JP2007327861A

JP2007327861A - 偏波分散測定器

Info

Publication number: JP2007327861A
Application number: JP2006159524A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Matsuda; 俊哉松田; Wataru Ichihara; 亘市原; Shinji Matsuoka; 伸治松岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-08
Also published as: JP4717724B2

Abstract

【課題】被測定光ファイバの偏波分散の分布測定を行う。
【解決手段】送信部で送信する光信号の出力光パワーと偏波状態を変化させ、この出力光パワーと偏波状態の情報を光信号情報重畳装置により送信する光信号に重畳し、受信部の制御装置は、励起光の出力パワーを制御することにより光信号の減衰プロファイルをＮ通りに変化させ、各減衰プロファイルに対して、受信した光信号に重畳された出力光パワーと偏波状態の情報を抽出し、偏波分散補償を行った後に測定したビットエラーレートより、各出力光パワーにおける最良と最悪の偏波状態における伝送ペナルティ（非線形ペナルティ）を算出し、Ｎ通りの両伝送ペナルティの差分から各セグメントにおける偏波分散に起因する光信号ピークパワーの減衰率を算出し、光信号の時間波形と該減衰率より各セグメントにおける偏波分散を測定する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの長手方向の偏波分散分布を測定する偏波分散測定器に関する。

ジョーンズマトリックス法（非特許文献１）や干渉法（非特許文献２）は被測定光ファイバにおけるトータルの偏波分散値に対する測定法である。この手法を用いた測定器には30ｄＢ以上のダイナミックレンジを有する製品もあり、一般的な多中継伝送システムの敷設光ファイバの偏波分散測定に対しては十分な特性である。

また、被測定光ファイバの長手方向の偏波分散分布に対する測定法として偏波ＯＴＤＲ法（非特許文献３）が提案されているが、レイリー散乱による戻り光を測定しているためダイナミックレンジは数ｄＢ程度であり、敷設光ファイバの偏波分散分布の測定に対しては十分とはいえない。
B. L. Heffner,"Automated Measurement of Polarization Mode Dispersion Using Jones Matrix Eigenanalysis", IEEE Photon. Technol.Lett., vol.4, no.9, pp.1066-1069 (1992) C. J. Mackechnie, S. P. Ferretti, A. J. Barlow, "A Method of Distinguishing Combined Mode Coupling Regimes when Polarisation Mode Dispersion is measured by the Interference Method", LEOS 2001, WAA3, vol.2, pp.606-607 (2001) T. Ozeki, K. Shinotsuka, K. Nakayama, "PMD Distribution Measurement by an OTDR with polarimetry assuming Rayleigh backscattering by randomly oriented non-spherical particles", Fiber and Optical Passive Components 2005, Proceedings of 2005 IEEE/LEOS Workshop, pp.181-186 (2005)

敷設済の光ファイバで偏波分散値が大きい場合、それが局所的なものなのか平均的なものなのか、また局所的な場合はその絶対値がいくらであるかを知ることが、原因の解明や光ファイバの一部張替えの判断を行うのに必要となる。しかし、従来の測定法ではこのような要求を満足することはできなかった。

本発明は、敷設光ファイバなどの被測定光ファイバの偏波分散の分布測定を行うことができる偏波分散測定器を提供することを目的とする。

本発明は、送信部と受信部がＮ個のセグメントからなる被測定光ファイバを介して接続され、送信部から送信される光信号を被測定光ファイバを介して受信部で受信し、被測定光ファイバの長手方向の偏波分散分布を測定する偏波分散測定器において、送信部は、送信する光信号を生成する光信号送信機と、送信する光信号の出力光パワーを調整する光パワー可変装置と、送信する光信号の偏波状態を制御する偏波状態制御装置と、送信する光信号の出力光パワーおよび偏波状態の情報を送信する光信号に重畳する光信号情報重畳装置とを備え、受信部は、被測定光ファイバを介して伝送された光信号を受信する光信号受信機と、光信号受信機への入力光パワーを一定に制御する光パワー制御装置と、被測定光ファイバにおける偏波分散を補償する偏波分散補償装置と、被測定光ファイバに分布ラマン増幅用の励起光を送出する励起手段と、光信号受信機の受信情報に応じて光パワー制御装置、偏波分散補償装置および励起手段を制御する制御装置とを備え、送信部で送信する光信号の出力光パワーと偏波状態を変化させ、この出力光パワーと偏波状態の情報を光信号情報重畳装置により送信する光信号に重畳し、受信部の制御装置は、励起光の出力パワーを制御することにより光信号の減衰プロファイルをＮ通りに変化させ、各減衰プロファイルに対して、受信した光信号に重畳された出力光パワーと偏波状態の情報を抽出し、偏波分散補償を行った後に測定したビットエラーレートより、各出力光パワーにおける最良と最悪の偏波状態における伝送ペナルティ（非線形ペナルティ）を算出し、Ｎ通りの両伝送ペナルティの差分から各セグメントにおける偏波分散に起因する光信号ピークパワーの減衰率を算出し、光信号の時間波形と該減衰率より各セグメントにおける偏波分散を測定する構成である。

