JP2008096147A - Apparatus and method for measuring polarization mode dispersion of optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ファイバの偏波モード分散を測定するための技術に関し、簡単な構成で短時間に且つ距離が長い光ファイバであっても精度よく測定できるようにするための技術に関する。 The present invention relates to a technique for measuring polarization mode dispersion of an optical fiber, and relates to a technique for enabling accurate measurement even in an optical fiber having a simple configuration in a short time and a long distance.
情報を高速に伝送するための媒体として光ファイバが用いられているが、近年では、インターネット利用者等の急増により、通信速度の高速化がさらに要求されている。 An optical fiber is used as a medium for transmitting information at high speed. However, in recent years, an increase in communication speed has been further demanded due to a rapid increase in Internet users and the like.
このような高速化の要求に対して、光ファイバの偏波モード分散(以下、PMDと記す)が無視できなくなっている。 In response to such a demand for higher speed, polarization mode dispersion (hereinafter referred to as PMD) of optical fibers cannot be ignored.
PMDは、光ファイバの光を伝送するためのコア部の断面形状が製造時に完全な真円になっていないことや、外部からの圧力を受けて歪むことに起因して生じ、内部を伝搬する光の偏波方向に対して屈折率が異なってしまい、偏波成分毎に伝搬時間に差が生じる現象である。 PMD is caused by the fact that the cross-sectional shape of the core part for transmitting the light of the optical fiber is not a perfect circle at the time of manufacturing, or is distorted by receiving pressure from the outside, and propagates inside. This is a phenomenon in which the refractive index differs with respect to the polarization direction of light, and the propagation time differs for each polarization component.
このPMDの影響によって、例えば、図12に示すように、光ファイバ1の一端に光パルスPを入射したときに、光ファイバ1の他端から出射される光パルスP′の波形が双峰形となりパルス幅が広くなってしまい、このパルス幅の広がり広がりによって、通信速度の上限が決定されてしまう。
Due to the influence of PMD, for example, as shown in FIG. 12, when the optical pulse P is incident on one end of the
このため、光ファイバの製造時や敷設済みの光ファイバのメンテナンスを行う際には、その光ファイバのPMDの測定が必要となる。 For this reason, when manufacturing an optical fiber or performing maintenance of an installed optical fiber, it is necessary to measure the PMD of the optical fiber.
PMDの測定方法はこれまで多くの方法が提案されているが、その中でも、測定精度が高く、測定の自動化が可能なものとして、ジョーンズマトリクス法によるものがよく知られている。 Many methods for measuring PMD have been proposed so far. Among them, the method based on the Jones matrix method is well known as one having high measurement accuracy and capable of automatic measurement.
ジョーンズマトリクス法は、任意の波長に対する直交2偏波成分の群遅延の平均値Δτを光デバイスのPMDとして求める測定方法であり、被測定デバイスの一端側に所定波長の直線偏波光を入射し、被測定デバイスの他端側から出射された光の異なる偏波方向の強度を求めるという処理を、入射光の波長を変え、さらに偏波方向を0度(基準)、45度、90度に変化させて行い、得られた強度のデータから光ファイバの両端間の入出力特性を表すジョーンズマトリクスを2つの波長について計算し、PMD演算子を用いてPMDを算出する(例えば、非特許文献1参照)。 The Jones matrix method is a measurement method for obtaining an average value Δτ of group delay of orthogonal two polarization components with respect to an arbitrary wavelength as PMD of an optical device, and linearly polarized light having a predetermined wavelength is incident on one end side of the device under measurement. The process of obtaining the intensity of the polarization direction of the light emitted from the other end of the device under test is changed, the wavelength of the incident light is changed, and the polarization direction is changed to 0 degrees (reference), 45 degrees, and 90 degrees. The Jones matrix representing the input / output characteristics between both ends of the optical fiber is calculated for two wavelengths from the obtained intensity data, and the PMD is calculated using the PMD operator (see, for example, Non-Patent Document 1). ).
しかし、このように、光ファイバの一端側に測定用の光を入射し、光ファイバの他端側から出射された光の偏波成分の強度を測定してPMDを求める方法では、例えば、敷設済みの光ファイバを測定対象とする場合にその両端に測定のための機器を設置しなければならず不便である。 However, in this method for measuring PMD by measuring light incident on one end of an optical fiber and measuring the intensity of the polarization component of the light emitted from the other end of the optical fiber, for example, laying When measuring a used optical fiber, measurement equipment must be installed at both ends, which is inconvenient.
また、光ファイバの一端側から他端側までの全長についてのPMDの値しか求めることができず、その間のPMDを知ることができない。 Further, only the PMD value for the entire length from one end side to the other end side of the optical fiber can be obtained, and the PMD during that time cannot be known.
これを解決するために、本願出願人は、光ファイバの一端側に直線偏波の光パルスを入射し、その入射された光パルスに対する光ファイバの後方散乱光を光ファイバの一端側で受け、その後方散乱光の各偏波成分の強度変化特性から、光ファイバの任意の区間毎のPMD、即ちPMD分布を測定する方法および装置を次の特許文献1で提案している。
In order to solve this, the applicant of the present invention enters a linearly polarized light pulse on one end side of the optical fiber, receives backscattered light of the optical fiber with respect to the incident light pulse on one end side of the optical fiber,
この方法によれば、被測定光ファイバの片端からの測定で、光ファイバのPMDの分布を求めることができ、例えば敷設済みの光ファイバに対する位置毎のPMDを正確に把握することができる。 According to this method, the PMD distribution of the optical fiber can be obtained by measurement from one end of the optical fiber to be measured. For example, the PMD at each position with respect to the installed optical fiber can be accurately grasped.
また、本願出願人は、さらに次の特許文献2において、散乱体のデポーラリゼーションを考慮に入れ、従来の3つの入射直線偏光を1つの入射直線偏光にし、ファイバのモデルに波長成分を考慮にいれて、従来の2波長以上の測定から1波長で容易に、且つより正確な測定ができるようにした光ファイバのPMD測定装置および測定方法を提案している。
Further, in the following
しかし、上記特許文献2の技術で実際に種々の光ファイバの測定を行った結果、光ファイバの種類によってはその距離が長くなる程、測定誤差が大きくなるという新たな問題を見出した。
However, as a result of actually measuring various optical fibers with the technique of
本発明は、この点を改善し、距離の長い光ファイバであっても、偏波モード分散を精度よく測定できる偏波モード分散測定装置および測定方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to improve this point and provide a polarization mode dispersion measuring apparatus and a measurement method capable of accurately measuring polarization mode dispersion even with an optical fiber having a long distance.
