JP2010151674A - 波長分散測定装置及び波長分散測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置構成により、光学部品である被対象物の波長分散を高い精度で測定することができる波長分散測定装置及び波長分散測定方法を提供する。
【解決手段】波長分散測定装置１は、波長λ_pumpのポンプ光を出射するポンプ光源１０と、波長λ_probeのプローブ光を出射するプローブ光源１１と、ポンプ光とプローブ光とを被測定物１３に伝播させ四光波混合により被測定物から出射される波長λ_idlerのアイドラ光の強度を測定する測定器１４と、特定の波長λ_pumpのポンプ光と、ポンプ光との波長間隔を変化させたプローブ光と、を被測定物１３に伝播させた場合の前記アイドラ光の発生効率を算出し、この波長間隔を有するポンプ光とプローブ光との位相不整合量を算出し、この結果から特定の波長λ_pumpにおける被測定物１３の波長分散を算出する解析部１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長分散測定装置及び波長分散測定方法に関する。

光学部品の波長分散は、入射信号パルスの拡大を引き起こすことが知られている。したがって、光学部品の波長分散を測定する方法が種々検討されている。光学部品の波長分散の測定方法としては、例えば、飛行時間法（非特許文献１参照）、変調信号の位相シフト法（非特許文献２参照）、干渉法（非特許文献３参照）等が知られている。

さらに、ポンプ光とプローブ光が光ファイバ等の非線形媒質を透過する際に、３次の非線形光学効果によってアイドラ光を発生する現象である四光波混合（Four-wave mixing：ＦＷＭ）を用いて、波長分散を測定する方法も検討されている（非特許文献４参照）。
L.G.Cohen and C.Lin, IEEE J. Quantum Electron., QE-14, No.11, p.855, 1978 B. Costa, et.al., IEEE J. Quantum Electron., QE-18, No.10, p.1509, 1982 長沼和則、NTT R&Dvol.42, p.1049, 1993. H. Hasegawa, et.al., OFC2006, paper OTuH5, 2006

近年、非線形性光学現象を用いた光信号処理の研究が進められており、この中でも高非線形性ファイバ中で発生するＦＷＭが注目されており、様々な応用が提案されている。この高非線形性ファイバは、非線形発生効率を高めたファイバであり、数１０ｍ〜数１００ｍの長さでＦＷＭを応用したデバイスに使用されることが多い。

特にこのような用途では、波長分散だけでなく、分散スロープや、分散スロープの波長依存性等も重要なパラメータであるため、高非線形性ファイバの性能評価に用いられることが望まれる。しかしながら、上述の波長分散測定方法では、数１０ｍ〜数１００ｍの長さの光学部品の波長分散を高い精度で測定することが困難であると共に、波長分散を精度よく測定するためには例えば非常に波長確度の高い光源や精度の高い位相変調器が必要である等、装置構成が複雑となる問題があった。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、簡単な装置構成により、光学部品である被対象物被測定物の波長分散を高い精度で測定することができる波長分散測定装置及び波長分散測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る波長分散測定装置は、波長λ_pumpのポンプ光を出射するポンプ光源と、波長λ_probeのプローブ光を出射するプローブ光源と、ポンプ光とプローブ光とを被測定物に伝播させることで発生する四光波混合により被測定物から出射される波長λ_idlerのアイドラ光の強度を測定する測定手段と、特定の波長λ_pumpのポンプ光と、ポンプ光との波長間隔を変化させたプローブ光と、を伝播させた場合のアイドラ光の発生効率を算出し、発生効率が極値となるポンプ光とプローブ光との波長間隔を検出し、被測定物におけるこの波長間隔を有するポンプ光波長と、プローブ光、アイドラ光波長との位相不整合量を算出し、この結果から特定の波長λ_pumpにおける被測定物の波長分散を算出する解析手段と、を備えることを特徴とする。