また、送信部の光信号送信機は送信する光信号のビットレートを変化させ、光信号情報重畳装置は該ビットレート情報を送信する光信号に重畳する構成であり、受信部の制御装置は、光信号のビットレートに応じて被測定光ファイバ中での非線形ペナルティを制御して長手方向の分解能を変化させる構成としてもよい。

また、送信部の光信号送信機は送信する光信号の光波長を変化させ、光信号情報重畳装置は該光波長情報を送信する光信号に重畳する構成であり、受信部の制御装置は、光信号の光波長に応じて被測定光ファイバ中での非線形ペナルティを制御して長手方向の分解能を変化させる構成としてもよい。

本発明では、敷設光ファイバの偏波分散値の分布測定が可能となり、偏波分散値が大きい箇所の特定が容易にでき、局所的な光ファイバの張替えによる経済的な偏波分散値の改善が実現できる。

図１は、本発明の偏波分散測定器の実施形態を示す。図において、送信部１０と受信部２０は、複数のセグメント３１，３２，３３からなる被測定光ファイバを介して接続される。

送信部１０は、送信する光信号を生成する光信号送信機１１と、送信する光信号の出力光パワーを調整する光パワー可変装置１２と、送信する光信号の偏波状態を制御する偏波状態制御装置１３と、送信する光信号の出力光パワーおよび偏波状態の情報を送信する光信号に重畳する光信号情報重畳装置１４とを備える。なお、光信号情報重畳装置１４は、必要に応じて光信号送信機１１で設定される送信する光信号のビットレートまたは光波長の情報を送信する光信号に重畳する。

受信部２０は、被測定光ファイバ３０を介して伝送された光信号を受信する光信号受信機２１と、光信号受信機２１への入力光パワーを一定に制御する光パワー制御装置２２と、被測定光ファイバ３０における偏波分散を補償する偏波分散補償装置２３と、被測定光ファイバ３０に分布ラマン増幅用の励起光を送出する励起光源２４および光カプラ２５と、光信号受信機２１の受信情報に応じて光パワー制御装置２２、偏波分散補償装置２３および励起光源２４を制御する制御装置２６とを備える。

以上の構成により、送信部１０から送信される光信号を被測定光ファイバ３０を介して受信部２０で受信し、被測定光ファイバ３０の長手方向の偏波分散分布を測定する。以下、図１および図２の被測定光ファイバ３０の構成を参照して、偏波分散分布の測定原理について説明する。

被測定光ファイバは、メーカや製造ロットが異なる複数のセグメントを接続して構成される。これらのセグメントはそれぞれ異なる偏波分散（ＰＭＤ）を有している。ある波長λ1 における群速度遅延差（ＤＧＤ）に着目し、第ｉ番目のセグメントにおけるＤＧＤをｄi とおく（ｉ＝1,…,N）。なおＤＧＤの波長もしくは時間的平均がＰＭＤとなる。

既知の時間波形をもつ光信号パルスが光ファイバ（偏波分散媒質）を伝搬する場合、ＤＧＤに対する光信号パルスのピークパワーの減衰率は一意に決定される。したがって、各セグメントにおけるＤＧＤによるピークパワーの減衰率が求められれば、各セグメント（光ファイバの長手方向）のＤＧＤの分布が測定できる。このＤＧＤによるピークパワーの減衰率をｒ(d) とする。

一方、光ファイバの損失による光信号パワーの長手方向の減衰プロファイルはＯＴＤＲ測定器により測定可能である。このような減衰プロファイルから導出される第ｉ番目のセグメントの先頭におけるピークパワーをｐ_i-1、光ファイバの損失によるセグメント平均の減衰率をＬ_iとおく。また、ＤＧＤによるセグメント平均減衰率をｒ_i、ＤＧＤによるセグメント平均減衰率の累積をＲ_iとおく。このとき被測定光ファイバ全体での経路平均ピークパワーＰavは次式で定義される。

式(1) のＲ_iを導出することにより各セグメントのＤＧＤが求められる。Ｎ個の解を求めるために、受信部２０の制御装置２６は分布ラマン増幅用励起光源２４を制御して分布ラマン増幅の利得を変え、光ファイバ損失による減衰プロファイルをＮ通り与える。Ｎ通りの分布ラマン利得に対する経路平均ピークパワーＰavは次のように定式化できる。

