JP2007198998A - 非線形定数測定方法、及びスペクトラム強度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形定数の測定を簡便かつ効率良く行うことが可能な非線形定数測定法を提供することを目的とする。
【解決手段】ポンプレーザ２から出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザ４から出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光ファイバ２０に入力する入力する処理と、被測定光ファイバ２０を通過した信号のうち、ポンプ光による相互位相変調により位相変調されたプローブ光と、局発レーザ３０から出力された後にプローブ光と偏光状態を同一とするために偏光状態を調整した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する処理と、測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とにより式１４に従ってプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて式３に従って非線形定数を決定する処理とを実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ等の光学部品の非線形定数を測定するための非線形定数測定方法、及び光ファイバ等の光学部品の非線形定数の決定に用いられるスペクトラム強度を測定するためのスペクトラム強度測定装置に関する。

近年の光ファイバ通信の発展は目ざましく、その伝送速度、伝送容量は益々増大している。現在用いられている光ファイバ通信においては、強度変調された光信号が光ファイバを伝搬するが、光ファイバの損失によって光信号の光信号強度が減衰していく。従って、光ファイバ通信では、通信経路に光増幅中継器を設置し、減衰した光信号を光増幅中継器により増幅させることで回復させながら光ファイバを伝搬するようにしている。

上述したように、従来の光ファイバ伝送では、基本的にアナログ伝送路を用いて光信号の伝送が行われているため、その光信号は各種雑音や歪みの影響を受けやすくなる。特に、光ファイバの有する非線形性は、光信号の伝送特性に悪影響を及ぼすことが知られている。

一般に、光ファイバの非線形性は、以下に示す式１により表わすことができる。
但し、式１において、「n」は光ファイバの屈折率、「n₀」は光ファイバに光が入力されていない場合の光ファイバの屈折率、「n₂」は非線形屈折率、「E」は光ファイバ内の電界強度である。

式１によれば、光ファイバに光信号を入力すると、その光ファイバ内の電界強度の二乗に比例して光ファイバの屈折率が増大することがわかる。また、式１の非線形屈折率「n₂」は、以下に示す式２のように、非線形定数「γ」と関連付けられることが知られている。

但し、式２において、「ω_０」は光信号の角周波数、「ｃ」は光速、「Ａ_ｅｆｆ」は光ファイバの実効断面積である。通常、光ファイバの非線形性によるシステムへの影響等を評価する場合には、非線形屈折率「n₂」よりも非線形定数「γ」が用いられることが多いため、以下の説明においては、非線形性を表わす定数として、非線形定数「γ」を用いることにする。

ここで、非線形定数「γ」を測定する方法の従来例について説明する。なお、従来から様々な方法が検討されてきているが、ここでは、本願発明と関連のある方法の例（特許文献１、非特許文献１−２）について説明する。

先ず、光ファイバ内で起こる非線形現象である自己位相変調、相互位相変調について説明しておく。

検体となる被測定光ファイバに、ポンプ光、プローブ光の２波の光を入射させると、非線形光学効果によるプローブ光の受ける位相変化の割合「Δφ_ＮＬ」は、以下に示す式３のように表される。

但し、式３において、「Ｐ_Ｓ」はプローブ光パワーであり、「Ｐ_Ｐ」はポンプ光パワーである。また、式３において、「β」はプローブ光が一定の直線偏光であると仮定したときに、ポンプ光の偏光状態によって変わる定数である。ポンプ光の偏光状態が直線偏光でプローブ光の偏光状態と一致するときには「β」=２となり、それらが直交しているときには「β」＝２／３となり、またポンプ光が無偏光化されているときには「β」＝４／３となることが知られている。さらに、式３において、「Ｌ_ｅｆｆ」は実効長と呼ばれるパラメータであり、具体的には以下に示す式４のように表される。

なお、式４において、「α」は光ファイバの伝送損失であり、「Ｌ」は光ファイバ長である。

式３からわかるように、光ファイバ内では、ポンプ光、プローブ光の強度変化によって、プローブ光が位相変化を受ける。このとき、プローブ光の強度変化により自身の位相が変化する現象を「自己位相変調」といい、ポンプ光の強度変化によりプローブ光の位相変化が起きる現象を「相互位相変調」という。

