(z)'、つまり、第2端末3−2から第1光源1の光
パルスS1を入射させ、第1端末3−1から第2光源2
のCW(連続)光S2を入射させ、ラマン光増幅によっ
て増幅されたCW光の光パワーを同様に光検出器6で検
出して得られる増幅成分Pamp d(z)'は、次の式(13a)
となる。式(13a)は、zをL−zと入れ替えること
で、次の式(13b)となる Pamp d(z)' =Pcont dR(L-z)Pp(0)exp[−α(λp)z](vT/2) 式(13a) Pamp d(L-z)' =Pcont dR(z)Pp(0)exp[−α(λp)(L-z)](vT/2) 式(13b)
【0050】そして、式(8)と式(13b)より、左辺
どうし、右辺どうしを掛け合わせてることで、次の式(1
4)を得る。 Pamp d(z)Pamp d(L-z)' ={Pcont dR(z)Pp(0)(vT/2)}2exp[−α(λp)L] 式(14)
【0051】この式(14)について、第1実施例と同様
に参照光ファイバ4、すなわち0≦z≦1*の範囲にお
けるラマン利得特性をER(zref)と定義し、被測定光フ
ァイバ3の未知のラマン利得特性、すなわち1*≦z≦
Lの範囲におけるラマン利得特性をER(zm)と定義する
と、式(14)は次の2つの式(15)、式(16)に分ける
ことができる。zrefは0から1*の任意の位置、zm
*からLの任意の位置である。 Pamp d(zref)Pamp d(L-zref)' ={Pcont dR(zref)Pp(0)(vT/2)}2exp[−α(λp)L] (ただし、0≦zref≦1*) 式(15) Pamp d(zm)Pamp d(L-zm)' ={Pcont dR(zm)Pp(0)(vT/2)}2exp[−α(λp)L] (ただし、1*≦zm≦L) 式(16)
【0052】式(15)を式(16)で除算すると、次の式
(17)の関係が得られる。 {ER(zref)/ER(zm)}2 ={Pamp d(zref)Pamp d(L-zref)'}/ {Pamp d(zm)Pamp d(L-zm)'} 式(17)
【0053】第1端末3−1と第2端末3−2を入れ替
える前の位置zと、入れ替えた後の位置L−zは、各光
ファイバの同じ部分を示している。そこで、式(17)の
右辺は、参照光ファイバ4について両方向から測定した
任意の同一位置での増幅成分どうしを掛け合わせた時の
値と、被測定光ファイバ3について両方向から測定した
任意の同一位置での増幅成分どうしを掛け合わせた時の
値との比であり、この比が参照光ファイバ4のラマン利
得特性をER(zref)と、被測定光ファイバ3のラマン利
得特性ER(zm)との比の自乗となることを示している。
式(17)の増幅成分Pamp d(zref)、Pamp d(L-zref)'、
amp d(zm)およびPamp d(L-zm)'は光検出器6にて測定
される。
【0054】したがって、参照光ファイバ4と被測定光
ファイバ3のラマン利得特性の比率ER(zref)/E
R(zm)は、参照光ファイバ4と被測定光ファイバ3のそ
れぞれについてCW光の増幅成分の測定結果(Pamp d(z
ref)、Pamp d(L-zref)'、Pamp d(zm)、Pamp d(L-
zm)')より求めることができる。
【0055】比率ER(zref)/ER(zm)をRとすれば、
例えば、R={Pamp d(zref)Pamp d(L-zref)'}1/2
{Pamp d(zm)Pamp d(L-zm)'}1/2である。そして、参
照光ファイバ4のラマン利得特性ER(zref)は既知であ
るので、第1実施例と同様、得られたラマン利得特性の
比率Rより、被測定光ファイバ3のラマン利得特性E
R(zm)は、一般にER(zref)/Rの演算で求めることが
できる。次の式(18)に、ER(zm)=ER(zref)/Rと
等価な演算式の例を示す。 ER(zm) =ER(zref){Pamp d(zm)Pamp d(L-zm)'}1/2/{Pamp d(zref)Pamp d(L-zre f )'}1/2 式(18)
【0056】式(17)は、0から1*の任意の位置z
ref、および、1*からLの任意の位置zmにおいて成立
する。したがって、ER(zm)=ER(zref)/Rや式(1
8)で被測定光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)を
求めるには、被測定光ファイバ3については、1*から
Lの範囲の各位置zmでのCW光の増幅成分Pamp d(zm
およびPamp d(L-zm)'を知る必要があるが、参照光ファ
イバ4については、任意の1つの位置におけるラマン利
得特性ER(zref)と、CW光の増幅成分Pamp d(z ref
およびPamp d(L-zref)'が判れば良い。
【0057】本実施例では、式(17)から見ても分かる