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の光ファイバの偏波モード分散測定装置は、
所定波長で直線偏光の光パルスを出射する光パルス発生部(21)と、
前記光パルスを被測定光ファイバの一端側に入射し、該入射した光パルスに対して前記被測定光ファイバの一端側から出射される後方散乱光を前記光パルスの入射光路と異なる光路から出射させる方向性結合器(25)と、
前記方向性結合器から出射された後方散乱光を受けて、前記被測定光ファイバの区間毎の4つのストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定手段(26、31)と、
波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列を用いて定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、少なくとも前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータを区間毎に算出するパラメータ算出手段(32、32′)と、
前記パラメータ算出手段によって算出されたパラメータに基づいて、区間毎の第1のジョーンズマトリクスを求める第1のジョーンズマトリクス算出手段(33、33′)と、
前記第1のジョーンズマトリクス算出手段によって算出された各区間の第1のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第1のジョーンズマトリクスと相関係数を用いて補正する第1の補正手段(40)と、
前記パラメータ算出手段によって算出されたパラメータに基づいて、前記所定波長と異なる波長における区間毎の第2のジョーンズマトリクスを求める第2のジョーンズマトリクス算出手段(34、34′)と、
前記第2のジョーンズマトリクス算出手段によって算出された各区間の第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第2のジョーンズマトリクスと相関係数を用いて補正する第2の補正手段(41)と、
前記第1の補正手段によって補正された第1のジョーンズマトリクスと前記第2の補正手段によって補正された第2のジョーンズマトリクスとに基づいて、前記被測定光ファイバの任意の区間の偏波モード分散を算出する偏波モード分散算出手段(35)とを備えている。
In order to achieve the above object, a polarization mode dispersion measuring apparatus for an optical fiber according to
An optical pulse generator (21) for emitting linearly polarized optical pulses at a predetermined wavelength;
The light pulse is incident on one end of the optical fiber to be measured, and backscattered light emitted from one end of the optical fiber to be measured is emitted from an optical path different from the incident optical path of the optical pulse. A directional coupler (25),
Stokes parameter measuring means (26, 31) for receiving four back-scattered light emitted from the directional coupler and measuring four Stokes parameters for each section of the measured optical fiber;
Based on the model equation of the measured optical fiber defined using a transfer function matrix including three parameters including a wavelength-dependent parameter and the four Stokes parameters, at least the elements of the transfer function matrix Parameter calculation means (32, 32 ') for calculating three included parameters for each section;
First Jones matrix calculating means (33, 33 ') for obtaining a first Jones matrix for each section based on the parameter calculated by the parameter calculating means;
First correction means (40) for correcting the first Jones matrix of each section calculated by the first Jones matrix calculation means using a first Jones matrix of a neighboring section and a correlation coefficient;
Second Jones matrix calculating means (34, 34 ') for obtaining a second Jones matrix for each section in a wavelength different from the predetermined wavelength based on the parameter calculated by the parameter calculating means;
Second correction means (41) for correcting the second Jones matrix of each section calculated by the second Jones matrix calculation means using a second Jones matrix of a neighboring section and a correlation coefficient;
Based on the first Jones matrix corrected by the first correction unit and the second Jones matrix corrected by the second correction unit, the polarization mode dispersion in an arbitrary section of the optical fiber to be measured Polarization mode dispersion calculating means (35) for calculating
また、本発明の請求項2の光ファイバの偏波モード分散測定装置は、請求項1記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置において、
前記パラメータ算出手段は、
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と少なくとも1つのパラメータからなる散乱ミュラー行列とで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記散乱ミュラー行列の要素に含まれる少なくとも1つのパラメータを区間毎に算出することを特徴としている。
An optical fiber polarization mode dispersion measuring apparatus according to
The parameter calculation means includes
Based on the model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters and a scattering Mueller matrix including at least one parameter, and the four Stokes parameters. Thus, three parameters included in the elements of the transfer function matrix and at least one parameter included in the elements of the scattering Mueller matrix are calculated for each section.
また、本発明の請求項3の光ファイバの偏波モード分散測定装置は、請求項1記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置において、
前記パラメータ算出手段は、
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを区間毎に算出することを特徴としている。
An optical fiber polarization mode dispersion measuring apparatus according to
The parameter calculation means includes
Based on a model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters including the wavelength dependency and one parameter representing suppression of the degree of polarization, and the four Stokes parameters. Thus, three parameters included in the elements of the transfer function matrix and one parameter representing the suppression of the polarization degree are calculated for each section.
また、本発明の請求項4の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、
所定波長で直線偏波の光パルスを被測定光ファイバの一端側に入射し、該光パルスに対して前記被測定光ファイバが前記一端側から出射する後方散乱光から区間毎の4つのストークスパラメータを測定する段階(S1)と、
波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列を用いて定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、少なくとも前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータを区間毎に算出する段階(S2)と、
前記算出されたパラメータに基づいて、区間毎の第1のジョーンズマトリクスを求める段階(S3)と、
前記算出されたパラメータに基づいて、前記所定波長と異なる波長における区間毎の第2のジョーンズマトリクスを求める段階(S4)と、
前記求めた各区間の第1のジョーンズマトリクスおよび第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間のジョーンズマトリクスと相関係数とを用いて補正する段階(S5)と、
前記補正された第1のジョーンズマトリクスおよび第2のジョーンズマトリクスに基づいて、前記被測定光ファイバの任意の区間の偏波モード分散を算出する段階(S6)とを含んでいる。
The optical fiber polarization mode dispersion measuring method according to
A linearly polarized optical pulse having a predetermined wavelength is incident on one end side of the optical fiber to be measured, and four Stokes parameters for each section from backscattered light emitted from the one end side by the optical fiber to be measured with respect to the optical pulse. Measuring (S1),
Based on the model equation of the measured optical fiber defined using a transfer function matrix including three parameters including a wavelength-dependent parameter and the four Stokes parameters, at least the elements of the transfer function matrix Calculating three included parameters for each section (S2);
Obtaining a first Jones matrix for each section based on the calculated parameters (S3);
Obtaining a second Jones matrix for each section at a wavelength different from the predetermined wavelength based on the calculated parameter (S4);
Correcting the determined first Jones matrix and second Jones matrix of each section using a Jones matrix and a correlation coefficient of neighboring sections (S5);
Calculating polarization mode dispersion in an arbitrary section of the measured optical fiber based on the corrected first Jones matrix and second Jones matrix (S6).
また、本発明の請求項5の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、請求項4記載の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、
前記パラメータを算出する段階は、
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と少なくとも1つのパラメータからなる散乱ミュラー行列とで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記散乱ミュラー行列の要素に含まれる少なくとも1つのパラメータを区間毎に算出することを特徴としている。
The optical fiber polarization mode dispersion measuring method according to
Calculating the parameter comprises:
Based on the model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters and a scattering Mueller matrix including at least one parameter, and the four Stokes parameters. Thus, three parameters included in the elements of the transfer function matrix and at least one parameter included in the elements of the scattering Mueller matrix are calculated for each section.
また、本発明の請求項6の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、請求項4記載の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、
前記パラメータを算出する段階は、
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを区間毎に算出することを特徴としている。
Moreover, the polarization mode dispersion measuring method for an optical fiber according to
Calculating the parameter comprises:
Based on a model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters including the wavelength dependency and one parameter representing suppression of the degree of polarization, and the four Stokes parameters. Thus, three parameters included in the elements of the transfer function matrix and one parameter representing the suppression of the polarization degree are calculated for each section.
以上説明したように、本発明の偏波モード分散測定装置および測定方法では、単一波長で且つ単一の入射偏光に対する後方散乱光からストークスパラメータを求め、そのストークスパラメータと散乱体のデポーラリゼーションを考慮したモデル式とに基づいて、所定周波数における光ファイバの伝達関数行列を決定するパラメータを区間毎に算出し、その算出されたパラメータに基づいて、所定周波数における第1のジョーンズマトリクスと所定周波数と異なる周波数における第2のジョーンズマトリクスとをそれぞれ区間毎に求め、求めた第1のジョーンズマトリクスおよび第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間のジョーンズマトリクスと相関係数とを用いて補正し、これらの補正により得られた2つのジョーンズマトリクスから光ファイバの任意の区間のPMDを算出している。 As described above, in the polarization mode dispersion measuring apparatus and measuring method of the present invention, a Stokes parameter is obtained from backscattered light with a single wavelength and a single incident polarized light, and the depolarization of the Stokes parameter and the scatterer is performed. The parameters for determining the transfer function matrix of the optical fiber at a predetermined frequency are calculated for each section on the basis of the model formula that takes into account the first Jones matrix at the predetermined frequency and the predetermined frequency based on the calculated parameter. The second Jones matrix at a different frequency from each other is obtained for each section, and the obtained first Jones matrix and second Jones matrix are corrected using the Jones matrix and the correlation coefficient of the neighboring sections, and From two Jones matrices obtained by correction of And calculates the PMD of any section of the Aiba.
このように散乱体のデポーラリゼーションを考慮して光ファイバを正確にモデル化しているので単一波長で且つ単一の入射偏光のみで必要なパラメータを算出することができ、さらに、各区間のジョーンズマトリクスを近隣の区間のジョーンズマトリクスと相関係数により補正しているので、長い光ファイバであってもその任意の区間の偏波モード分散を短時間に且つ精度よく測定することができる。 In this way, the optical fiber is accurately modeled in consideration of the depolarization of the scatterer, so that necessary parameters can be calculated only with a single wavelength and with a single incident polarization. Since the Jones matrix is corrected with the Jones matrix of the neighboring section and the correlation coefficient, the polarization mode dispersion of the arbitrary section can be measured in a short time and accurately even with a long optical fiber.