上記の波長分散測定装置のように、ポンプ光とプローブ光との波長間隔を変化させて被測定物を照射することにより測定されるアイドラ光の発生効率に基づいて、その極値となるポンプ光とプローブ光との波長間隔の関係から特定のポンプ光波長における波長分散を算出することにより、数値シミュレーション等を行うことなく、波長分散を高い精度で測定することができる。また、この測定は上述の装置により行うことができるため、例えば、ストリークカメラ、変調器等の特殊な機器を用いることなく測定ができると共に、参照光路長や遅延時間等を発生させる機構等も不要であり、より簡易な装置構成により高精度の測定を実現することができる。

ここで、ポンプ光源は波長可変光源であり、解析手段は、ポンプ光源から複数の波長のポンプ光を出射した場合に、各波長においてポンプ光波長、プローブ光波長、アイドル光波長間の位相不整合量を算出し、この結果から被測定物のポンプ光波長における波長分散をそれぞれ算出する態様とすることができる。

このように、ポンプ光源を波長可変光源とすることにより、複数の波長における波長分散を算出することができる。

このとき、波長λ_pumpは、被測定物のゼロ波長分散とは異なることが好ましい。

ここで、被測定物は光ファイバであり、ポンプ光とプローブ光はパルス光であり、解析手段は、光ファイバの互いに異なる端部からポンプ光とプローブ光がそれぞれ入射した場合に、ポンプ光とプローブ光とが光ファイバの特定の位置で相関することにより出射されるアイドラ光の強度を測定することで、光ファイバの特定の位置における波長分散を算出する
態様とすることができる。

このように、ポンプ光とプローブ光とを互いに異なる端部からそれぞれ入射させた場合のアイドラ光の強度を測定する態様とすることにより、ポンプ光とプローブ光とが相関する位置における波長分散を測定することができるため、光ファイバからなる被対象物の波長分散を高い精度で測定することができる。

また、本発明に係る波長分散測定方法は、ポンプ光源から波長λ_pumpのポンプ光を出射させ、プローブ光源から波長λ_probeのプローブ光を出射させ、ポンプ光とプローブ光とを被測定物に伝播させることで発生する四光波混合により被測定物から出射される波長λ_idlerのアイドラ光の強度を測定することにより被測定物の波長分散を測定する波長分散測定方法であって、特定の波長λ_pumpのポンプ光と、ポンプ光との波長間隔を変化させたプローブ光と、を伝播させた場合のアイドラ光の発生効率を算出し、発生効率が極値となるポンプ光とプローブ光との波長間隔を検出し、被測定物におけるこの波長間隔を有するポンプ光波長、プローブ光波長、アイドラ光波長との位相不整合量を算出し、この結果から特定の波長λ_pumpにおける被測定物の波長分散を算出することを特徴とする。

上記の波長分散測定方法によれば、ポンプ光とプローブ光との波長間隔を変化させて被測定物を照射することにより測定されるアイドラ光の発生効率に基づいて、極値となるポンプ光とプローブ光との波長間隔の関係から特定のポンプ光波長における波長分散を算出することにより、数値シミュレーション等を行うことなく、波長分散を高い精度で測定することができる。

ここで、本発明に係る波長分散測定方法は、波長λ_pumpは、被測定物のゼロ分散波長とは異なることが好ましい。

さらに、本発明に係る波長分散測定方法は、被測定物のゼロ分散波長を求める態様としてもよい。

また、本発明に係る波長分散測定方法は、被測定物の波長λ_pumpにおける３次分散をさらに算出することもできる。さらに、被測定物の波長λ_pumpにおける４次分散をさらに算出することもできる。

本発明によれば、簡単な装置構成により、光学部品である被測定物の波長分散を高い精度で測定することができる波長分散測定装置及び波長分散測定方法が提供される。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（波長分散測定装置）
図１は、本実施形態に係る波長分散測定装置１の構成を示す図である。波長分散測定装置１は、ポンプ光源１０、プローブ光源１１、光カプラ１２、被測定物１３、測定器１４、解析部１５、光増幅器１６、バンドパスフィルタ１７、偏波コントローラ１８，１９及び偏波モニター２０を含んで構成される。