図４は、従来の非線形定数測定システムの構成を示すブロック図である。
図４において、ポンプレーザ２の出力光は、発振器１から出力される電気信号によって、角周波数「ω_ｍ」で強度変調される。強度変調された光信号は、光増幅器３において所定の光レベルまで増幅された後に、偏光補償器１５によって所定の偏光状態に調整され、光合波器６によって、プローブレーザ４の光出力信号が偏光補償器１６を通って、直線偏光に調整された光信号と合波される。合波された光信号は、被測定光ファイバ２０に入力される。

ここで、ポンプレーザ２の光出力信号とプローブレーザ４の光出力信号の波長（角周波数）は異なるように設定されている。また、ポンプレーザ２から出力される光信号は、被測定光ファイバ２０が非線形光学効果を呈する程度のレベルにまで、光増幅器３によって増幅されるものとする。一方、プローブレーザ４の出力レベルは、上述したポンプレーザ２からの出力光のレベルに比べて十分に低いレベルに設定される。

その理由は、被測定光ファイバ２０内で生じる非線形光学効果は、ポンプレーザ２からの光信号によるのみならず、プローブレーザ４からの光信号にも依存して起きるが、式３からわかるように、ポンプレーザ２からの光信号強度をプローブレーザ４からの光信号強度に比べて十分に高く設定しておけば、被測定光ファイバ２０内における非線形光学効果は、相対的にポンプレーザ２からの出力光による寄与によって決まり、後の解析が行いやすくなるためである。

従って、式３に示されているように、被測定光ファイバ２０内においては、ポンプレーザ２からの出力光の寄与により非線形光学効果が生じるものと考えることができる。これは即ち、プローブ光の位相変化は、ポンプ光の強度変化による相互位相変調によるものが主であって、プローブ光の強度変化による自己位相変調の効果は無視できるほどに小さい状況を作っていることに対応している。

さて、上述したように、ポンプレーザ２からの出力光は、角周波数「ω_ｍ」で強度変調されているから、被測定光ファイバ２０を通過するプローブレーザ４からの出力光は、式３からわかるように、角周波数「ω_ｍ」で位相変調されることになる。このときの当該位相変調された光電界の電界強度は、以下の式５により表される。但し、式５において、「ω_Ｓ」はプローブ光の角周波数、「φ_０」は定数項である。

被測定光ファイバ２０を通過した２つの光信号のうち、ポンプレーザ２からの出力光信号は、プローブレーザ４からの光信号波長のみを通過させるように設計された光帯域濾波器７により除去され、位相変調されたプローブレーザ４からの出力光信号のみが、音響光学変調器８に入力される。

音響光学変調器８は、音響光学効果により入力光信号と同一角周波数の光信号、及び一定角周波数「ω_ａ」だけシフトした光信号を、それぞれ出力するものである。また、遅延用光ファイバ２１は、音響光学変調器８から出力される２つの光信号間の相関関係を除去するために挿入されたものであり、また偏光補償器９は、上記２つの光信号間の偏光状態を揃えるためのものである。この２つの光信号は、光合波器１０で合波された後、光受信器１１でコヒーレントヘテロダイン検波受信され、検波された結果生じた電気信号は、スペクトラムアナライザ１２に導かれる。

ここで、上記コヒーレントヘテロダイン検波され、スペクトラムアナライザ１２に入力される電気信号は、非特許文献１−２によれば、本質的でない定数を除くと、以下の式６により表される。

但し、式６において、「Ｊ_ｋ」はｋ次の第１種ベッセル関数、「τ」は遅延用光ファイバ２１により与えられる遅延時間、「φ_ｋ」は定数位相成分である。

式６から、光受信器１１により受信された信号は、搬送波成分（角周波数「ω_ａ」）、及びその搬送波成分の上下角周波数に角周波数「ω_ｍ」毎に発生する側波帯成分により構成されることがわかる。当該側波帯成分は、ｓｉｎ｜（ω_ｍτ／２）｜なる係数を必ず持っているが、これは「ω_ｍ」、「τ」の値に従って変動する関数であり、特にこの値が０近くになると、式６の搬送波、及び側波帯成分の強度も０に近くなり、搬送波、及び側波帯成分を測定することが困難になる。