(第1の実施形態)
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
始めに、図1にしたがって本発明の実施形態のPMD測定方法を説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a PMD measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1のフローチャートは、前記した特許文献1と同様に、光パルスを用いた片端測定で、被測定光ファイバのPMDを測定するための手順を示したものであり、始めに、所定波長λで直線偏波の光パルスPを被測定光ファイバの一端側に入射し、その光パルスに対して被測定光ファイバが一端側から出射する後方散乱光に含まれる偏波成分から、被測定光ファイバの区間毎の4つのストークスパラメータを求める(S1)。
The flowchart of FIG. 1 shows a procedure for measuring PMD of an optical fiber to be measured by one-end measurement using an optical pulse, similar to the above-described
ここで、各区間毎のストークスパラメータは、後方散乱光から基準となる0度の偏波成分I0、I0に対して90度の角度をもつ偏波成分I90、I0に対して45度の角度をもつ偏波成分I45および円偏波成分ICを、被測定光ファイバに光パルスPが入射されたタイミングから、例えば、その光パルスが被測定光ファイバの遠端に到達して、その遠端からの後方散乱光が入射端に戻るのに必要に時間が経過するまで観測し、その観測結果に基づいて算出する。 Here, the Stokes parameter for each section is 45 for the polarization components I 90 and I 0 having an angle of 90 degrees with respect to the polarization components I 0 and I 0 of 0 degrees as the reference from the backscattered light. the polarization component I 45 and a circularly polarized wave component I C having an angle in degrees, from the timing of the optical pulse P is incident on the measured optical fiber, for example, the light pulse reaches the far end of the optical fiber under test Thus, the observation is performed until the time necessary for the backscattered light from the far end to return to the incident end passes, and the calculation is performed based on the observation result.
そして、求めた区間毎のストークスパラメータと、波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と少なくとも1つのパラメータからなる散乱ミュラー行列とで定義される光ファイバのモデル式とに基づいて、被測定光ファイバの任意の区間の所定波長λにおける伝達関数行列の3つのパラメータおよび散乱ミュラー行列の少なくとも1つのパラメータを算出する(S2)。 Then, based on the Stokes parameter for each obtained section, and an optical fiber model equation defined by a transfer function matrix including three parameters including a wavelength-dependent parameter and a scattering Mueller matrix including at least one parameter. Then, at least one parameter of the transfer function matrix and the scattering Mueller matrix at a predetermined wavelength λ in an arbitrary section of the optical fiber to be measured is calculated (S2).
なお、この散乱ミュラー行列のパラメータは、上記ストークスパラメータの精度を上げることにより、複数のパラメータを算出することが可能である。ここでは、パラメータが1つの場合について説明するが、複数のパラメータを算出して使用してもよい。 Note that a plurality of parameters can be calculated as the parameters of the scattering Mueller matrix by increasing the accuracy of the Stokes parameters. Here, although the case where there is one parameter will be described, a plurality of parameters may be calculated and used.
以下、上記処理S1、S2について説明する。
図2のように、被測定光ファイバ1のある長さZの区間1′を仮定し、その入射端(図2では左端)から散乱点(右端)までの片道の伝達関数行列をTzとすると、これをミュラー(muller)行列に変換した行列をMz、転置行列Tztに対応するミュラー行列をMz′とし、さらに散乱行列をRzとおけば、往復のミュラー行列Fzは、次のように表すことができる。
Hereinafter, the processes S1 and S2 will be described.
As shown in FIG. 2, assuming a
Fz=Mz′・Rz・Mz ……(1) Fz = Mz ′ · Rz · Mz (1)
ここで、光の角周波数ωにおける伝達関数行列T(ω)は、3つのパラメータΦ、Θ、Ψを用いて次式(2)のように表す。 Here, the transfer function matrix T (ω) at the angular frequency ω of light is expressed by the following equation (2) using three parameters Φ, Θ, and Ψ.
即ち、伝達関数行列T(ω)は、3つのパラメータΦ、Θ、Ψの自由度をもつ伝達関数で表現される。 That is, the transfer function matrix T (ω) is expressed by a transfer function having three parameters Φ, Θ, and Ψ.
ここで、パラメータΦは伝搬する光の直交2偏波間の初期位相差を表し、パラメータΘは伝搬する光の直交2偏波の主軸に対する回転角を表し、パラメータΨは、伝搬する光の直交2偏波間の位相差を表している。 Here, the parameter Φ represents the initial phase difference between the two orthogonal polarizations of the propagating light, the parameter Θ represents the rotation angle with respect to the main axis of the two orthogonal polarizations of the propagating light, and the parameter Ψ is the orthogonal 2 of the propagating light. It represents the phase difference between the polarized waves.
また、レーリー散乱行列Rは、散乱体が対称面を持った粒子の集合体であると仮定すると、次式(3)のミュラー行列で表される。 The Rayleigh scattering matrix R is represented by the Mueller matrix of the following equation (3), assuming that the scatterer is an aggregate of particles having a symmetric surface.
したがって、散乱行列(ミュラー)は、2つのパラメータa1、a2の自由度を持っている(ただし、後述するようにパラメータa1は、測定データから既知となる)。 Therefore, the scattering matrix (Müller) has the freedom of two parameters a 1 and a 2 (however, as will be described later, the parameter a 1 is known from the measurement data).
散乱行列は、入射光の4つのストークスパラメータ(I,Q,U,V)と出射光のストークスパラメータ(I′,Q′,U′,V′)で表現され、観測によって得られた波形と比較することができる。そのときの関係式は次式(4)となる。 The scattering matrix is expressed by the four Stokes parameters (I, Q, U, V) of the incident light and the Stokes parameters (I ', Q', U ', V') of the outgoing light, and the waveform obtained by observation. Can be compared. The relational expression at that time becomes the following expression (4).
また、ストークスパラメータ(I,Q,U,V)と、各偏波成分の強度I0〜ICとは、次式(5)のように関係付けられる。ただし、Ex、Eyは直交成分の振幅、記号*は共役を示す。 Further, the Stokes parameters (I, Q, U, V) and the intensities I 0 to I C of the respective polarization components are related as shown in the following equation (5). Here, Ex and Ey are orthogonal component amplitudes, and the symbol * indicates conjugate.
また、式(4)により、次式(6)、(7)が得られる。 Moreover, following Formula (6) and (7) is obtained by Formula (4).
I′=a1・I, Q′=a2・Q ……(6) I ′ = a 1 · I, Q ′ = a 2 · Q (6)
I0′+I90′=a1(I0+I90)
I0′−I90′=a2(I0−I90)
……(7)
I 0 '+ I 90 ' = a 1 (I 0 + I 90 )
I 0 '-I 90' = a 2 (I 0 -I 90)
...... (7)
上記式(7)の関係から、前記式(4)は、次式(8)のように表すことができる(R′は散乱行列)。 From the relationship of the above formula (7), the formula (4) can be expressed as the following formula (8) (R ′ is a scattering matrix).
ここで、入射光は直線偏光なので、I0=1、I90=I45=IC=0となり、式(7)から、a1=I0′+I90′で測定データから既知となり、散乱行列R′は、結局a2の自由度となる。 Here, since the incident light is linearly polarized light, I 0 = 1, I 90 = I 45 = I C = 0, and from equation (7), it becomes known from the measurement data as a 1 = I 0 ′ + I 90 ′, and is scattered The matrix R ′ eventually has a 2 degrees of freedom.
以上により、4種類の偏波成分の測定データのうち、入射端から距離Zだけ離れた地点から戻る散乱光についての測定データに対して、伝達関数行列Tの3つのパラメータ(Φ,Θ,Ψ)と散乱ミュラー行列Mの1つのパラメータa2が決定できれば、前記した伝達関数行列T(ω)を計算できる。 As described above, the three parameters (Φ, Θ, Ψ) of the transfer function matrix T with respect to the measurement data of the scattered light returning from the point separated from the incident end by the distance Z among the measurement data of the four types of polarization components. ) And one parameter a 2 of the scattering Mueller matrix M can be determined, the transfer function matrix T (ω) described above can be calculated.
ただし、伝達関数行列T(ω)は2行2列であるのに対し、散乱行列R′は4行4列であるため、このままの形では計算できない。 However, since the transfer function matrix T (ω) has 2 rows and 2 columns, the scattering matrix R ′ has 4 rows and 4 columns, and thus cannot be calculated as it is.
そこで、次式(9)のように、伝達関数行列Tを4行4列のミュラー行列Mに置き換える。 Therefore, the transfer function matrix T is replaced with a 4 × 4 Mueller matrix M as shown in the following equation (9).
このように置き換えた場合、伝達関数行列Tと散乱ミュラー行列Mの要素は、次の各式(10−1)〜(10−16)の関係を満たす。 When replaced in this way, the elements of the transfer function matrix T and the scattering Mueller matrix M satisfy the following relationships (10-1) to (10-16).