ポンプ光源１０は、波長λ_pumpのポンプ光を出力する光源であり、単一波長を切り替えて出力する波長可変光源や、広帯域光源等が好適に用いられる。被測定物１３へ入射するポンプ光の波長λ_pumpは、後述のプローブ光の波長λ_probeとは異なるよう設定される。また被測定物１３へ伝播する際のポンプ光の強度は、ＦＷＭ以外の非線形現象が発生しない程度に高い方が良く、例えば、１０ｍＷ〜数Ｗの範囲で設定される。

プローブ光源１１は、波長λ_probeのプローブ光を出射する光源であり、単一波長を切り替えて出力する波長可変光源や、広帯域光源等が好適に用いられる。被測定物１３にプローブ光を入射する際には、プローブ光波長はポンプ光λ_pumpの波長を含まないようにする。被測定物１３に対する入射光強度は、ＦＷＭ以外の非線形現象が発生しない程度に高い方が良いが、ポンプ光の強度ほど高くなくてもよい。プローブ光の入射光強度は、具体的には、０．１ｍＷ〜数W程度である。被測定物１３にプローブ光が入射される際、ポンプ光とプローブ光の光源の一方、または両方は、実質的に単一波長である。その際、例えば中心波長に対する半値半幅の割合が０．５％以下であることが好ましく、この割合は小さい方がより好ましい。

上述のポンプ光源１０及びプローブ光源１１から出射されるポンプ光及びプローブ光が、被測定物１３を伝播することによって非線形光学現象（四光波混合）により波長λ_idlerのアイドラ光が発生する。以下の各手段は、ポンプ光及びプローブ光を被測定物１３に入射させるためにその光路上に設けられるものである。

増幅器１６は、ポンプ光源１０から出力されたポンプ光を入射し、増幅して出射する機能を備える。増幅器１６としては、希土類元素添加光増幅器（ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）やＴＤＦＡ（Thulium Doped Fiber Amplifier）等）、ラマン増幅器、ＯＳＡ（Optical Semiconductor Amplifier）等が好適に用いられる。なお、ポンプ光源１０から出力されるポンプ光の強度が高ければ不要であり、具体的には、数１０ｍＷから数Ｗの出力があれば良い。

バンドパスフィルタ１７は、増幅器１６から出射されたポンプ光のうち、必要な範囲の周波数の光のみを通過させ、他の周波数の光を減衰させる機能を備える。このバンドパスフィルタ１７は、増幅器１６からのノイズが大きく、アイドラ光の検出が困難になる場合には設けることが好ましいが、必須ではない。

偏波コントローラ１８，１９は、ポンプ光及びプローブ光の偏波状態を揃えるために設けられる。具体的には、偏波コントローラ１８は、ポンプ光を入射して偏波状態を調整した後、光カプラ１２に対して出射する。また、偏波コントローラ１９は、プローブ光を入射して偏波状態を調整した後、光カプラ１２に対して出射する。この偏波コントローラ１８，１９は必須ではないが、ポンプ光とプローブ光の偏波を揃えるとアイドラ光の出力強度が強くなるので、設置することが好ましい。なお、プローブ光とポンプ光のどちらか一方か又は両方に偏波スクランブルをかけ、偏光状態をランダムにする場合等には、偏波コントローラ１８，１９を設けなくてもよい。

偏波モニター２０は、光カプラ１２から被測定物１３とは異なる方向に分岐して設けられ、ポンプ光とプローブ光との偏波面が一致しているかどうか確認するために必要に応じて設けられる。

光カプラ１２は、ポンプ光及びプローブ光を合波させて被測定物１３に対して入射させるために設けられる。なお、光カプラ１２に代えてレンズ等の空間光学系を用いて、ポンプ光及びプローブ光を被測定物１３に対して入射させてもよい。

測定器１４は、ポンプ光とプローブ光とを被測定物１３に伝播させることで四光波混合により被測定物１３から出射されるアイドラ光の出力強度を測定する測定手段である。具体的には、測定器１４は、光スペクトルアナライザー（Optical Spectrum Analyzer、ＯＳＡ）や、測定対象のアイドラ光波長のみを切り出すモノクロメータと光カロリーメータ等により構成される。また、同時にポンプ光、プローブ光の出力光強度をモニターし、その結果からポンプ光、プローブ光の入射光強度を算出する機能を備えてもよい。