ここで、変調角周波数「ω_ｍ」を、ｓｉｎ｜（ω_ｍτ／２）｜＝１となるように選択すれば、式６の搬送波、及び側波帯強度成分Ｉ_ｋ（ｋ＝０，１，…，∞）は最大値が式７に示すようになり、搬送波、及び側波帯成分の測定感度を最大化することができ、測定の精度を向上することが可能となる。

図５に、上記従来法を利用してスペクトラムアナライザ１２で測定された搬送波、及び側波帯強度成分Ｉ_ｋ（ｋ＝０，１，…，∞）の測定例を示す（非特許文献１）。実際に非線形定数を求めるには、図５の測定結果と式３及び式７が用いられる。

特開平６−２２１９５９号公報 A. Wada, T. -O. Tsun, and R. Yamauchi, "Measurement of nonlinear-index coefficients of optical fibers through the cross-phase modulation using delayed-self-heterodyne technique", ECOC’92, paper Mo B1.2, 1992 和田、奥出、酒井、山内、"石英系光ファイバ非線形屈折率のGeO2濃度依存性"電子情報通信学会論文誌、Vol. J78-B-I, No. 12, pp. 811-817, 1995

しかしながら、上述した従来技術においては、ｓｉｎ｜（ω_ｍτ／２）｜＝１となるように変調角周波数「ω_ｍ」を設定する必要があるため、遅延用光ファイバ２１の遅延量を正確に測定しなければならない。

遅延用光ファイバ２１の遅延量の測定には、専用の測定器を用いなければならず、多くの時間と工数を要していた。即ち、従来の非線形定数の測定方法では、図４に示した系を用いた測定を行う前に、遅延用光ファイバ２１の遅延量を測定するという別個の測定操作を行っておく必要があり、非線形定数の測定を効率良く行うことができないという課題があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、非線形定数の測定を簡便かつ効率良く行うことが可能な非線形定数測定法を提供することを目的とする。

本発明による非線形定数測定方法は、光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定方法であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザから出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光学部品に入力する入力工程と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定工程と、測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定工程と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、非線形定数の測定を別個の測定操作を強いられることなく簡便かつ効率良く行うことができるようになる。

また、本発明による非線形定数測定方法は、光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定方法であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光を、第１サーキュレータの第１ポート及び第２ポートを介して検体となる被測定光学部品に入力する第１入力工程と、プローブレーザから出力されたプローブ光を、第２サーキュレータを介して前記第１サーキュレータとは反対の方向から前記被測定光学部品に入力する第２入力工程と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定工程と、測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定工程と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、非線形定数の測定を別個の測定操作を強いられることなく簡便かつ効率良く行うことができるようになる。また、ポンプ光とプローブ光の波長を同一とすることができ、正確に所望の波長での非線形定数を測定することができる。

この場合、測定工程にて、第２サーキュレータを介して被測定光学部品に入力したあと第１サーキュレータの第２ポート及び第３ポートを介して伝送されてきたプローブ光と、局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する。

プローブ光と局発光とを合波した光信号のビート信号を電気信号に変換する変換工程をさらに備え、測定工程にて、前記変換工程によって変換された電気信号のスペクトラム強度を測定するようにしてもよい。

決定工程にて、例えば、式１４「（サイドバンドのピーク値／スペクトラム強度の最大値）＝（プローブ光の位相変化／２）^２」によりプローブ光の位相変化を求める。

決定工程にて、例えば、式３「プローブ光の位相変化＝非線形定数・実効長（プローブ光パワー＋ポンプ光の偏光状態によって決定される定数・ポンプ光パワー）」により非線形定数を決定する。

また、本発明によるスペクトラム強度測定装置は、スペクトラム強度を測定するスペクトラム強度測定装置であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザから出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光学部品に入力する入力手段と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、容易に非線形定数を決定することが可能なスペクトラム強度の測定結果を得ることができる。

また、本発明によるスペクトラム強度測定装置は、スペクトラム強度を測定するスペクトラム強度測定装置であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光を、第１サーキュレータの第１ポート及び第２ポートを介して検体となる被測定光学部品に入力する第１入力手段と、プローブレーザから出力されたプローブ光を、第２サーキュレータを介して前記第１サーキュレータとは反対の方向から前記被測定光学部品に入力する第２入力手段と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、容易に非線形定数を決定することが可能なスペクトラム強度の測定結果を得ることができる。