ように、光パルスはもとより、直流成分の光パワーを測
定する必要がなく、簡単に被測定光ファイバ3のラマン
利得特性を測定することが可能である。さらに、本実施
例では、測定結果からラマン利得特性を算出する過程に
おいて、第1実施例で求めていた光パルスの波長λp
おける損失分布exp[−α(λp)z]を測定する必要が
なく、利得の算出が容易にできるという利点がある。
【0058】参照光ファイバ4と被測定光ファイバ3の
ラマン利得特性の比率Rの算出および比率Rから被測定
光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)=ER(zref)/
Rの算出、あるいは式(18)による被測定光ファイバ3
のラマン利得特性ER(zm)の算出は、信号処理装置7に
て行われる。その際、被測定光ファイバ3については、
*からLの範囲の各位置zmでのCW光の増幅成分P
amp d(zm)およびPamp d(L-zm)'を測定する必要がある。
参照光ファイバ4については、少なくとも任意の1つの
位置におけるラマン利得特性ER(zref)と、CW光の増
幅成分Pamp d(zre f)およびPamp d(L-zref)'とが判れば
良い。
【0059】なお本実施例でも、第1実施例と同様、参
照光ファイバ4に複数の被測定光ファイバ3を接続する
場合、被測定光ファイバ3に対する参照光ファイバ4の
位置を変えた場合、さらに、第2光源2の波長λcwを変
化させて波長に対するラマン利得特性を測定する場合、
いずれについても式(17)の関係が成立し、同様に上記
原理で被測定光ファイバ3のラマン利得特性ER(zm)を
簡単に測定することができる。
【0060】
【発明の効果】以上の説明したように、本発明では、ラ
マン利得特性(ラマン光増幅の特性分布)の評価におい
て、ラマン利得特性が既知の参照光ファイバを被測定光
ファイバと接続し、同時に測定することによって、参照
光ファイバの既知のラマン利得特性と被測定光ファイバ
のラマン利得特性との比率を求めることにより、被測定
光ファイバのラマン利得特性を算出する。このような本
発明の光ファイバの特性評価方法および装置を用いるこ
とで、ラマン利得特性を算出する上で従来技術では必要
な測定項目であった第1光源からの光パルスのパワーの
測定および検出されるCW光の直流成分の測定が不要と
なった。したがって、ラマン利得特性を簡単に求めるこ
とが可能であり、測定方法および測定装置を大幅に簡素
化でき、短時間で光ファイバのラマン利得特性の分布を
測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】関連技術(特開2001−357489号)の
測定装置の構成を示す図。
【図2】同関連技術における測定波形例を模式的に示す
図。
【図3】本発明の実施の形態における装置構成を示す
図。
【符号の説明】
1 第1光源 2 第2光源 3 被測定光ファイバ 3−1 第1端末 3−2 第2端末 4 参照光ファイバ 5 光カプラ 6 光検出器 7 信号処理装置 8 光波長フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀口 常雄 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2G086 BB01 BB04 KK01 KK07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1光源からの光パルスを被測定光ファ
    イバの一端から入射させ、第2光源からのCW光(連続
    光)を前記被測定光ファイバのもう一方の端から入射さ
    せて、前記第1光源からの光パルスと対向させて伝搬さ
    せて、前記第1光源からの光パルスと第2光源からのC
    W光との間の相互作用によりラマン光増幅を生じさせ、
    光カプラ、光波長フィルタを介して前記CW光を光検出
    器に導く光ファイバの特性評価方法において、ラマン利
    得特性について既知の光ファイバを参照光ファイバとし
    て1本または複数本の被測定光ファイバと接続させて同
    時に測定を行い、参照光ファイバのラマン利得特性と被
    測定光ファイバのラマン利得特性の比率を求めることに
    より、被測定光ファイバのラマン利得特性を算出するこ
    とを特徴とする光ファイバの特性評価方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記比率を、被測定
    光ファイバの各位置で測定した増幅成分および光パルス
    の波長に対する損失分布と、参照光ファイバのすくなく
    とも1つの位置で測定した増幅成分および光パルスの波
    長に対する損失分布とから求めることを特徴とする光フ
