JP2005283544A - 偏波分散測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光速伝送システムの伝送特性に重要な影響を与えるシングルモード光ファイバおよび各種光デバイスの偏波分散を安価に簡単に測定できる方法を提供すること。
【解決手段】 上記の目的を達成するために本発明に係わる偏波分散測定方法は光源部のコヒーレンス長を伝送路に許容される偏波分散から規定し被測定光伝送路の出力光の偏光度を測定することによって偏波分散を測定すると同時に所望の伝送ビットレートの伝送システムへの適用可能性を判定できる方法を採用した。
【選択図】 図１
【解決手段】 上記の目的を達成するために本発明に係わる偏波分散測定方法は光源部のコヒーレンス長を伝送路に許容される偏波分散から規定し被測定光伝送路の出力光の偏光度を測定することによって偏波分散を測定すると同時に所望の伝送ビットレートの伝送システムへの適用可能性を判定できる方法を採用した。
【選択図】 図１
Description
本発明は偏波分散測定方法に関するものである。さらに詳述すれば本発明は高速光通信システムの伝送特性に重要な影響を与えるシングルモード光ファイバおよび光ケーブルの偏波分散を簡易に測定出来る偏波分散測定方法に関するものである。
現在幹線系の光通信伝送システムの伝送速度は１０Ｇｂ／ｓが主流になっているがインターネットの急速な普及による今後のトラフィックの増大に対応するため４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送システムも実用化が検討されている。このような高速光伝送システムにおいては伝送距離が増大するにつれて伝送路であるシングルモード光ファイバ（以下ＳＭＦと略す）のコアのわずかな非円によって発生する偏波分散（ＰＭＤ）がビットエラーレートの劣化をもたらすことが問題になっている。ＳＭＦの場合には偏波分散は伝送路の温度変化による光ファイバの歪などによってランダムに変動するのでその補償は大きな課題になっている。非特許文献１に偏波分散補償方法のレビューと比較が示されている。現在のところ安価な偏波分散補償器は実用化されていない。
およそ１９９２年から１９９８年の期間に製造敷設された光ケーブルに偏波分散の大きな光ファイバが多数使用されていることが最近になってわかってきた。また世界中には未使用の光ファイバ（ダークファイバと呼ばれる）が多数存在する。今後システムの高速化に伴いこれらのダークファイバを使用する必要があるが伝送システムに偏波分散補償器が必要かどうかをあらかじめ測定する必要が生じている。
偏波分散の測定法は非特許文献２に詳述されているように周波数領域と時間領域の２種類ある。ＳＭＦの場合には時間領域の測定法である干渉法が主に使われている。２０００年４月のＩＴＵ―ＴＳＧ１５において偏光解析法の１種であるＪｏｎｅｓ行列法とポアンカレ−球法が基準測定法に認定されている。これらは主として光部品の偏波分散の測定に用いられている。一方干渉法は代替基準測定法として規定されている。
干渉法においては広帯域な光源が用いられ光源のスペクトルの平均的な偏波分散しか測定できないという問題点がある。また受光部で直交偏波モードを分離しそれらの光路長を精密に制御する必要があり可動部を含む。また受光部の構造が複雑でその価格はおよそ５００万円と高価である。
Ｈｅｎｒｉｋ Ｓｕｎｎｅｒｕｄ ｅｔａｌ，"Ｏｕｔａｇｅ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ＰＭＤ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ"，Ｐｒｏｃ．２７ｔｈ ＥＣＯＣ（ＥＣＯＣ’ ０１），Ｔｕ．Ａ．３．１，Ｓｅｐｔ．３０−Ｏｃｔ．４，２００１，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ．
波平編、"DWDM光測定技術"，第８章、（株）オプトロニクス社、平成１３年３月１０日発行。
本特許は上記の問題点を解決するためＳＭＦ光ケーブルの偏波分散を測定し目標の伝送ビットレートを実現する際の偏波分散補償器の必要の可否を判定できる安価な偏波分散測定法を提供するものである。
上記の目的を達成するために本発明に係わる偏波分散測定方法は光源部のコヒーレンス長を伝送路に許容される偏波分散から規定し被測定光伝送路の出力光の偏光度を測定することによって偏波分散を測定すると同時に所望の伝送ビットレートの伝送システムへの適用可能性を判定できる方法を採用した。