また、本発明による非線形定数測定装置は、光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定装置であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザから出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光学部品に入力する入力手段と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、前記測定手段が測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定手段と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、非線形定数の測定を別個の測定操作を強いられることなく簡便かつ効率良く行うことができるようになる。

また、本発明による非線形定数測定装置は、光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定装置であって、ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光を、第１サーキュレータの第１ポート及び第２ポートを介して検体となる被測定光学部品に入力する第１入力手段と、プローブレーザから出力されたプローブ光を、第２サーキュレータを介して前記第１サーキュレータとは反対の方向から前記被測定光学部品に入力する第２入力手段と、前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力されたあと前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、前記測定手段が測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定手段と、を備えたことを特徴とする。このような構成により、非線形定数の測定を別個の測定操作を強いられることなく簡便かつ効率良く行うことができるようになる。

この場合、測定手段は、第２サーキュレータを介して被測定光学部品に入力したあと第１サーキュレータの第２ポート及び第３ポートを介して伝送されてきたプローブ光と、局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する。

プローブ光と局発光とを合波した光信号のビート信号を電気信号に変換する変換手段をさらに備え、測定手段は、前記変換手段によって変換された電気信号のスペクトラム強度を測定する構成とされていてもよい。

決定手段は、例えば、式「（サイドバンドのピーク値／スペクトラム強度の最大値）＝（プローブ光の位相変化／２）^２」によりプローブ光の位相変化を求める。

決定手段は、例えば、式「プローブ光の位相変化＝非線形定数・実効長（プローブ光パワー＋ポンプ光の偏光状態によって決定される定数・ポンプ光パワー）」により非線形定数を決定する。

本発明によれば、非線形定数の測定を別個の測定操作を強いられることなく簡便かつ効率良く行うことができるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非線形定数測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す非線形定数測定装置におけるスペクトラム強度を測定する処理を実行する部分は、スペクトラム強度測定装置である。なお、図１において、上述した図４に示す構成と同一構成の各部には、同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。

図１に示すように、非線形定数測定装置は、発振器１と、ポンプレーザ２と、光増幅器３と、偏光補償器１５と、プローブレーザ４と、偏光補償器１６と、光合波器６と、被測定光ファイバ２０と、光帯域濾波器７と、局発レーザ３０と、偏光補償器３１と、光合波器３２と、光受信器１１と、スペクトラムアナライザ１２とを含む。

ポンプレーザ２は、発振器１から入力された電気信号にもとづいて角周波数ω_ｍで強度変調した光信号を出力する。光増幅器３は、ポンプレーザ２からの光信号を所定の光レベル（被測定光ファイバ２０が非線形光学効果を呈する程度のレベル）まで増幅して偏光補償器１５に出力する。なお、ポンプレーザ２から出力された信号は、ポンプ信号と呼ばれる。

プローブレーザ４は、ポンプレーザ２からの光信号と異なる波長（角周波数）の光信号を出力する構成とされ、ポンプレーザ２の出力光のレベルに比べて十分に低い出力レベルで光信号を出力する。なお、プローブレーザ４から出力された信号は、プローブ信号と呼ばれる。

偏光補償器１５は、光増幅器３からの光信号を所定の偏光状態に調整して光合波器６に出力する。偏光補償器１６は、プローブレーザ４からの光信号を所定の偏光状態に調整して光合波器６に出力する。

光合波器６は、偏光補償器１５によって所定の偏光状態に調整された光信号と、偏光補償器１６によって所定の偏光状態に調整された光信号とを合波し、合波した光信号を被測定光ファイバ２０に出力する。

被測定光ファイバ２０には、ポンプレーザ２の出力光である強度変調された光とプローブレーザ４の出力光とが入力される。被測定光ファイバ２０を通過するプローブレーザ４からの出力光は、ポンプレーザ２からの出力光が角周波数「ω_ｍ」で強度変調されていれば、図４の説明で述べたように、角周波数「ω_ｍ」で位相変調される。

光帯域濾波器７は、ポンプレーザ２から出力された光信号を除去し、プローブレーザ４の出力光のみを通過させる機器である。光帯域濾波器７にて濾波された光信号は、光合波器３２に入力される。