経路平均ピークパワーＰavの導出には、被測定光ファイバ伝送における非線形ペナルティを用いる。光信号パルスが光ファイバ中を伝搬する場合、非線形効果（自己位相変調、ＳＰＭ）と群速度分散（ＧＶＤ）の相互作用により非線形ペナルティが生じることが知られている（文献４：A. Naka, S. Saito,"In-Line Amplifier Transmission Distance Determined by Self-Phase Modulation and Group-Velocity Dispersion", J. Lightwave Technol., vol.12, no.2, pp.280-287 (1994))。ＳＰＭ＋ＧＶＤによる非線形ペナルティＰe は経路平均ピークパワーＰavに比例する。
Ｐe ＝Ｃ・Ｐav …(3)
ただし、Ｃは比例定数である。

ＤＧＤが大きいほど偏波分散によるペナルティは大きくなるが、経路平均ピークパワーが低下することにより、式(3) より、非線形ペナルティは低減する。偏波分散ペナルティは非線形ペナルティと独立に偏波分散補償により補償することが可能である。したがって、光信号パルスを被測定光ファイバに入射し、送信部１０の偏波状態制御装置１３で送信する光信号の偏波を制御して偏波状態を掃引し、偏波分散補償後の伝送ペナルティが最悪時、すなわち偏波分散ペナルティが最小で非線形ペナルティが最大の場合の伝送ペナルティとｐ_i-1とＬ_iから求められるＰ'av から比例定数Ｃを求め、偏波分散補償後の伝送ペナルティが最良時、すなわち偏波分散ペナルティが最大で非線形ペナルティが最小の場合の伝送ペナルティから、ＤＧＤ最大時の経路平均ピークパワーＰavを求める。

Ｎ個のセグメントで構成された被測定光ファイバの場合、分布ラマン増幅用励起光源２４の励起光パワーを制御し、分布ラマン増幅利得をＮ通りに変化させることにより、上記と同様の手順でＮ通りの経路平均ピークパワーＰav,iが求められる。またその際のＮ通りの減衰プロファイルからピークパワーｐ_i,j-1、光ファイバの損失によるセグメント平均の減衰率をＬ_iが求められる。これより、式(2) を解くことによって各セグメントにおけるＤＧＤに起因するピークパワーの累積減衰率Ｒ_iが導出され、各セグメントのＤＧＤを求めることが可能となる。

ここで、図１において、非測定光ファイバ３０として各セグメント３１，３２，３３の長さが10ｋｍ、損失係数が 0.2ｄＢ／ｋｍ、セグメント３１，３２，３３のＤＧＤがそれぞれ２ｐｓ、15ｐｓ、３ｐｓを考える。

図３は、光ファイバ損失による長手方向の光パワー減衰率とセグメント平均減衰率を示す。セグメント３１，３２，３３のセグメント平均減衰率はそれぞれ0.80、0.51、0.32であり、光ファイバ入力パワーが１ｍＷの場合、受信部２０の制御装置２６は、光信号受信器２１で抽出された光信号の出力光パワー情報と、別途ＯＴＤＲ装置により測定した光信号パワーの長手方向の減衰プロファイルデータにより、各セグメント先頭でのパワーはそれぞれ１ｍＷ、0.63ｍＷ、0.40ｍＷ、全経路平均パワー減衰率は0.54として求まる。分布ラマン利得３ｄＢと６ｄＢに対するセグメント先頭のパワーおよびセグメント平均減衰率を表１に併せて示す。また、光信号パルスのデューティ比が0.5 、マーク率50％の場合ピークパワーは上記の４倍になる。

図４は、パルス幅15ｐｓのガウシアンパルス光信号におけるＤＧＤに対するピークパワー減衰率を示す。セグメント３１，３２，３３のＤＧＤによるピークパワー平均減衰率はそれぞれ、0.994,0.813,0.987 であり、累積減衰率はそれぞれ、0.994,0.808,0.798 である。このとき、分布ラマン利得０ｄＢ、３ｄＢ、６ｄＢの場合の全経路平均ピークパワー減衰率はそれぞれ、0.386,0.486,0.662 となる。実際には全経路平均ピークパワーは測定により求める必要があるので、非測定光ファイバにおける光信号パルスの伝送を行い、その伝送ペナルティから導出する。

図５は、経路平均ピークパワーと非線形ペナルティの関係を示す。偏波分散補償後の伝送ペナルティつまり非線形ペナルティが最大の場合（Ｐ'e）、偏波分散ペナルティは最小となり、その際の経路平均ピークパワーはＯＴＤＲの測定値から計算できる値（Ｐ'av ）とほぼ等しくなる。経路平均ピークパワーと非線形ペナルティは比例の関係にあるので、さらに偏波分散補償後の伝送ペナルティつまり非線形ペナルティの最小値（Ｐe ）を測定することにより、ＤＧＤが最大の場合の経路平均ピークパワーを制御装置２６で計算する。