以上説明したように本発明の偏波分散測定方法によれば送受光部に複雑な装置を使う必要がないため光伝送路の偏波分散を測定し所望の伝送ビットレートを実現するために特別な偏波補償器が必要かどうかを確実に判定できる安価な測定器を提供できる。
図１によって本発明の偏波分散測定方法の一つの実施例を説明する。中心波長が１５５０ｎｍのＳＬＤ１から出た光を光フィルタ２で切り出す。フィルタの通過帯域幅は１００GHｚ（０．８ｎｍ）とした。フィルタ２の出力を偏光制御器３を介して被測定光ファイバ４に入射する。 偏光制御器３は図２に示すように偏光子９と偏光子を通過した直線偏光の方位を電気的に回転さ２分の１波長板から構成される。被測定光ファイバ４は波長１５５０ｎｍにおけるビート長が２．５ｍｍのパンダ型偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ）を用いた。４の出力光は偏光スクランブラ５、偏光子６を介して光パワーメータ７で受光され演算部８で偏光度を計算する。
偏光スクランブラ５はシリンダ形状のＰＺＴに光ファイバを巻きつけて電圧を印加し伸縮を与え直交偏光モードの位相差を変調するタイプを使った。偏光スクランブラは入射光をＰＢＳで分離し片側のパスの光の位相を変調し再び合成するタイプや波長板をシリーズに設けて回転させるタイプも考えられる。
測定原理を以下に説明する。被測定ファイバには方位が時間的に一定で回転する直線偏光が入射される。今入射偏光方位が被測定ファイバ４の固有偏光軸に入射された場合には偏波保持特性が十分な場合には出力光は直線偏光となり被測定ファイバのＰＭＤの大きさにかかわらず出力光の偏光度は１となる。また入射偏光方位が被測定ファイバ４の固有偏光軸に対し４５度方位で入射された場合には２つの固有偏光モードが等しいパワーで入射されるのでこれらが伝播するにつれて被測定ファイバのＰＭＤの大きさに対応して不偏光成分が発生する。また光ファイバの出力の偏光状態は光ファイバの長さに依存して変化する。
被測定ファイバ４の出力を偏波スクランブラ５を通すことによって偏光子６の入射光の偏光状態はスクランブルされる。６への入射光が偏光子６の方位と等しい直線偏光の場合に６を通過する成分は最大値Ｐｍａｘとなる。Ｐｍａｘは以下のようにあらわされる。
ここでＰｐ, Ｐｕはそれぞれ偏光成分、不偏光成分である。
また６への入射光が偏光子６の方位と直交する直線偏光の場合に６を通過する成分は最小値Ｐｍｉｎとなる。Ｐｍｉｎは以下のようにあらわされる。
また６への入射光が偏光子６の方位と直交する直線偏光の場合に６を通過する成分は最小値Ｐｍｉｎとなる。Ｐｍｉｎは以下のようにあらわされる。
ここで以下の計算式で偏光度Dを計算する。
明らかに数式３のDは全パワーのうちの偏光成分の比率すなわち偏光度をあらわすことがわかる。
以上により入射側で偏光回転装置を連続で駆動し偏光度を測定すると図３のような結果が得られた。
以上により入射側で偏光回転装置を連続で駆動し偏光度を測定すると図３のような結果が得られた。
図３では偏光度の最低値が０．０１と求められている。今本実施例に使用したＰＭＦは前述したように波長１５５０ｎｍでビート長が２．５ｍｍである。従って長さ５ｍでは直交偏光モード間に以下の計算式で求められるようにおよそ３ｍｍの行路差が生じる。
一方フィルタの通過帯域幅は０．８ｎｍに設定してあるのでコヒーレンス長は以下の計算式で３ｍｍと計算される。
屈折率およそ１．５の光ファイバ中を伝播する光の伝播時間は１ｍｍあたりおよそ５ｐｓであるので実験に使ったＰＭＦのＰＭＤは１５ｐｓである。
この結果を考察すると被測定光ファイバのPMDに媒質中の光速を掛けた値が光源のコヒーレンス長に等しい場合に媒質の直交偏光モードが等しいパワーで励振された時に出力光の偏光度は失われおよそ０．０１となることが実験的に確認された。 被測定光ファイバのＰＭＤが１．５ｐｓの場合にはフィルタの帯域幅を８ｎｍに設定すると励振条件によって偏光度が０．０１程度となる。
今図１の測定系でフィルタの帯域幅を１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）に固定しPMファイバを５ｍから順じ短く切断していき同様に偏光度を測定すると被測定ファイバのＰＭＤと偏光度の関係が図４のように実験的に得られる。この操作によって入力部の偏光制御部、受光部の偏光スクランブラの残留ＰＭＤの影響を取り除くことができる。
今図１の測定系でフィルタの帯域幅を１００ＧＨｚ（０．８ｎｍ）に固定しPMファイバを５ｍから順じ短く切断していき同様に偏光度を測定すると被測定ファイバのＰＭＤと偏光度の関係が図４のように実験的に得られる。この操作によって入力部の偏光制御部、受光部の偏光スクランブラの残留ＰＭＤの影響を取り除くことができる。