局発レーザ３０は、コヒーレントヘテロダイン検波用に準備された光信号出力装置である。なお、局発レーザ３０から出力された信号は、局発信号と呼ばれる。偏光補償器３１は、光受信器によって行われるコヒーレントヘテロダイン検波の検波効率を最大化するために、光合波器３２に入力された２つの光信号の偏光状態が同一となるように調整する機器である。この場合、局発レーザ３０の発振角周波数は、プローブレーザ４の発振角周波数と異なる適切な値（一般的には数ＧＨz程度）に設定されているものとする。

光合波器３２は、プローブレーザ４にて出力され光帯域濾波器７を通過した光信号と、局発レーザ３０にて出力されたあと偏光補償器３１を通過した光信号とを合波して出力する機器である。

光受信器１１は、光合波器３２からの光信号を受信し、電気信号に変換して出力する機器である。光受信器１１は、コヒーレントヘテロダイン検波された２つの光信号のビート信号を電気信号（ビート電気信号）として出力する。

スペクトラムアナライザ１２は、光受信器１１の出力に表れたビート電気信号のスペクトラムを観測する機器である。

次に、本発明の第１実施形態に係る非線形定数測定装置が実行する非線形定数測定方法について説明する。
先ず、ポンプレーザ２の出力光である強度変調された光と、プローブレーザ４から出力された光とを、被測定光ファイバ２０に入力する。このとき、上述した図４にて説明したように、ポンプレーザ２から出力された光の強度変調成分が、相互位相変調によってプローブレーザ４から出力された光に式５によって与えられる位相変調成分を生じさせる。

ここで、式５は、以下の式８に示すように変形することができる。また、一般にｍ＜＜１である場合、以下に示す式９及び式１０が成り立つ。また、Ｊ_ｖ（ｍ）はｍ^ｖのオーダとなるから、ｖ＝２以上はこれを無視することができることが知られている。

式８について考えると、式３で与えられるΔφ_ＮＬは、通常、測定される非線形定数に対しては、１より十分に小さいという条件を満足している。このような場合には、式９及び式１０を用いると、式８における第１種ベッセル関数は、以下に示す式１１及び式１２に近似できる。

従って、式８に示した位相変調された光電界における第１側波帯対搬送波の振幅比「β」は、式１１及び式１２により、式１３に示すように表すことができる。よって、測定された「β」の値と式３を用いて直ちに非線形定数「γ」を測定できることがわかる。

第１実施形態においては、式８で与えられる位相変調された光信号のスペクトラム成分を観測するために、コヒーレントヘテロダイン検波方式を用いている。

即ち、被測定光ファイバ２０を通過し、ポンプレーザ２から出力された光による相互位相変調により位相変調されたプローブレーザ４の出力光は、ポンプレーザ２から出力された光信号を除去し、プローブレーザ４の出力光のみを通過させるために設置された光帯域濾波器７を通過した後、光合波器３２に入力される。

また、光合波器３２には、局発レーザ３０から出力され、偏光補償器３１を通過した光信号も入力される。なお、偏光補償器３１は、光合波器３２に入力される光帯域濾波器７からの光信号と局発レーザ３０からの光信号の偏光状態を同一とするために、局発レーザ３０からの光信号の偏光状態を調整する。

コヒーレントヘテロダイン検波された２つの光信号（光帯域濾波器７からの光信号と局発レーザ３０からの光信号）のビート信号は、電気信号となって光受信器１１の出力に現れ、該ビート電気信号のスペクトラムがスペクトラムアナライザ１２によって観測される。

図２は、第１実施形態の非線形定数測定方法におけるスペクトラムアナライザ１２の表示例を示す図である。図２に示すように、その中心に、コヒーレントヘテロダイン検波によって周波数変換されたプローブ光の周波数を有する搬送波成分「P₀」があり、その両側にポンプ光の変調周波数の間隔で変調成分「P₁」がある。「P₀」はスペクトラム強度の最大値であり、「P₁」はサイドバンドのピーク値である。なお、ｓｉｎ波の位相変調であるため、基本波成分「P₀」の左右に表れる２つの高調波成分「P₁」の値は同じ値となる。

図２において、スペクトラム強度の最大値「P₀」は式１１で表わされる搬送波成分の電力に対応しており、またサイドバンドにおけるスペクトラム強度のピーク値「P₁」は式１２で表わされる第１側波帯成分の電力に対応している。従って、「P₁／P₀」は式１４に示すようになる。