測定により得られた経路平均ピークパワーを用いると、解くべき方程式は次のような形で与えられる。

制御装置２６は、この式(4) を解くことによりセグメント平均減衰率の累積｛Ｒ_i｝を計算する。ここでは、経路平均ピークパワーの導出に｛Ｒ_i｝を用いていたため、式(4) を解くと当然元の｛Ｒ_i｝が求められる。各セグメント平均ピークパワー減衰率｛ｒ_i｝は、
ｒ_i＝Ｒ_i／Ｒ_i-1
で求められる。制御装置２６は、｛ｒi ｝および予め登録された図４のＤＧＤ対ピークパワー平均減衰率のグラフから、最終的に各セグメントのＤＧＤを導出する。

非線形ペナルティはパルス幅の２乗に反比例し、波長分散値に比例する（文献４）。これより、式(3) を次式のように表すことができる。

ここで、Ｃ’は定数、Ｄは波長分散パラメータ、Δｔは光信号パルス幅である。Ｄは送信する光信号の光波長を、Δｔは送信する光信号のビットレートを変えることにより制御可能であり、被測定光ファイバの条件に応じて送信器１０で送信する光信号の光波長やビットレートを制御することにより、非線形ペナルティの測定精度を最適化し、長手方向の分解能を制御することができる。

本発明の偏波分散測定器の実施形態を示す図。被測定光ファイバの構成を示す図。光ファイバ損失による距離に対する減衰率を示す図。ＤＧＤに対するピークパワー平均減衰率を示す図。経路平均ピークパワーと非線形ペナルティの関係を示す図。

符号の説明

１０送信部
１１光信号送信機
１２光パワー可変装置
１３偏波状態制御装置
１４光信号情報重畳装置
２０受信部
２１光信号受信機
２２光パワー制御装置
２３偏波分散補償装置
２４励起光源
２５光カプラ
２６制御装置
３０被測定光ファイバ
３１，３２，３３セグメント

Claims

送信部と受信部がＮ個（Ｎは２以上の整数）のセグメントからなる被測定光ファイバを介して接続され、送信部から送信される光信号を被測定光ファイバを介して受信部で受信し、被測定光ファイバの長手方向の偏波分散分布を測定する偏波分散測定器において、
前記送信部は、送信する光信号を生成する光信号送信機と、送信する光信号の出力光パワーを調整する光パワー可変装置と、送信する光信号の偏波状態を制御する偏波状態制御装置と、送信する光信号の出力光パワーおよび偏波状態の情報を送信する光信号に重畳する光信号情報重畳装置とを備え、
前記受信部は、前記被測定光ファイバを介して伝送された光信号を受信する光信号受信機と、光信号受信機への入力光パワーを一定に制御する光パワー制御装置と、前記被測定光ファイバにおける偏波分散を補償する偏波分散補償装置と、前記被測定光ファイバに分布ラマン増幅用の励起光を送出する励起手段と、光信号受信機の受信情報に応じて光パワー制御装置、偏波分散補償装置および励起手段を制御する制御装置とを備え、
前記送信部で送信する光信号の出力光パワーと偏波状態を変化させ、この出力光パワーと偏波状態の情報を前記光信号情報重畳装置により送信する光信号に重畳し、
前記受信部の制御装置は、前記励起光の出力パワーを制御することにより前記光信号の減衰プロファイルをＮ通りに変化させ、各減衰プロファイルに対して、前記受信した光信号に重畳された出力光パワーと偏波状態の情報を抽出し、偏波分散補償を行った後に測定したビットエラーレートより、各出力光パワーにおける最良と最悪の偏波状態における伝送ペナルティ（非線形ペナルティ）を算出し、Ｎ通りの両伝送ペナルティの差分から各セグメントにおける偏波分散に起因する光信号ピークパワーの減衰率を算出し、前記光信号の時間波形と該減衰率より前記各セグメントにおける偏波分散を測定する構成である
ことを特徴とする偏波分散測定器。
請求項１に記載の偏波分散測定器において、
前記送信部の光信号送信機は送信する光信号のビットレートを変化させ、前記光信号情報重畳装置は該ビットレート情報を送信する光信号に重畳する構成であり、
前記受信部の制御装置は、前記光信号のビットレートに応じて前記被測定光ファイバ中での非線形ペナルティを制御して長手方向の分解能を変化させる構成である
ことを特徴とする偏波分散測定器。
請求項１に記載の偏波分散測定器において、
前記送信部の光信号送信機は送信する光信号の光波長を変化させ、前記光信号情報重畳装置は該光波長情報を送信する光信号に重畳する構成であり、
前記受信部の制御装置は、前記光信号の光波長に応じて前記被測定光ファイバ中での非線形ペナルティを制御して長手方向の分解能を変化させる構成である
ことを特徴とする偏波分散測定器。