M11
=(|T11|2+|T12|2+|T21|2+|T22|2)/2
……(10−1)
M11
= (| T11 | 2 + | T12 | 2 + | T21 | 2 + | T22 | 2 ) / 2
(10-1)
M12
=(|T11|2−|T12|2+|T21|2−|T22|2)/2
……(10−2)
M12
= (| T11 | 2 − | T12 | 2 + | T21 | 2 − | T22 | 2 ) / 2
(10-2)
M13
=−Re(T11・T12*+T22・T21*) ……(10−3)
M13
= −Re (T11 · T12 * + T22 · T21 * ) (10-3)
M14
=−Im(T11・T12*−T22・T21*) ……(10−4)
M14
= −Im (T11 · T12 * −T22 · T21 * ) (10-4)
M21
=(|T11|2+|T12|2−|T21|2−|T22|2)/2
……(10−5)
M21
= (| T11 | 2 + | T12 | 2 − | T21 | 2 − | T22 | 2 ) / 2
...... (10-5)
M22
=(|T11|2−|T12|2−|T21|2+|T22|2)/2
……(10−6)
M22
= (| T11 | 2 − | T12 | 2 − | T21 | 2 + | T22 | 2 ) / 2
...... (10-6)
M23
=−Re(T11・T12*−T22・T21*) ……(10−7)
M23
= -Re (T11 * T12 * -T22 * T21 * ) (10-7)
M24
=−Im(T11・T12*+T22・T21*) ……(10−8)
M24
= −Im (T11 · T12 * + T22 · T21 * ) (10-8)
M31
=−Re(T11・T21*+T22・T12*) ……(10−9)
M31
= -Re (T11 * T21 * + T22 * T12 * ) (10-9)
M32
=−Re(T11・T21*−T22・T12*) ……(10−10)
M32
= -Re (T11 * T21 * -T22 * T12 * ) (10-10)
M33
=Re(T11・T22*+T12・T21*) ……(10−11)
M33
= Re (T11 · T22 * + T12 · T21 * ) (10-11)
M34
=−Im(T11・T22*+T21・T21*) ……(10−12)
M34
= −Im (T11 · T22 * + T21 · T21 * ) (10-12)
M41
=−Im(T21・T11*+T22・T12*) ……(10−13)
M41
= −Im (T21 · T11 * + T22 · T12 * ) (10-13)
M42
=−Im(T21・T11*−T22・T12*) ……(10−14)
M42
= −Im (T21 · T11 * −T22 · T12 * ) (10-14)
M43
=Im(T22・T11*−T12・T12*) ……(10−15)
M43
= Im (T22 * T11 * -T12 * T12 * ) (10-15)
M44
=Re(T22・T11*−T12・T21*) ……(10−16)
M44
= Re (T22 * T11 * -T12 * T21 * ) (10-16)
この行列Mを用いて前記式(1)を表せば、次式(11)のようになる。 When Expression (1) is expressed using this matrix M, the following Expression (11) is obtained.
Fz=Mz′・Rz′・Mz ……(11) Fz = Mz ′ · Rz ′ · Mz (11)
この式(11)を、前記式(8)、(9)を用いて書き直すと、以下の式(12)となる。 When this formula (11) is rewritten using the formulas (8) and (9), the following formula (12) is obtained.
上記式(12)が、被測定光ファイバ1について定義されたモデル式となり、これを計算することで、4つの未知のパラメータ(Φ,Θ,Ψ,a2)を算出することができる。なお、詳述しないが、このパラメータの算出にはマーカット(marquatd)法を用いている。
The above equation (12) is a model equation defined for the
これにより、被測定光ファイバ1の区間1′における片道の伝達関数行列Tの3つのパラメータと散乱行列R′の1つのパラメータが決定する。
Thereby, three parameters of the one-way transfer function matrix T and one parameter of the scattering matrix R ′ in the
また、図3に示すように、被測定光ファイバ1の全長を単位長区間に分け、入力端からm−1番目の区間までの伝達関数行列をTm−1、m番目の区間までの伝達関数行列をTmとし、m番目の区間の伝達関数行列をtmとすれば、次の関係が成り立つ。
Also, as shown in FIG. 3, the entire length of the
Tm=tm・Tm−1, tm=Tm・Tm−1 −1 ……(13) T m = t m · T m−1 , t m = T m · T m−1 −1 (13)
つまり、m−1番目までの伝達関数行列Tm−1と、m番目までの伝達関数行列Tmとが求まれば、上記式(13)からm番目の区間の伝達関数行列tmを算出できる。 In other words, calculated to the transfer function matrix T m-1 to m-1 th, if Motomare and the transfer function matrix T m of a to m-th, the transfer function matrix t m of the m-th interval from the above equation (13) it can.
m番目の区間のパラーメータをΦm、Θm、Ψmを用いて伝達関数行列tを表すと以下の式(14)となる。 When the transfer function matrix t is expressed using Φ m , Θ m , and Ψ m as parameters of the m-th section, the following equation (14) is obtained.
したがって、任意のn番目の区間までの伝達関数行列Tnは、次式(15)で表すことができる。 Therefore, the transfer function matrix T n up to an arbitrary n-th section can be expressed by the following equation (15).
次に、波長が異なる光に対する伝達関数行列の要素に含まれるパラメータを演算によって求める。 Next, parameters included in the elements of the transfer function matrix for light having different wavelengths are obtained by calculation.
即ち、伝達関数行列Tの要素を決定する3種類のパラメータΦm、Ψm、Θmのうち、Θm以外の2つのパラメータΦm、Ψmは波長依存性を持っており、入射光の角周波数ωについて、それぞれ以下のように表されることが知られている。 That is, of the three parameters Φ m , Ψ m , and Θ m that determine the elements of the transfer function matrix T, the two parameters Φ m and Ψ m other than Θ m have wavelength dependence, and the incident light It is known that the angular frequency ω is expressed as follows.
Φm=k1,m・ω, Ψm=k2,m・ω ……(16)
ただし、k1、k2は、位相と角周波数とを関係付ける係数
Φ m = k 1, m · ω, Ψ m = k 2, m · ω (16)
Here, k 1 and k 2 are coefficients that relate the phase and the angular frequency.
したがって、m番目の第1ジョーンズマトリクスTm(ω)は、以下の式(17)のように表される(S3)。 Therefore, the m-th first Jones matrix Tm (ω) is expressed as the following Expression (17) (S3).
また、ωをΔω変化させたω+Δωを用いて式(17)により、第2ジョーンズマトリクスT(ω+Δω)を各区間毎に算出する(S4)。 Further, the second Jones matrix T (ω + Δω) is calculated for each section by using equation (17) using ω + Δω obtained by changing ω by Δω (S4).
上記演算により、被測定ファイバ1の任意の区間の伝達関数行列および任意の区画までの伝達関数行列を計算することができ、これらを用いて任意の区間の偏波モード分散を算出することができる。
By the above calculation, the transfer function matrix of an arbitrary section of the measured
ただし、本願出願人は、種々の光ファイバに対して実際に測定した結果、距離が長い光ファイバに対して得られた測定結果に比較的大きな誤差が生じるという新たな問題を見出した。 However, as a result of actually measuring various optical fibers, the applicant of the present application has found a new problem that a relatively large error occurs in a measurement result obtained for an optical fiber having a long distance.
この誤差は、隣接する区間の伝達関数行列の相関性を考慮していない結果によるものと予想され、本発明ではその相関性を考慮した補正演算を行うことで、距離の長い光ファイバであっても高い精度で偏波モード分散を算出できるようにしている(S5)。 This error is expected to be due to the result of not considering the correlation of the transfer function matrix of the adjacent section, and in the present invention, by performing a correction calculation considering the correlation, an optical fiber having a long distance can be obtained. The polarization mode dispersion can be calculated with high accuracy (S5).
前記演算で区間毎に得られたパラメータΦm、Ψm、Θmから求められるジョーンズマトリクスTm(ω)に対して、Θmは符号の違いによる解が2つ存在する。このとき、m+1、m、m−1、m−2番目の区間までのジョーンズマトリクスと相関の強さを表す相関係数gとを用いて、次の補正モデル式(18)において、εが最小となるΘm′を定める。 The Jones matrix T m (ω) obtained from the parameters Φ m , Ψ m , and Θ m obtained for each section by the above calculation has two solutions for Θ m due to the difference in sign. At this time, using the Jones matrix up to the m + 1, m, m−1, and m−2nd sections and the correlation coefficient g representing the strength of correlation, ε is minimum in the following correction model equation (18). Θ m ′ is determined as follows.