よって、先ず、「P₁／P₀」の測定結果から式１４を用いてプローブ光の位相変化「Δφ_ＮＬ」を導出する。そして、導出した位相変化「Δφ_ＮＬ」、プローブ光パワー「Ｐ_Ｓ」、ポンプ光パワー「Ｐ_Ｐ」、ポンプ光の偏光状態によって決定される定数「β」、及び式４で表された実効長と呼ばれるパラメータ「Ｌ_ｅｆｆ」を式３に代入する。このようにすることで、非線形定数「γ」を求めることができる。なお、これらの計算は、例えばスペクトラムアナライザ１２が実行することとし、その計算結果（非線形定数「γ」の値）を例えば所定の表示装置に表示するようにすればよい。なお、スペクトラムアナライザ１２とは別に図示しない演算装置によって計算するようにしてもよい。

上記のように、本発明の第１実施形態では、ポンプレーザ２から出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザ４から出力された後にポンプ光による相互位相変調により位相変調されたプローブ光とを、検体となる被測定光ファイバ２０に入力する入力する処理と、被測定光ファイバ２０を通過した信号のうちポンプ光を除去したプローブ光と、局発レーザ３０から出力された後にプローブ光と偏光状態を同一とするために偏光状態を調整した局発光とのスペクトラム強度を測定する処理と、測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とにより式１４に従ってプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて式３に従って非線形定数を決定する処理とを実行する構成とされている。

従って、本発明の第１実施形態によれば、スペクトラムアナライザ１２による「P₁／P₀」の測定結果から直接的に非線形定数を決定することができ、従来の測定方法では必要不可欠であった遅延用光ファイバの遅延量の測定や、その結果に基づく変調角周波数の設定を行うことを不要とすることができるため、非線形定数を簡便に測定することができ、非線形定数の測定作業の効率化を図ることができるようになる。

また、上述した第１実施形態によれば、ポンプレーザ２から出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザ４から出力された後にポンプ光による相互位相変調により位相変調されたプローブ光とを、検体となる被測定光ファイバ２０に入力する入力する処理と、被測定光ファイバ２０を通過した信号のうちポンプ光を除去したプローブ光と、局発レーザ３０から出力された後にプローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのスペクトラム強度を測定する処理とを実行する構成としているので、所定の式（具体的には式１４及び式３）を用いて容易に非線形定数を決定することが可能なスペクトラム強度の測定結果を得ることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る非線形定数測定装置の構成を示すブロック図である。図３に示す非線形定数測定装置におけるスペクトラム強度を測定する処理を実行する部分は、スペクトラム強度測定装置である。図３において、上述した図１に示す構成と同一構成の各部には、同一の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。

上述した第１実施形態においては、ポンプレーザ２とプローブレーザ４の出力光の角周波数は異なる必要があったが、本実施例においては、これら２つのレーザの角周波数が同一であっても測定可能な構成を提供している。

図３に示す回路図には、発振器１と、ポンプレーザ２と、光増幅器３と、偏光補償器１５と、光サーキュレータ４０と、局発レーザ３０と、偏光補償器３１と、光合波器３２と、光受信器１１と、スペクトラムアナライザ１２と、被測定光ファイバ２０と、プローブレーザ４と、偏光補償器１６と、光サーキュレータ４１と、光終端器４２と、が示されている。

光サーキュレータ４０は、ポンプレーザ２から出力された強度変調された光が入力されるポート４０−１の他、２つのポート４０−２，４０−３を備えている。

一般に、光サーキュレータは、一方向にのみ光を伝搬させて、その逆方向には光が伝搬しない性質を持っている。即ち、光サーキュレータ４０は、図の矢印の方向、即ち、ポート４０−１からポート４０−２、ポート４０−２からポート４０−３、ポート４０−３からポート４０−１の方向にのみ光信号を伝搬させ、上記と逆方向には信号を伝搬させることのないような性質を有している。

従って、ポンプレーザ２から出力された強度変調された光は、光サーキュレータ４０のポート４０−１に入力された後、ポート４０−２に出力され、被測定光ファイバ２０に入力される。一方、プローブレーザ４から出力された光信号は、光サーキュレータ４１のポート４１−３に入力された後、ポート４１−１から出力され、被測定光ファイバ２０に入力される。この場合、被測定光ファイバ２０内では、ポンプレーザ２から出力された強度変調された光とプローブレーザ4から出力された光信号は逆方向に伝搬するが、そのような場合でも、相互位相変調は同様に生じることが知られている。