解析部１５は、測定器１４により得られたアイドラ光の出力強度に基づいて、被測定物１３の波長分散を算出する解析手段である。解析手段による波長分散の測定方法は後述する。

（波長分散測定方法）
上記の構成を有する波長分散測定装置１を用いた波長分散測定方法について説明する。まず、波長分散について説明する。被測定物１３の波長分散は、以下の式（１）において「ｎ＝２」とすることにより算出される。

また、光通信で用いられる分散（Disp）、分散スロープ（Slope）、分散スロープの波長依存性（dS/dλ）は、それぞれ以下の式（２）〜（４）により求められる。

なお、上記の式（２）〜（４）において、λは波長であり、角周波数ωとは、以下の式（５）に示す関係がある。なお、Ｃは真空中の光速を示す。

ここで、被測定物１３である光ファイバにおいて発現する非線形光学現象の一種である縮退四光波混合により発生するアイドラ光、ポンプ光、及びプローブ光のそれぞれの周波数であるω_idler、ω_pump、ω_probeの関係は、式（６）により示される関係を満たす。また、このアイドラ光の発生効率（すなわち、「アイドラ光の出射強度Ｐ_idler／（プローブ光の入射強度Ｐ_probe×ポンプ光の入射強度の二乗Ｐ_pump ²）」）は、非線形係数γ、実効長Leff、線形の伝送損失α_linear、ファイバ長さＬ、位相整合パラメータηを用いて、式（７）の関係を満たす。

なお、非線形係数γは、下記の式（８）により算出される。

ここで、ｎ_２は非線形屈折率を示し、Aeffは実効断面積を示す。また、実効長Leffは下記の式（９）に基づいて算出される。

なお、α_linearは、dB表示の伝送損失αとの間で、「α_linear= α／4.343」の関係を満たす。

ここで非線形係数γ及び線形の伝送損失α_linearの波長依存性がないと仮定すれば、式（７）に含まれるパラメータであるγ、α_linear 、L_eff、Ｌ及びP_pumpは被測定物１３の特性及び実験条件で決まる値であり、係数として扱うことが可能である。一方、位相整合パラメータηはアイドラ光、ポンプ光、プローブ光間の位相不整合量
Δβ＝2×β（ω_pump)−β（ω_probe）−β（ω_idler）
β（ω_pump)：ポンプ光周波数におけるβ
β（ω_probe）：プローブ光周波数におけるβ
β（ω_idler）：アイドラ光周波数におけるβ
を用いて下記の式（１０）により示すことが可能である。

Δβ＝０（位相整合状態）では、η＝１となるピーク値（最大値）を有する。

ここで、例えば、被測定物１３がシリカベース光ファイバである場合にはα_linear ²は10^-4/mオーダーと非常に小さいため、α_linear ²を無視すれば、式（１０）は式（１１）と書き換えることができる。

従って、式（７）で示したアイドラ光の発生効率は、｛sin(ΔβL/2)/ (ΔβL/2)｝²によって、極大値と極小値を有する振動する関数となる。

ここで、下記の式（１２）に示すようにＸを定義し、式（１１）をこのＸにより微分すると、その結果は式（１３）となる。

ηは、式（１４）に示す関係を満たすときに極小値を有し（ただしＸ≠０）、式（１５）の関係を満たすときに、極大値を有する。

ここで、式（１３）、式（１４）に基づいて、極小値を有する条件を求めると、式（１６）に示すとおりである。また、式（１３）、式（１５）に基づいて、極大値を有する条件を求めると、式（１７）に示すとおりである。

ここで、例えば「ΔβL/2＞10π」といった大きな値を有する場合（Ｎ＝・・・−７、−６、−５、５、６、７・・・）には、ηを極大にするΔβは、式（１８）に示す値に近似される。

ここで、位相不整合量Δβは、これをポンプ光周波数を中心としてテーラー展開し、式（６）の関係を用いれば、下記式（１９）となる。なお、式（１９）中において、β_ｎ_pはポンプ光周波数におけるβ_ｎを示す。