ε=|Tm(ω)−tm(ω)Tm−1(ω)|2
+g|Tm+1(ω)−tm(ω)Tm(ω)|2
+g|Tm−1(ω)−tm(ω)Tm−2(ω)|2 ……(18)
ε = | T m (ω) −t m (ω) T m−1 (ω) | 2
+ G | T m + 1 (ω) −t m (ω) T m (ω) | 2
+ G | T m−1 (ω) −t m (ω) T m−2 (ω) | 2 (18)
このようにして定めたパラメータΘm′と、前述のパラメータΦm、Ψm とを前記式(17)に用いて、次式(17′)のように、補正された第1ジョーンズマトリクスTm(ω)′を求めている。 Using the parameter Θ m ′ determined in this way and the above-mentioned parameters Φ m and Ψ m in the above equation (17), the corrected first Jones matrix T m as in the following equation (17 ′) is used. (Ω) ′ is sought.
また、第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)に対しても同様に、次の補正モデル式(19)により、εが最小となるΘm′を定める。 Similarly, for the second Jones matrix T m (ω + Δω), Θ m ′ that minimizes ε is determined by the following correction model equation (19).
ε=|Tm(ω+Δω)−tm(ω+Δω)Tm−1(ω+Δω)|2
+g|Tm+1(ω+Δω)−tm(ω+Δω)Tm(ω+Δω)|2
+g|Tm−1(ω+Δω)−tm(ω+Δω)Tm−2(ω+Δω)|2
……(19)
ε = | T m (ω + Δω) −t m (ω + Δω) T m−1 (ω + Δω) | 2
+ G | T m + 1 (ω + Δω) −t m (ω + Δω) T m (ω + Δω) | 2
+ G | T m−1 (ω + Δω) −t m (ω + Δω) T m−2 (ω + Δω) | 2
...... (19)
このようにして定めたパラメータΘm′と、前述のパラメータΦm、Ψmとを前記式(17)に用いて、次式(17″)のように、補正された第2ジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)′を求めている。 Using the parameter Θ m ′ determined in this way and the above-mentioned parameters Φ m and Ψ m in the above equation (17), the corrected second Jones matrix T m as in the following equation (17 ″) is used. (Ω + Δω) ′ is obtained.
ここで、相関係数gは、偏波モード分散の値が既知の長い光ファイバを測定して決められた値であり、この補正モデル式を用いて各区間のジョーンズマトリクスを補正することで、偏波モード分散の値が未知の長い光ファイバを精度よく測定できることを確認している。 Here, the correlation coefficient g is a value determined by measuring a long optical fiber whose polarization mode dispersion value is known, and by correcting the Jones matrix of each section using this correction model formula, It has been confirmed that a long optical fiber whose polarization mode dispersion value is unknown can be accurately measured.
そして、PMDを前記非特許文献1と同様に、次式(20)で示すPMD演算子D(ω)を用いて算出する(S6)。 And PMD is calculated using PMD operator D ((omega)) shown by following Formula (20) similarly to the said nonpatent literature 1 (S6).
なお、被測定光ファイバ1の全長にわたるPMDの分布を求める場合には、全ての区間毎のPMDを求める。
In addition, when calculating | requiring PMD distribution over the full length of the to-be-measured
次に、上記方法に基づくPMD測定装置の実施形態について説明する。
図4は、本発明を適用したPMD測定装置20の構成を示している。
Next, an embodiment of a PMD measuring apparatus based on the above method will be described.
FIG. 4 shows the configuration of a
図4において、光パルス発生部21は、半導体レーザ22をパルス発生器23から出力されるパルス信号Epによって励起して、波長および幅が一定の光パルスPを出射させ、その光パルスPを偏光子24に入射して、偏波方向が一定の直線偏光の光パルスP′を出射する。
In FIG. 4, an
方向生結合器25は、光パルス発生部21から出射された光パルスP′を端子20aを介して被測定光ファイバ1の一端側に入射し、その入射した光パルスP′に対して被測定光ファイバ1の一端側から出射される後方散乱光Psを光パルスP′の入射光路と異なる光路から出射させる。
The direction biocoupler 25 makes the optical pulse P ′ emitted from the
この後方散乱光Psは、例えば、図5に示すように、時間(光パルスの進行距離)の経過とともに減衰(一部で反射して強度が増大する場合もある)し、光ファイバの遠端で大きく減衰する。 For example, as shown in FIG. 5, the backscattered light Ps attenuates (may be reflected in part and increases in intensity) with the passage of time (travel distance of the optical pulse), and the far end of the optical fiber. It attenuates greatly at.
偏波受光部26は、後述するストークスパラメータ取得手段31とともにこの実施形態のストークスパラメータ測定手段を構成するものであり、方向性結合器25から出射された後方散乱光Psを受けて、その後方散乱光Psに含まれる異なる複数の偏波成分を抽出し、各偏波成分の時間毎の強度をそれぞれ測定する。
The polarization
この偏波受光部26は、例えば図6に示しているように、方向性結合器22から出射された後方散乱光Psを偏波分離器27で受けて前記した4種類の偏波成分I0〜ICを光学的に分離抽出し、その各偏波成分I0〜ICをそれぞれ受光器28a〜28dで受光して、その受光信号をそれぞれA/D変換器29a〜29dによって所定周期でサンプリングしてディジタル値に変換し、これを各偏波成分の強度を表す信号I0(k)〜IC(k)(都合上偏波成分と同一記号を用いる)として演算処理部30に時系列に出力する(k=1,2,…)。
For example, as shown in FIG. 6, the
コンピュータ構成の演算処理部30は、ストークスパラメータ取得手段31、、パラメータ算出手段32、第1のジョーンズマトリクス算出手段33、第2のジョーンズマトリクス算出手段34、第1の補正手段40、第2の補正手段41およびPMD算出手段35を有している。
The
ストークスパラメータ取得手段31は、光パルス発生部21が光パルスP′を出射したタイミングから所定時間が経過するまでの間に、偏波受光部26から出力される偏波成分毎の強度信号I0(k)〜IC(k)を取得して、取得した信号から、前記式(5)にしたがって、被測定光ファイバ1の各区間(前記サンプリング周期に対応した長さを最小とする区間)毎のストークスパラメータ(I,Q,U,V)を求める。
The Stokes parameter acquisition means 31 is an intensity signal I 0 for each polarization component output from the
なお、実際の演算で必要なパラメータは、前記式(8)、(12)で示しているように、測定値I0、I90を含む4つのパラメータ(I0,I90,U,V)であり、ここでは、この測定値を含む4つのパラメータもストークスパラメータと呼ぶ。 The parameters necessary for actual calculation are four parameters (I 0 , I 90 , U, V) including measured values I 0 , I 90 , as shown in the equations (8), (12). Here, the four parameters including the measured values are also referred to as Stokes parameters.
また、この信号取得時間は測定対象区間に応じて任意であるが、被測定光ファイバ1の全長にわたるPMDを測定する場合には、被測定光ファイバ1に入射された光パルスが遠端に到達し、その遠端からの後方散乱光が入射端に到達するのに必要な時間までとする。
The signal acquisition time is arbitrary depending on the section to be measured, but when measuring PMD over the entire length of the
パラメータ算出手段32は、波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータ(Φ,Ψ,Θ)からなる伝達関数行列Mと少なくとも1つのパラメータ(a2)からなる散乱ミュラー行列R′とで定義される被測定光ファイバの前記モデル式(12)と、ストークスパラメータ取得手段31によって取得された4つのストークスパラメータとに基づいて、伝達関数行列Tの3つのパラメータと散乱ミュラー行列の少なくとも1つのパラメータとを区間毎に算出する。 The parameter calculation means 32 is defined by a transfer function matrix M including three parameters (Φ, Ψ, Θ) and a scattering Mueller matrix R ′ including at least one parameter (a 2 ), including parameters having wavelength dependency. Three parameters of the transfer function matrix T and at least one parameter of the scattering Mueller matrix based on the model equation (12) of the optical fiber to be measured and the four Stokes parameters acquired by the Stokes parameter acquisition means 31. Is calculated for each section.