ポンプレーザ２から出力された強度変調された光は、被測定光ファイバ２０を通過した後、光サーキュレータ４１のポート４１−１に入力され、ポート４１−２から出力された後、光終端器４２に達してそこで消失する。

一方、被測定光ファイバ２０を逆方向に伝搬したプローブレーザ４から出力された光信号は、光サーキュレータ４０のポート４０−２に入力された後、ポート４０−３から出力され、光合波器３２に入力される。光合波器３２には、局発レーザ３０の出力光も偏光補償器３１を介して入力される。そして、上述した第１実施形態と同様にして、コヒーレントヘテロダイン検波が行われ、非線形定数を測定することができる。

一般に、非線形定数は、光波長により異なる値をとる。即ち、波長依存性を有することが知られているが、上述した従来例や第１実施形態では、ポンプレーザ２とプローブレーザ４の出力光の波長を異なる値に設定する必要があり、それによって非線形定数の波長特性をポンプ光とプローブ光の波長が異なる状況で測定しなければならず、それにより求められる非線形定数がどの波長によるものかということを正確に断定することはできない。

上記のように、本発明の第２実施形態では、ポンプレーザ２から出力された後に強度変調されたポンプ光を、サーキュレータ４０のポート４０−１及びポート４０−２を介して検体となる被測定光ファイバ２０に入力する処理と、プローブレーザ４から出力されたプローブ光を、サーキュレータ４１を介してサーキュレータ４０とは反対の方向から被測定光ファイバ２０に入力する処理と、被測定光ファイバ２０を通過した信号のうち、ポンプ光による相互位相変調により位相変調されたプローブ光と、局発レーザ３０から出力された後にプローブ光と偏光状態を同一とするために偏光状態を調整した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する処理と、測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とにより式１４に従ってプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて式３に従って非線形定数を決定する処理とを実行する構成とされている。

従って、本発明の第２実施形態によれば、ポンプ光とプローブ光の波長を完全に同一とすることができるため、上述した第１実施形態の効果に加えて、ポンプ光とプローブ光の波長を同一とすることができ、測定系の構成の制約であるポンプ光とプローブ光の波長を異なる値にしなければならないという制約から解放させることができ、正確に所望の波長での非線形定数を測定することができる。

また、上述した第２実施形態によれば、ポンプレーザ２から出力された後に強度変調されたポンプ光を、サーキュレータ４０のポート４０−１及びポート４０−２を介して検体となる被測定光ファイバ２０に入力する処理と、プローブレーザ４から出力されたプローブ光を、サーキュレータ４１を介してサーキュレータ４０とは反対の方向から被測定光ファイバ２０に入力する処理と、被測定光ファイバ２０を通過した信号のうち、ポンプ光による相互位相変調により位相変調されたプローブ光と、局発レーザ３０から出力された後にプローブ光と偏光状態を同一とするために偏光状態を調整した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する処理とを実行する構成としているので、所定の式（具体的には式１４及び式３）を用いて容易に非線形定数を決定することが可能なスペクトラム強度の測定結果を得ることができる。

なお、上述した第１実施形態は、光サーキュレータを必要としない簡単な構成とすることができる点で、第２実施形態よりも優位である。

また、上述した各実施形態では、非線形による位相変化が小さい場合の近似式として式１４を用いていたが、非線形による位相変化が小さくない場合には、必ずしも式１４のような近似が成り立つとは限らない。このような場合には、式１４に変えて、以下に示す式１５を用いるようにすればよい。すなわち、「P₁／P₀」の測定結果から式１５を用いてプローブ光の位相変化「Δφ_ＮＬ」を逆算することで導出し、導出した位相変化「Δφ_ＮＬ」とともに、プローブ光パワー「Ｐ_Ｓ」、ポンプ光パワー「Ｐ_Ｐ」、ポンプ光の偏光状態によって決定される定数「β」、及び式４で表された実効長と呼ばれるパラメータ「Ｌ_ｅｆｆ」を式３に代入することで、非線形定数「γ」を求めるようにすればよい。なお、「Δφ_ＮＬ」の逆算は解析的にはできないので、電子計算機（スペクトラムアナライザ１２、またはスペクトラムアナライザ１２とは別の図示しない演算装置）を用いた数値解法を用いることとなる。