また、２階微分β_２が非常に小さなポンプ光周波数がゼロ分散周波数の近傍となる位相整合付近の極値を除けば、２階微分β_２が大きくなるため、４階微分β_４以下は考慮不要な程度に小さくなり、式（１９）は式（２０）とすることができる。

ここで、「β_２＝０」となるゼロ分散周波数ω_ｚに対してβ_２_pを６次の項まで考慮してテーラー展開すると、下記（２１）式のように表される。なお、β_ｎ_zはゼロ分散周波数ω_ｚにおける、β_ｎである。

また、β_５及びβ_６が十分小さい場合には、式（２１）を式（１９）に代入し、さらに、「β₄_p＝β₄_z」の関係を用いて、式（２２）とすることができる。

または、式（２１）を式（２０）に代入して、式（２３）とすることができる。

特に、零分散波長が測定光源付近にない、β₂が大きいファイバの場合、式（２０）でΔβを記載することが可能となるので、式（１２）は、以下の式（２４）に書き換えられる。

ここで、ポンプ光波長を変化させずに（つまり、β₂_pは一定値として）、Δω²を変化させれば、ＸはΔω²にのみ依存する。したがって、式（７）で示される変換効率のΔω²依存性を考慮すると、式（１６）及び式（１７）に示す条件でそれぞれ極小値、極大値を取ることとなる。具体的には、例えば極小値については、式（１６）を変形して式（２５）とすることができる。

上記の式（２５）によれば、隣り合う極小値となるΔω²の差の逆数が「β₂_p×L/（2π）」となることから、ポンプ光周波数におけるβ₂が求められる。同様に、式（１７）の関係から、極大値を取るΔω^２の周期関係を用いて、ポンプ光周波数におけるβ₂を求めることもできる。図２には、Δω²と規格化変換効率の関係を示した。図２に示すΔω²の差Ｌ１が隣り合う極小値の差の例である。また、Δω²の差Ｌ２は、隣り合う極大値の差の例である。Ｌ１やＬ２の逆数が「β₂_p×L/（2π）」となるため、これを用いて、ポンプ光周波数におけるβ₂を求めることができる。

また、ポンプ光周波数を変化させて、同様の測定を実施することにより、β₂の波長依存性を測定することも可能であり、β₃、β₄といった高次分散を求めることが可能である。このとき、Δω²の周期関係が判れば良いので、どんなβ₂を有しても、原理的に分散測定が可能である。

なお、上記の実施形態では、角周波数ωを用いた波長分散の算出方法について説明したが、角周波数ωに代えて波長λを用いても、「ω=2πC/λ」の関係を利用して波長分散の算出が可能である。また、λ_pumpが実質的に一定値（測定時の差が±1％以下）であればよい。このとき、式（５）の関係から位相不整合量Δβの算出は可能であるし、また、式（１）〜（４）の関係などを用いてｎ次分散β_nを一般にファイバ光学に用いる波長分散パラメータ「d^n-1(β₁)/dλ^n-1 (n≧2)」に変換することも可能である。

続いて、実施例を用いて、本発明に係る波長分散装置及び波長分散方法をさらに詳細に説明する。

＜実施例＞
図３に示す波長分散測定装置２を用いて、後述の光ファイバを被測定物１３として波長分散を測定した。この波長分散測定装置１に含まれる各装置の構成は次に示すとおりである。

まず、ポンプ光源１０及びプローブ光源としては、波長可変なＬＤ光源を使用した。このときの半値半幅は０．１ｎｍ以下であった。また、ポンプ光の波長λ_pumpを、１５３０、１５５０、１５９０、１５９０、１６１０ｎｍとし、それぞれの場合にプローブ光の波長λ_probeを０．１ｎｍ間隔でλ_pump＋５ｎｍ〜λ_pump＋１３ｎｍに変化させた。そして、ポンプ光及びプローブ光の光路上にそれぞれ偏波コントローラ１８，１９を配置して被測定物１３に入射されるポンプ光及びプローブ光の偏波面が一致するように調整をした。また、光カプラ１２としては、３ｄＢ光カプラを使用した。