次に被測定ファイバがＳＭＦの場合を考える。十分長いＳＭＦにはＰＳＰ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）という直交偏光モードが存在することが非特許文献３に示されている。ＰＳＰはあたかもＰＭＦの固有偏光モードのように考えることができいわゆるＦａｓｔモード、Ｓｌｏｗモードとなる。
ただしCは光速、ｎは媒質の屈折率である。
τが１．５ｐｓの場合にはΔλは数式６によっておよそ８ｎｍと計算される。
このように設定し図１の測定系で被測定光ファイバの出力光の偏光度を数式１、数式２、数式３より求める。この場合偏光度が０．０１以上であれば伝送路の偏波分散は１．５ｐｓ以下であることがわかる。測定の結果偏光度は０．５と測定され被測定光ファイバの偏波分散は１．５ｐｓよりはるかに小さい値であることがわかった。
τが１．５ｐｓの場合にはΔλは数式６によっておよそ８ｎｍと計算される。
このように設定し図１の測定系で被測定光ファイバの出力光の偏光度を数式１、数式２、数式３より求める。この場合偏光度が０．０１以上であれば伝送路の偏波分散は１．５ｐｓ以下であることがわかる。測定の結果偏光度は０．５と測定され被測定光ファイバの偏波分散は１．５ｐｓよりはるかに小さい値であることがわかった。
ここではフィルタは誘電体多層膜フィルタを用いた。フィールドでは伝送路に許容されるＰＭＤはまちまちなのでセンター波長と通過帯域幅が可変できるタイプが望ましい。グレーティングを使った波長可変フィルタは波長幅がおよそ３０ｎｍまで拡大できる。このようなフィルタを用いることによってＰＭＤの波長特性を求めることができる。
Ｋ．Ｏｇａｋｉ，Ｍ．Ｎａｋａｄａ，Ｙ．Ｎａｇａｎｏ，"Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ａｅｒｉａｌ ａｎｄ Ｂｕｒｉｅｄ Ｃａｂｌｅｓ"，ＫＤＤＩ，ＯＦＣ２００３，ＭＦ１３，Ｍａｒｃｈ２３−２８，２００３，Ａｔｌａｎｔａ，ＵＳＡ． 今中継区間の偏波分散の許容値をτとする。この場合フィルタの帯域幅Δλを次式で設定する。
１ 広帯域光源（ＳＬＤ）
２ バンドパスフィルタ
３ 直線偏光回転光学系
４ 被測定光ファイバ
５ 偏光スクランブラ
６ 偏光子
７ 受光器
８ 演算部
９ 偏光子
１０ ２分の１波長板
２ バンドパスフィルタ
３ 直線偏光回転光学系
４ 被測定光ファイバ
５ 偏光スクランブラ
６ 偏光子
７ 受光器
８ 演算部
９ 偏光子
１０ ２分の１波長板
Claims (2)
- 光伝送路の伝送ビットレートから許容される偏波分散から数学的関係式によって決定されるコヒーレンス長を有する光源部から偏光状態を制御して被測定光伝送路に光を入射し該光伝送路の出力光の偏光度を求めることによって被測定光伝送路を偏波分散を測定する方法。
- 請求項１の偏波分散測定方法において光源部にＡＳＥ光源またはＳＬＤとコヒーレンス長を制御するための透過帯域幅が制御されたフィルタと直線偏光を回転できる偏光制御器を用い受光部に偏波スクランブラと偏光素子を用いることを特徴とする偏波分散測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004102244A JP2005283544A (ja) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | 偏波分散測定方法 |
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| JP2005283544A true JP2005283544A (ja) | 2005-10-13 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104180973A (zh) * | 2014-09-09 | 2014-12-03 | 中国科学院国家天文台 | 一种实现太阳磁场望远镜透过轮廓的在轨调试系统及方法 |
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2004
- 2004-03-31 JP JP2004102244A patent/JP2005283544A/ja active Pending
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| CN104180973B (zh) * | 2014-09-09 | 2016-10-05 | 中国科学院国家天文台 | 一种实现太阳磁场望远镜透过轮廓的在轨调试系统及方法 |
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