なお、上述した実施の形態では、検体として光ファイバを用いていたが、他の光部品や光伝送ケーブルや光学材料からなる光デバイスなどの光学部品を検体としても同様に測定できる。

本発明は、遅延用光ファイバの遅延量の測定や、その結果に基づく変調角周波数の設定を行うことを不要とし、非線形定数の測定作業の効率化を図るために有用である。

本発明の第１の実施形態に係る非線形定数測定装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の非線形定数測定方法におけるスペクトラムアナライザの表示例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る非線形定数測定装置の構成を示すブロック図である。 従来の非線形定数測定方法の構成を示すブロック図である。 従来の非線形定数測定方法におけるスペクトラムアナライザの表示例を示す図である。

符号の説明

１ 発振器
２ ポンプレーザ
３ 光増幅器
４ プローブレーザ
６，１０，３２ 光合波器
７ 光帯域濾波器
８ 音響光学変調器
９，１５，１６，３１ 偏光補償器
１１ 光受信器
１２ スペクトラムアナライザ
２０ 被測定光ファイバ
２１ 遅延用光ファイバ
３０ 局発レーザ
４０，４１ 光サーキュレータ
４０−１，４０−２，４０−３，４１−１，４１−２，４１−３ ポート
４２ 光終端器

Claims (8)

1. 光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定方法であって、
   ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザから出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光学部品に入力する入力工程と、
   前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定工程と、
   測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定工程と、を備えた
   ことを特徴とする非線形定数測定方法。
2. 光学部品の非線形定数を測定する非線形定数測定方法であって、
   ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光を、第１サーキュレータの第１ポート及び第２ポートを介して検体となる被測定光学部品に入力する第１入力工程と、
   プローブレーザから出力されたプローブ光を、第２サーキュレータを介して前記第１サーキュレータとは反対の方向から前記被測定光学部品に入力する第２入力工程と、
   前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定工程と、
   測定したスペクトラム強度の最大値とサイドバンドのピーク値とによりプローブ光の位相変化を求め、求めた位相変化にもとづいて非線形定数を決定する決定工程と、を備えた
   ことを特徴とする非線形定数測定方法。
3. 測定工程にて、第２サーキュレータを介して被測定光学部品に入力したあと第１サーキュレータの第２ポート及び第３ポートを介して伝送されてきたプローブ光と、局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する
   請求項２記載の非線形定数測定方法。
4. プローブ光と局発光とを合波した光信号のビート信号を電気信号に変換する変換工程をさらに備え、
   測定工程にて、前記変換工程によって変換された電気信号のスペクトラム強度を測定する
   請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の非線形定数測定方法。
5. 決定工程にて、式「（サイドバンドのピーク値／スペクトラム強度の最大値）＝（プローブ光の位相変化／２）^２」によりプローブ光の位相変化を求める
   請求項１から請求項４のうちいずれかに記載の非線形定数測定方法。
6. 決定工程にて、式「プローブ光の位相変化＝非線形定数・実効長（プローブ光パワー＋ポンプ光の偏光状態によって決定される定数・ポンプ光パワー）」により非線形定数を決定する
   請求項５記載の非線形定数測定方法。
7. スペクトラム強度を測定するスペクトラム強度測定装置であって、
   ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光と、プローブレーザから出力されたプローブ光とを、検体となる被測定光学部品に入力する入力手段と、
   前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、を備えた
   ことを特徴とするスペクトラム強度測定装置。
8. スペクトラム強度を測定するスペクトラム強度測定装置であって、
   ポンプレーザから出力された後に強度変調されたポンプ光を、第１サーキュレータの第１ポート及び第２ポートを介して検体となる被測定光学部品に入力する第１入力手段と、
   プローブレーザから出力されたプローブ光を、第２サーキュレータを介して前記第１サーキュレータとは反対の方向から前記被測定光学部品に入力する第２入力手段と、
   前記被測定光学部品を通過した信号のうち前記被測定光学部品内において前記強度変調されたポンプ光により相互位相変調を受けたプローブ光と、局発レーザから出力された後に前記プローブ光と偏光状態を同一とするために偏光した局発光とのビート信号のスペクトラム強度を測定する測定手段と、を備えた
   ことを特徴とするスペクトラム強度測定装置。

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