即ち、前記したPMDの測定方法で示したモデル式(12)に関わる計算を行なって、4つのパラメータ(Φ,Ψ,Θ,a2)を各区間毎に求める。 That is, the calculation related to the model equation (12) shown in the PMD measurement method is performed to obtain four parameters (Φ, Ψ, Θ, a 2 ) for each section.
第1のジョーンズマトリクス算出手段33は、パラメータ算出手段32によって得られたパラメータに基づいて、所定波長λ、つまり角周波数ωについての第1ジョーンズマトリクスTm(ω)を前記式(17)にしたがって、区間毎に算出する。
Based on the parameter obtained by the
また、第2のジョーンズマトリクス算出手段34は、パラメータ算出手段32によって算出されたパラメータのうち、前記式(16)で示した波長依存性をもつパラメータの角周波数ω+Δωにおける値を求めて、そのパラメータについての第2ジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)を前記式(17)にしたがって区間毎に算出する。 Further, the second Jones matrix calculating means 34 obtains the value at the angular frequency ω + Δω of the parameter having the wavelength dependence shown in the equation (16) among the parameters calculated by the parameter calculating means 32, and the parameter The second Jones matrix Tm (ω + Δω) for is calculated for each section according to the equation (17).
そして、第1の補正手段40は、第1のジョーンズマトリクス算出手段33によって算出された各区間の第1のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第1のジョーンズマトリクスと相関係数gを用いてパラメータΘ′を定め、改めて算出することで補正し、第2の補正手段41は、第2のジョーンズマトリクス算出手段34によって算出された各区間の第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第2のジョーンズマトリクスと相関係数gを用いてパラメータΘ′を定めて改めて算出することで補正する。
Then, the first correction means 40 uses the first Jones matrix of each section calculated by the first Jones matrix calculation means 33 as a parameter using the first Jones matrix of the neighboring section and the correlation coefficient g. The second correction unit 41 determines the second Jones matrix of each section calculated by the second Jones
PMD算出手段35は、第1の補正手段40および第2の補正手段41によって補正された第1のジョーンズマトリクスTm(ω)′と第2ジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)′について、例えば、前記非特許文献1と同様に、前記式(20)で示したPMD演算子D(ω)を用いて、被測定光ファイバの任意の区間あるいは任意の区間までの偏波モード分散PMD(Δτ)を算出する。なお、このPMDの算出方法は上記のようにPMD演算子D(ω)を用いた方法以外に他の周知の方法を用いることもできる。
The PMD calculating unit 35 uses the first Jones matrix Tm (ω) ′ and the second Jones matrix Tm (ω + Δω) ′ corrected by the first correcting
次に、測定結果の一例を説明する。図7は、長さ500m、PMD値0.05psの光ファイバA、長さ500m、PMD値0.07psの光ファイバBおよび長さ1000m、PMD値0.02psの光ファイバCを繋いで測定対象とし、光ファイバA側から上記演算により求めたPMDの測定結果を示している。なお、このとき用いた相関係数gの値は、10−19.5(=3.162×10−20)である。 Next, an example of the measurement result will be described. FIG. 7 shows an object to be measured by connecting an optical fiber A having a length of 500 m and a PMD value of 0.05 ps, an optical fiber B having a length of 500 m and a PMD value of 0.07 ps, and an optical fiber C having a length of 1000 m and a PMD value of 0.02 ps. The measurement results of PMD obtained from the above calculation from the optical fiber A side are shown. Note that the value of the correlation coefficient g used at this time is 10 −19.5 (= 3.162 × 10 −20 ).
図中の点線は理論値、破線は上記補正処理を行わないときの演算結果であり、この図から上記補正処理を用いた測定結果が十分な精度を有していることが判る。 The dotted line in the figure is the theoretical value, and the broken line is the calculation result when the correction process is not performed. From this figure, it can be seen that the measurement result using the correction process has sufficient accuracy.
また、図8は、図7の測定対象にさらに長さ2000m、PMD値0.12psの光ファイバDを追加したときの測定結果であり、距離がさらに長くなっても測定結果の精度が十分高いことがわかる。 FIG. 8 shows a measurement result when an optical fiber D having a length of 2000 m and a PMD value of 0.12 ps is added to the measurement target of FIG. 7, and the accuracy of the measurement result is sufficiently high even if the distance is further increased. I understand that.
このように、第1の実施形態のPMD測定装置および測定方法では、光ファイバについて散乱体のデポーラリゼーションを考慮するとともに、単一波長で且つ単一の入射偏光に対する後方散乱光から得られる4種類のストークスパラメータと関連付けされたモデル式を定義し、そのモデル式と測定データから得られたストークスパラメータとに基づいて、光の角周波数ωにおける光ファイバ1の伝達関数行列を決定するパラメータを算出し、その算出されたパラメータに基づいて角周波数ωにおける第1のジョーンズマトリクスTm(ω)を求め、光の角周波数ω+Δωについてのパラメータを演算で求めて、それについての第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)を求め、さらに近隣の区間の相関を考慮して各ジョーンズマトリクスを補正し、その補正されたジョーンズマトリクスから光ファイバのPMDを算出している。
As described above, in the PMD measuring apparatus and the measuring method according to the first embodiment, the depolarization of the scatterer is taken into consideration for the optical fiber, and obtained from the backscattered light with a single wavelength and a
つまり、光ファイバ1を、散乱体のデポーラリゼーションを考慮して正確にモデル化しているので、単一波長で且つ単一の入射偏光で必要なパラメータを算出することができ、測定のための時間が従来(特許文献1)の1/6で済み、さらに近隣の区間の相関を考慮してジョーンズマトリクスを補正しているので、光ファイバの任意の区間のPMDを、その長さによらずに短時間に且つ精度よく測定することができる。
In other words, since the
(第2の実施形態)
前述の実施の形態においては、散乱体が対称面を持った粒子の集合体であると仮定したが、散乱体が球面を持った粒子の集合体と考えることもできる。このとき、前述の式(3)で表した散乱行列においてa1=a2となり、次式(21)のミュラー行列で表すことができる。
(Second Embodiment)
In the above-described embodiment, it is assumed that the scatterer is an aggregate of particles having a plane of symmetry, but the scatterer can also be considered as an aggregate of particles having a spherical surface. At this time, a 1 = a 2 in the scattering matrix represented by the above-described equation (3), and can be represented by the Mueller matrix of the following equation (21).
ここで、前述のように入射光は直線偏光なので、a1は測定データから既知となる。従って、上記式(21)のミュラー行列R″は既知となる。 Since the incident light as previously described linearly polarized light, a 1 consists of measurement data and known. Therefore, the Mueller matrix R ″ of the above equation (21) is known.
そこで、上記式(21)を前述の式(12)に当てはめると、出射光のストークスパラメータ(I0′,I90′,U′,V′)は、入射光の4つのストークスパラメータ(I0,I90,U,V)で表現され、観測によって得られた波形と比較することができる。そのときの関係式は、次式(22)となる。 Therefore, when the above equation (21) is applied to the above equation (12), the Stokes parameters (I 0 ′, I 90 ′, U ′, V ′) of the emitted light are the four Stokes parameters (I 0 ) of the incident light. , I 90 , U, V) and can be compared with the waveform obtained by observation. The relational expression at that time becomes the following expression (22).
上記式(22)において、出射光のストークスパラメータは、DOP(Degree of Polarization、偏光度)の抑圧を表すパラメータδを用いて次式(23)で計算できる(*は共役複素数を示す)。 In the above equation (22), the Stokes parameter of the emitted light can be calculated by the following equation (23) using a parameter δ representing suppression of DOP (Degree of Polarization) (* indicates a conjugate complex number).
上記式(23)のA1、A2、A3、A4はジョーンズマトリクスJの各要素であり、次式(24)に示すとおり、伝達関数行列T(ω)として表される。 A1, A2, A3, and A4 in the above equation (23) are elements of the Jones matrix J, and are expressed as a transfer function matrix T (ω) as shown in the following equation (24).
従って、散乱体が球面を持った粒子の集合体と考えた場合、DOPの抑圧を表すパラメータδを含む4つのパラメータ(Φ、Θ、Ψ、δ)を、前述の式(22)からマーカット(Marquatd)法を適応して算出することができる。 Accordingly, when the scatterer is considered to be an aggregate of particles having a spherical surface, four parameters (Φ, Θ, Ψ, δ) including a parameter δ representing suppression of DOP are expressed by the Markut ( Marquatd) method can be applied and calculated.