    ァイバの特性評価方法。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記比率を、前記光
    パルスを入射する一端と前記CW光を入射するもう一方
    の端とを入れ替える前に測定した被測定光ファイバの各
    位置での増幅成分および参照光ファイバのすくなくとも
    1つの位置での増幅成分と、前記一端と前記もう一方の
    端とを入れ替えた後に測定した被測定光ファイバの各位
    置での増幅成分および参照光ファイバのすくなくとも1
    つの位置での増幅成分とから求めることを特徴とする光
    ファイバの特性評価方法。
  4. 【請求項4】 第1光源、既にラマン利得特性が分かっ
    ている参照光ファイバ、出力する光の波長を変えること
    ができる第2光源、光カプラ、光波長フィルタ、光検出
    器および信号処理装置から構成され、被測定光ファイバ
    と前記参照光ファイバを接続し、第1光源からの光パル
    スを参照光ファイバまたは被測定光ファイバの一端から
    入射させ、第2光源からのCW光(連続光)を被測定光
    ファイバまたは参照光ファイバのもう一方の端から入射
    させ、前記第1光源からの光パルスと対向させて伝搬さ
    せて、前記第1光源からの光パルスと前記第2光源から
    のCW光との間の相互作用によりラマン光増幅を生じさ
    せ、光カプラ、光波長フィルタを介して、CW光の光パ
    ワーのうち、ラマン光増幅による成分を検出する光検出
    器および信号処理装置を配置したことを特徴とする光フ
    ァイバの特性評価装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、前記光検出器にて、
    前記被測定光ファイバの各位置でのCW光の増幅成分お
    よび前記参照光ファイバのすくなくとも1つの位置での
    CW光の増幅成分を測定し、前記信号処理装置にて、前
    記被測定光ファイバおよび前記参照光ファイバの前記測
    定した増幅成分と、前記被測定光ファイバの各位置での
    光パルスの波長に対する損失分布と、前記参照光ファイ
    バのすくなくとも1つの位置での光パルスの波長に対す
    る損失分布とから、前記参照光ファイバのラマン利得特
    性と前記被測定光ファイバのラマン利得特性の比率を求
    め、求めた比率と前記参照光ファイバのラマン利得特性
    から前記被測定光ファイバのラマン利得特性を算出する
    ことを特徴とする光ファイバの特性評価装置。
  6. 【請求項6】 請求項4において、前記光検出器にて、
    前記光パルスを入射する一端と前記CW光を入射するも
    う一方の端とを入れ替える前における前記被測定光ファ
    イバの各位置での増幅成分および前記参照光ファイバの
    すくなくとも1つの位置での増幅成分と、前記一端と前
    記もう一方の端とを入れ替えた後における前記被測定光
    ファイバの各位置での増幅成分および前記参照光ファイ
    バのすくなくとも1つの位置での増幅成分とを測定し、
    前記信号処理装置にて、前記一端と前記もう一方の端と
    を入れ替える前に測定した増幅成分および前記一端と前
    記もう一方の端とを入れ替えた後に測定した増幅成分と
    から、前記参照光ファイバのラマン利得特性と前記被測
    定光ファイバのラマン利得特性の比率を求め、求めた比
    率と前記参照光ファイバのラマン利得特性から前記被測
    定光ファイバのラマン利得特性を算出することを特徴と
    する光ファイバの特性評価装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023160674A1 (en) * 2022-02-25 2023-08-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Systems and methods for characterizing an optical fiber in a dense wavelength division multiplexing optical link

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WO2023160674A1 (en) * 2022-02-25 2023-08-31 Huawei Technologies Co., Ltd. Systems and methods for characterizing an optical fiber in a dense wavelength division multiplexing optical link

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