これらのポンプ光及びプローブ光については、光カプラ１２により合波させた後に、増幅器１６により増幅させた。増幅器１６としてはＥＤＦＡを用い、ポンプ光及びプローブ光を＋１０〜＋１６ｄＢｍに増幅させた。なお、ポンプ光の波長λ_pumpが１５３０〜１５５０ｎｍであるときには、Ｃバンド用のＥＤＦＡを使用し、ポンプ光の波長λ_pumpが１５７０〜１６１０ｎｍであるときには、Ｌバンド用のＥＤＦＡを使用した。

被測定物１３の光ファイバは、波長１．５μｍ帯の伝送損失が０．５０ｄＢ／ｋｍ＝０．１２／ｋｍであり、実効断面積Aeffが１０μｍ^２、ＰＭＤ（Polarization Mode Dispersion）が０．０２ｐｓ／√ｋｍ、カットオフ波長が１３５０ｎｍ、長さが２３ｍ、線形の偏波状態における非線形係数が２１／Ｗ／ｋｍのものであった。

また、測定器１４としては、光スペクトルアナライザー（ＯＳＡ）を用いて、ポンプ光、プローブ光及びアイドラ光の強度を測定した。また、この結果と、光ファイバの伝送損失と、光ファイバとＯＳＡに対する光学的な接続損失と、を用いてポンプ光及びプローブ光のそれぞれの光ファイバへの入射強度を算出した。また、光ファイバとＯＳＡに対する光学的な接続損失を元に、アイドラ光の出力強度を算出した。

上述の式（７）を用いて、アイドラ光の変換効率を求め、この値が最大となる変換効率値を用いて規格化した。この規格化変換効率を、ポンプ光波長λ_pumpに対してプロットした。この結果のうち、ポンプ光波長を１５７０ｎｍとした場合の結果を図４に示す。

さらに、図４の結果を、式（５）に示す「ω＝２πＣ／λ」の関係を用いて、「Δω²＝（ω_pump−ω_probe）^２」を算出し、上記の規格化変換効率とΔω²との関係を求めた。この結果を図５に示す。変換効率の明確な周期特性が見られており、「Δω²＝14.7ps^-2」毎に極値を取ることが確認された。
この結果、式（２５）から、ポンプ光波長１５７０ｎｍにおいては、「β₂＝２π/（0.026×14.7）＝16.5ps²/km」と算出することができ、「Disp=-12.6ps/nm/km」と求めることができた。

なお、図４に示した実線は、算出されたβ_２値を用いて求めた変換効率の計算値である。図４に示すように、変換効率の計算値は、実測値と非常によく一致していることがわかる。

上記の解析と同様にポンプ光波長が１５３０〜１６１０ｎｍである場合の分散値を測定したところ、
1530nm＝-17.2ps/nm/km
1550nm＝-16.8ps/nm/km
1570nm＝-16.5ps/nm/km
1590nm＝-16.3ps/nm/km
という結果が得られた。

図６は上記の各波長における分散値をプロットしたものである。なお、図６における実線は、最小二乗法を用いて線形近似した直線である。図６の実線の傾きから、光ファイバの分散スロープは「＋0.015ps／nm²／km」であることが算出できた。

なお、ポンプ光波長の強度が２倍（３ｄＢ）大きくなれば、ファイバ長は１／２であっても同じ変換効率を得ることが可能であるため、１０ｍ以下（例えば、数m）のファイバ長のファイバについても波長分散の測定が可能である。

また、本実施形態に係る波長分散測定装置においては、上述のように特殊な装置を必要としないので、例えば１μｍ帯や、２μｍ帯等のように一般的には光通信に用いられない波長帯での分散値を測定することが可能である。

このように、本実施形態に係る波長分散測定方法によれば、数ｍ〜数１００ｍの分散シフトファイバの波長分散値を極めて高い精度で測定することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明に係る波長分散測定装置による波長分散測定方法は、種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態において、ポンプ光とプローブ光とをパルス光とすることにより、光ファイバの長さ位置での波長分散値を求めることも可能である。ポンプ光とプローブ光とを、光ファイバの異なる端面から入射時刻の差を制御しながら伝播させて、ポンプ光とプローブ光とが衝突する位置を制御する。前述の方法と同様に、アイドラ光の強度のω^２依存性を求めることにより、このファイバの衝突位置における波長分散特性を算出することができる。