ここで、前述の第1の実施形態で、前述の式(13)、(14)、(15)、(16)、(17)について説明したように、被測定光ファイバ1の全長を単位長区間に分けたとき、入力端からm番目の区間のパラメータΦm、Θm、Ψmを用いて、m番目の第1のジョーンズマトリクスTm(ω)と第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)とを算出できる。
Here, in the first embodiment described above, the total length of the
そこで、前述の式(22)により、入力端からm番目の区間のパラメータΦm、Θm、Ψmを求める。そして、前述の第1の実施形態と同様に、m番目の第1のジョーンズマトリクスTm(ω)と第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)とを算出し、補正された第1のジョーンズマトリクスTm(ω)′と補正された第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)′とを求め、PMDを算出する。この部分は、前述の第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Therefore, the parameters Φm, Θm, and Ψm of the mth section from the input end are obtained by the above-described equation (22). Similarly to the first embodiment described above, the m-th first Jones matrix Tm (ω) and the second Jones matrix Tm (ω + Δω) are calculated, and the corrected first Jones matrix Tm ( ω) ′ and the corrected second Jones matrix Tm (ω + Δω) ′ are obtained to calculate PMD. Since this part is the same as that of the first embodiment described above, description thereof is omitted.
図9のフローチャートは、本発明の第2の実施形態における、被測定光ファイバのPMDを測定するための手順を示したものである。図1のフローチャートと同一の手順の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。 The flowchart of FIG. 9 shows the procedure for measuring the PMD of the optical fiber under measurement in the second embodiment of the present invention. The same steps as those in the flowchart of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
ステップS1で区間毎のストークスパラメータが求まると、このストークスパラメータと、波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータ(Φ、Ψ、Θ)からなる伝達関数行列および偏光度の抑圧を表す1つのパラメータδで定義される前記被測定光ファイバのモデル式(22)とに基づいて、被測定光ファイバの任意の区間の伝達関数行列Tの3つのパラメータと偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを算出する(S2′)。 When the Stokes parameter for each section is obtained in step S1, the Stokes parameter, a transfer function matrix including three parameters (Φ, Ψ, Θ) including parameters having wavelength dependence, and one parameter representing suppression of the polarization degree. Based on the model equation (22) of the optical fiber to be measured defined by δ, three parameters of the transfer function matrix T in an arbitrary section of the optical fiber to be measured and one parameter representing suppression of the degree of polarization are obtained. Calculate (S2 ').
そして、算出されたこれらのパラメータに基づいて、所定波長λ、つまり角周波数ωについての第1のジョーンズマトリクスT(ω)を前記式(17)にしたがって、区間毎に算出する(S3′)。 Based on these calculated parameters, the first Jones matrix T (ω) for the predetermined wavelength λ, that is, the angular frequency ω, is calculated for each section according to the equation (17) (S3 ′).
また、算出されたこれらのパラメータに基づいて、ωをΔω変化させたω+Δωを用いて、第2のジョーンズマトリクスT(ω+Δω)を前記式(17)にしたがって、区間毎に算出する(S4′)。以後の手順は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Further, based on these calculated parameters, the second Jones matrix T (ω + Δω) is calculated for each section according to the equation (17) using ω + Δω obtained by changing ω by Δω (S4 ′). . Since the subsequent procedure is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
図10は、本発明の第2の実施形態を適用したPMD測定装置20′の構成を示している。図4で示したPMD測定装置20と同一の機能の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。
FIG. 10 shows a configuration of a
パラメータ算出手段32′は、波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータ(Φ、Ψ、Θ)からなる伝達関数行列と偏光度の抑圧を表す1つのパラメータδとで定義される前記被測定光ファイバのモデル式(22)と、ストークスパラメータ取得手段31によって取得された4つのストークスパラメータとに基づいて、伝達関数行列Tの3つのパラメータと偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを区間毎に算出する。 The parameter calculating means 32 'includes the light to be measured defined by a transfer function matrix including parameters having wavelength dependency and including three parameters (Φ, Ψ, Θ) and one parameter δ representing suppression of polarization degree. Based on the fiber model equation (22) and the four Stokes parameters acquired by the Stokes parameter acquisition means 31, three parameters of the transfer function matrix T and one parameter representing the suppression of the degree of polarization are obtained for each section. calculate.
第1のジョーンズマトリクス算出手段33′は、パラメータ算出手段32′によって得られたパラメータに基づいて、所定波長λ、つまり角周波数ωについての第1のジョーンズマトリクスTm(ω)を前記式(17)にしたがって、区間毎に算出する。 Based on the parameter obtained by the parameter calculation means 32 ′, the first Jones matrix calculation means 33 ′ obtains the first Jones matrix Tm (ω) for the predetermined wavelength λ, that is, the angular frequency ω, by the above equation (17). The calculation is performed for each section.
第2のジョーンズマトリクス算出手段34′は、パラメータ算出手段32′によって得られたパラメータのうち、前記式(16)で示した波長依存性をもつパラメータの角周波数ω+Δωにおける値を求めて、そのパラメータについての第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)を前記式(17)にしたがって、区間毎に算出する。その他の部分の構成は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 The second Jones matrix calculating means 34 ′ obtains the value at the angular frequency ω + Δω of the parameter having the wavelength dependence shown in the equation (16) among the parameters obtained by the parameter calculating means 32 ′, and the parameter The second Jones matrix Tm (ω + Δω) for is calculated for each section according to the equation (17). Since the configuration of other parts is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted.
図11に、第2の実施形態の測定結果の例を示す。図11は、長さ2000m、PMD値0.16psの光ファイバE、長さ2000m、PMD値0.12psの光ファイバD、長さ500m、PMD値0.14psの光ファイバA、長さ500m、PMD値0.1psの光ファイバB、長さ1000m、PMD値0.02psの光ファイバCを繋いで測定対象とし、光ファイバE側から上記演算により求めたPMDの測定結果を示している。 FIG. 11 shows an example of the measurement result of the second embodiment. FIG. 11 shows an optical fiber E having a length of 2000 m and a PMD value of 0.16 ps, an optical fiber D having a length of 2000 m and a PMD value of 0.12 ps, an optical fiber A having a length of 500 m and a PMD value of 0.14 ps, a length of 500 m, The measurement result of PMD obtained by the above calculation from the optical fiber E side is shown by connecting an optical fiber B having a PMD value of 0.1 ps and an optical fiber C having a length of 1000 m and a PMD value of 0.02 ps.
図中の点線は理論値であり、この図から第2の実施形態の測定結果が十分な精度を有していることがわかる。 The dotted line in the figure is a theoretical value, and it can be seen from this figure that the measurement result of the second embodiment has sufficient accuracy.
このように、第2の実施形態のPMD測定装置および測定方法では、散乱体が球面を持った粒子の集合体と考え、DOPの抑圧を表すパラメータδを含む4つのパラメータを算出し、入力端からm番目の区間のパラメータを求め、m番目の第1のジョーンズマトリクスTm(ω)と第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)とを算出し、補正された第1のジョーンズマトリクスTm(ω)′と補正された第2のジョーンズマトリクスTm(ω+Δω)′とを求め、PMDを算出している。 As described above, in the PMD measuring apparatus and the measuring method according to the second embodiment, the scatterer is considered as an aggregate of particles having a spherical surface, and four parameters including the parameter δ representing suppression of DOP are calculated. The m-th interval parameter is obtained from the first m-th interval, the m-th first Jones matrix Tm (ω) and the second Jones matrix Tm (ω + Δω) are calculated, and the corrected first Jones matrix Tm (ω) ′ is calculated. And the corrected second Jones matrix Tm (ω + Δω) ′, and PMD is calculated.
このため、単一波長で且つ単一の入射偏光で必要なパラメータを算出することができ、測定のための時間が従来よりも短くて済み、さらに近隣の区間の相関を考慮してジョーンズマトリクスを補正しているので、光ファイバの任意の区間のPMDを、その長さによらずに短時間に且つ精度よく測定することができる。 This makes it possible to calculate the necessary parameters for a single wavelength and a single incident polarization. The time required for the measurement can be shorter than before, and the Jones matrix can be calculated in consideration of the correlation of neighboring intervals. Since the correction is performed, PMD in an arbitrary section of the optical fiber can be measured accurately in a short time regardless of the length.
なお、上記実施形態の補正モデル式(18)、(19)は一例であり、本発明を限定するものではない。 The correction model equations (18) and (19) of the above embodiment are merely examples, and do not limit the present invention.
また、上記各実施形態では、前一つと後ろ二つの区間を補正に用いていたが、前後2つ以上の近隣の区間を用いて補正することも可能と思われる。その場合には、求めようとする区間から離間する区間ほど小さな相関係数を用いればよい。 In each of the above embodiments, the front and rear two sections are used for correction. However, it may be possible to perform correction using two or more neighboring sections before and after. In that case, a smaller correlation coefficient may be used for a section that is separated from the section to be obtained.
1……被測定光ファイバ、20、20′……偏波モード分散(PMD)測定装置、21……光パルス発生部、25……方向性結合器、26……偏波受光部、30……演算処理部、31……ストークスパラメータ取得手段、32、32′……パラメータ算出手段、33、33′……第1のジョーンズマトリクス算出手段、34、34′……第2のジョーンズマトリクス算出手段、35……偏波モード分散(PMD)算出手段、40……第1の補正手段、41……第2の補正手段
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記光パルスを被測定光ファイバの一端側に入射し、該入射した光パルスに対して前記被測定光ファイバの一端側から出射される後方散乱光を前記光パルスの入射光路と異なる光路から出射させる方向性結合器(25)と、
前記方向性結合器から出射された後方散乱光を受けて、前記被測定光ファイバの区間毎の4つのストークスパラメータを測定するストークスパラメータ測定手段(26、31)と、
波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列を用いて定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、少なくとも前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータを区間毎に算出するパラメータ算出手段(32、32′)と、
前記パラメータ算出手段によって算出されたパラメータに基づいて、区間毎の第1のジョーンズマトリクスを求める第1のジョーンズマトリクス算出手段(33、33′)と、
前記第1のジョーンズマトリクス算出手段によって算出された各区間の第1のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第1のジョーンズマトリクスと相関係数を用いて補正する第1の補正手段(40)と、
前記パラメータ算出手段によって算出されたパラメータに基づいて、前記所定波長と異なる波長における区間毎の第2のジョーンズマトリクスを求める第2のジョーンズマトリクス算出手段(34、34′)と、
前記第2のジョーンズマトリクス算出手段によって算出された各区間の第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間の第2のジョーンズマトリクスと相関係数を用いて補正する第2の補正手段(41)と、
前記第1の補正手段によって補正された第1のジョーンズマトリクスと前記第2の補正手段によって補正された第2のジョーンズマトリクスとに基づいて、前記被測定光ファイバの任意の区間の偏波モード分散を算出する偏波モード分散算出手段(35)とを備えた光ファイバの偏波モード分散測定装置。 An optical pulse generator (21) for emitting linearly polarized optical pulses at a predetermined wavelength;
The light pulse is incident on one end of the optical fiber to be measured, and backscattered light emitted from one end of the optical fiber to be measured is emitted from an optical path different from the incident optical path of the optical pulse. A directional coupler (25),
Stokes parameter measuring means (26, 31) for receiving four back-scattered light emitted from the directional coupler and measuring four Stokes parameters for each section of the measured optical fiber;
Based on the model equation of the measured optical fiber defined using a transfer function matrix including three parameters including a wavelength-dependent parameter and the four Stokes parameters, at least the elements of the transfer function matrix Parameter calculation means (32, 32 ') for calculating three included parameters for each section;
First Jones matrix calculating means (33, 33 ') for obtaining a first Jones matrix for each section based on the parameter calculated by the parameter calculating means;
First correction means (40) for correcting the first Jones matrix of each section calculated by the first Jones matrix calculation means using a first Jones matrix of a neighboring section and a correlation coefficient;
Second Jones matrix calculating means (34, 34 ') for obtaining a second Jones matrix for each section in a wavelength different from the predetermined wavelength based on the parameter calculated by the parameter calculating means;
Second correction means (41) for correcting the second Jones matrix of each section calculated by the second Jones matrix calculation means using a second Jones matrix of a neighboring section and a correlation coefficient;
Based on the first Jones matrix corrected by the first correction unit and the second Jones matrix corrected by the second correction unit, the polarization mode dispersion in an arbitrary section of the optical fiber to be measured Polarization mode dispersion measuring device for optical fiber, comprising polarization mode dispersion calculating means (35) for calculating.
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と少なくとも1つのパラメータからなる散乱ミュラー行列とで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記散乱ミュラー行列の要素に含まれる少なくとも1つのパラメータを区間毎に算出することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置。 The parameter calculation means includes
Based on the model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters and a scattering Mueller matrix including at least one parameter, and the four Stokes parameters. The polarization of an optical fiber according to claim 1, wherein three parameters included in the elements of the transfer function matrix and at least one parameter included in the elements of the scattering Mueller matrix are calculated for each section. Modal dispersion measuring device.
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを区間毎に算出することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの偏波モード分散測定装置。 The parameter calculation means includes
Based on a model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters including the wavelength dependency and one parameter representing suppression of the degree of polarization, and the four Stokes parameters. The polarization mode dispersion of an optical fiber according to claim 1, wherein three parameters included in the elements of the transfer function matrix and one parameter representing suppression of the polarization degree are calculated for each section. measuring device.
波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列を用いて定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、少なくとも前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータを区間毎に算出する段階(S2)と、
前記算出されたパラメータに基づいて、区間毎の第1のジョーンズマトリクスを求める段階(S3)と、
前記算出されたパラメータに基づいて、前記所定波長と異なる波長における区間毎の第2のジョーンズマトリクスを求める段階(S4)と、
前記求めた各区間の第1のジョーンズマトリクスおよび第2のジョーンズマトリクスを、近隣の区間のジョーンズマトリクスと相関係数とを用いて補正する段階(S5)と、
前記補正された第1のジョーンズマトリクスおよび第2のジョーンズマトリクスに基づいて、前記被測定光ファイバの任意の区間の偏波モード分散を算出する段階(S6)とを含む光ファイバの偏波モード分散測定方法。 A linearly polarized optical pulse having a predetermined wavelength is incident on one end side of the optical fiber to be measured, and four Stokes parameters for each section from backscattered light emitted from the one end side by the optical fiber to be measured with respect to the optical pulse. Measuring (S1),
Based on the model equation of the measured optical fiber defined using a transfer function matrix including three parameters including a wavelength-dependent parameter and the four Stokes parameters, at least the elements of the transfer function matrix Calculating three included parameters for each section (S2);
Obtaining a first Jones matrix for each section based on the calculated parameters (S3);
Obtaining a second Jones matrix for each section at a wavelength different from the predetermined wavelength based on the calculated parameter (S4);
Correcting the determined first Jones matrix and second Jones matrix of each section using a Jones matrix and a correlation coefficient of neighboring sections (S5);
Calculating polarization mode dispersion of an arbitrary section of the measured optical fiber based on the corrected first Jones matrix and second Jones matrix (S6). Measuring method.
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と少なくとも1つのパラメータからなる散乱ミュラー行列とで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記散乱ミュラー行列の要素に含まれる少なくとも1つのパラメータを区間毎に算出することを特徴とする請求項4記載の光ファイバの偏波モード分散測定方法。 Calculating the parameter comprises:
Based on the model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters and a scattering Mueller matrix including at least one parameter, and the four Stokes parameters. 5. The polarization mode of an optical fiber according to claim 4, wherein three parameters included in the elements of the transfer function matrix and at least one parameter included in the elements of the scattering Mueller matrix are calculated for each section. Dispersion measurement method.
前記波長依存性を有するパラメータを含み3つのパラメータからなる伝達関数行列と偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとで定義される前記被測定光ファイバのモデル式と、前記4つのストークスパラメータとに基づいて、前記伝達関数行列の要素に含まれる3つのパラメータと前記偏光度の抑圧を表す1つのパラメータとを区間毎に算出することを特徴とする請求項4記載の光ファイバの偏波モード分散測定方法。 Calculating the parameter comprises:
Based on a model equation of the optical fiber to be measured defined by a transfer function matrix including three parameters including the wavelength dependency and one parameter representing suppression of the degree of polarization, and the four Stokes parameters. 5. The polarization mode dispersion measurement of an optical fiber according to claim 4, wherein three parameters included in the elements of the transfer function matrix and one parameter representing suppression of the polarization degree are calculated for each section. Method.
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