なお、上記の場合において、例えば、ポンプ光とプローブ光とのパルス幅を狭くすれば、位置分解能が高くなるという利点があるものの、一方で式（７）のアイドラ光の変換効率が低くなるという問題がある。一方、ポンプ光とプローブ光とのパルス幅を広くした場合、ポンプ光とプローブ光の相関距離が長くなることからアイドラ光の変換効率が高くなるが、一方で位置分解能が低くなるという問題がある。したがって、ポンプ光とプローブ光とのパルス幅については、測定条件等に応じて適宜選択することが好ましい。例えば、パルス幅が０．５ｎｓの場合、ポンプ光とプローブ光との相関距離は０．１ｍ程度である。同様に、パルス幅が５ｎｓである場合には相関距離は１ｍ程度である。パルス幅が５００ｎｓである場合には相関距離は１００ｍ程度であり、パルス幅が１０００ｎｓである場合には相関距離は２００ｍ程度になる。被測定物１３が光ファイバである場合、パルス幅は０．５〜１０００ｎｓの範囲とすることが好ましい。

上記の方法について従来技術と比較して説明する。分散値の長さ位置検出方法は、例えば、「L.F.Mollenauer,et.al., Opt. Lett., Vol.21, p.1724, 1996」に記載されている。この文献に記載される方法は、波長が離れた２つのパルス光からのＦＷＭ光をＯＴＤＲ（OpticalTime Domain Reflectometry）法で測定し、その瞬時周波数から長手方向の分散値を求めるものである。しかしながら、いくつかの問題点があることが指摘されている。例えば、入射端に大きなデッドゾーンがある点、位置分解能が１００ｍ程度以上になる点、瞬時周波数であるので測定誤差が大きい点等が挙げられる。

また、他の方法としては、「A. Mussot, et. al., IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.18, p. 22、2006」に記載されている方法等も知られているが、複雑な数値シミュレーションが必要であり、解析が容易ではなかった。

また、「E. Myslivets, et. al., Proc. OFC/NFOEC2008, PDP11, 2008.」に記載の方法では、高分解能で非常に正確な分散値を求めることが可能であるが、ファイバのブリリアンシフト周波数にロックした光源が必要など、装置が複雑で高価となってしまう。

しかしながら、本実施形態に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法によれば、上述のように、複雑なシミュレーション等を用いずに、高い精度で波長分散を測定することができると共に、これを高価な装置構成を必要とすることなく実現することができるという効果を奏する。

また、上述の波長分散の測定方法は、光ファイバの波長分散値（またはβ₂）が均一であることが求められる。ただし、均一な波長分散値（例えば、±5％以下のばらつきでの分布）を得るのは容易である。すなわち、上記実施形態に係る波長分散の測定方法は、数ｍ〜１ｋｍ程度の長さの光ファイバに好適に用いることができる。

また、被測定物１３のＰＭＤは低い方が望ましいが、被測定物１３が光ファイバである場合、ファイバ全長で０．５ｐｓ以下であれば測定可能である。また、カットオフ波長については、従来の方法では、位相変化、波長間の位相関係、及びパルスの移動時間等を使うため、測定波長においてシングルモード伝播である必要があったが、本方法では、式（１９）の関係を満たすことが重要であるため、ゼロ分散波長が測定範囲付近にはない高次モードはその条件を満たさず、ノイズ要因とはならない。非線形現象を使うので、ファイバの非線形係数が高い方が測定は容易であるが、低い場合でもポンプ光の強度を強くすることにより、測定を行うことができるため、例えば非線形係数γが２／Ｗ／ｋｍであるシングルモードファイバの波長分散についても測定を行うことができる。

本実施形態に係る波長分散測定装置１の構成を示す図である。 ＦＷＭ効率のΔω^２依存性を説明する図である。 本実施形態に係る波長分散測定装置２の構成を示す図である。 ポンプ光波長λ_pumpが１５７０ｎｍである場合の規格化変換効率のプローブ光波長依存性について示す図である。 ポンプ光波長λ_pumpが１５７０ｎｍである場合の規格化変換効率のΔω^２依存性について示す図である。 光ファイバの分散（Disp）のポンプ光波長依存性を示す図である。

符号の説明

１，２…波長分散測定装置、１０…ポンプ光源、１１…プローブ光源、１２…光カプラ、１３…被測定物、１４…測定器、１５…解析部、１６…増幅器、１７…バンドパスフィルタ、１８，１９…偏波コントローラ、２０…偏波モニター。

Claims (8)

1. 波長λ_pumpのポンプ光を出射するポンプ光源と、
   波長λ_probeのプローブ光を出射するプローブ光源と、
   前記ポンプ光と前記プローブ光とを被測定物に伝播させることで発生する四光波混合により前記被測定物から出射される波長λ_idlerのアイドラ光の強度を測定する測定手段と、
   特定の前記波長λ_pumpの前記ポンプ光と、前記ポンプ光との波長間隔を変化させた前記プローブ光と、を伝播させた場合の前記アイドラ光の発生効率を算出し、前記発生効率が極値となる前記ポンプ光と前記プローブ光との波長間隔を検出し、被測定物におけるこの波長間隔を有する前記ポンプ光波長と、前記プローブ光波長、前記アイドラ光波長との位相不整合量を算出し、この結果から前記特定の波長λ_pumpにおける前記被測定物の波長分散を算出する解析手段と、
   を備えることを特徴とする波長分散測定装置。
2. 前記ポンプ光源は波長可変光源であり、
   前記解析手段は、前記ポンプ光源から複数の波長のポンプ光を出射した場合に、各波長においてポンプ光波長と、プローブ光波長、アイドラ波長との間の位相不整合量を算出し、この結果から前記被測定物の波長分散を前記ポンプ光の前記複数の波長においてそれぞれ算出することを特徴とする請求項１記載の波長分散測定装置。
3. 前記波長λ_pumpは、前記被測定物のゼロ波長分散とは異なることを特徴とする請求項１又は２記載の波長分散測定装置。
4. 前記被測定物は光ファイバであり、
   前記ポンプ光と前記プローブ光はパルス光であり、
   前記解析手段は、前記光ファイバの互いに異なる端部から前記ポンプ光と前記プローブ光がそれぞれ入射した場合に、前記ポンプ光と前記プローブ光とが前記光ファイバの特定の位置で相関することにより出射される前記アイドラ光の強度を測定することで、前記光ファイバの特定の位置における波長分散を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の波長分散測定装置。
5. ポンプ光源から波長λ_pumpのポンプ光を出射させ、プローブ光源から波長λ_probeのプローブ光を出射させ、前記ポンプ光と前記プローブ光とを被測定物に伝播させることで発生する四光波混合により被測定物から出射される波長λ_idlerのアイドラ光の強度を測定することにより前記被測定物の波長分散を測定する波長分散測定方法であって、
   特定の前記波長λ_pumpの前記ポンプ光と、前記ポンプ光との波長間隔を変化させた前記プローブ光と、を伝播させた場合の前記アイドラ光の発生効率を算出し、前記発生効率が極値となる前記ポンプ光と前記プローブ光との波長間隔を検出し、被測定物におけるこの波長間隔を有する前記ポンプ光波長と、前記プローブ光、前記アイドラ光波長との位相不整合量を算出し、この結果から前記特定の波長λ_pumpにおける前記被測定物の波長分散を算出する
   ことを特徴とする波長分散測定方法。
6. 前記波長λ_pumpは、前記被測定物のゼロ分散波長とは異なることを特徴とする請求項５記載の波長分散測定方法。
7. 前記被測定物の前記波長λ_pumpにおける３次分散をさらに算出することを特徴とする請求項５又は６記載の波長分散測定方法。
8. 前記被測定物の前記波長λ_pumpにおける４次分散をさらに算出することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の波長分散測定方法。

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