JP2018063149A - 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置 - Google Patents

光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018063149A
JP2018063149A JP2016200976A JP2016200976A JP2018063149A JP 2018063149 A JP2018063149 A JP 2018063149A JP 2016200976 A JP2016200976 A JP 2016200976A JP 2016200976 A JP2016200976 A JP 2016200976A JP 2018063149 A JP2018063149 A JP 2018063149A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mode
optical fiber
measurement
measurement target
target mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016200976A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6705356B2 (ja
Inventor
林　哲也
Tetsuya Hayashi
林　　哲也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority to JP2016200976A priority Critical patent/JP6705356B2/ja
Priority to US15/726,416 priority patent/US10041857B2/en
Publication of JP2018063149A publication Critical patent/JP2018063149A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6705356B2 publication Critical patent/JP6705356B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

【課題】方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するマルチモード光ファイバの各空間モードの光学特性を高ＤＲかつ高空間分解能で短時間に評価することができる方法および装置を提供する。【解決手段】光ファイバ特性評価装置１０は、測定部１１および解析部１２を備える。測定部１１は、評価対象のマルチモード光ファイバの高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う。解析部１２は、Ｆφ(φ)を用いた所定の式の計算により、マルチモード光ファイバの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る。【選択図】図６

Description

本発明は、マルチモード光ファイバの各空間モードの光学特性を評価する方法および装置に関するものである。
非特許文献１および非特許文献２には、マルチモード光ファイバのニアフィールドパターン（NearField Pattern、ＮＦＰ）を、拡大光学系および赤外線カメラを用いて複数の空間モードの成分を含む形で測定し、その後、その測定結果について干渉の解析を行うことで各空間モードのＮＦＰを得る方法が記載されている。
非特許文献３には、マルチモード光ファイバのＮＦＰを、拡大光学系および受光用光ファイバの受光端面を２次元走査することで、２次元のＮＦＰを高ダイナミックレンジ（ＤＲ）で測定する方法が記載されている。
非特許文献４には、遠視野走査（Far Field Scan、ＦＦＳ）法によりモードフィールド径（Mode Field Diameter、ＭＦＤ）や実効断面積（Ａeff）を測定し評価する方法が記載されている。この方法では、円対称な基底モードについて、発散角を横軸とする１次元のファーフィールドパターン（Far Field Pattern、ＦＦＰ）を測定し、０次のハンケル逆変換を用いて、ファイバ半径方向位置を横軸とする１次元のＮＦＰに数値変換し、この得られたＮＦＰに基づいてＭＦＤやＡeffを計算することで、ＭＦＤやＡeffを測定評価することができる。
J. W. Nicholson, A. D. Yablon, S.Ramachandran, and S. Ghalmi, "Spatially and spectrally resolved imaging ofmodal content in large-mode-area fibers," Optics Express 16(10), 7233-7243(2008). Y. Wakayama, H. Taga, K.Igarashi, and T. Tsuritani, "DMD measurement of 114-SDM transmission fibreusing low-coherence interferometry with digital holographic processing,"in Eur. Conf. Opt. Commun. (ECOC) (2015), p. P.1.19. Y. Jung, S. Alam, Y. Sasaki, andD. J. Richardson, "Compact 32-Core Multicore Fibre Isolator forHigh-Density Spatial Division Multiplexed Transmission," in Eur. Conf.Opt. Commun. (ECOC) (2016), p. 556-558, paper W.2.B.4. Recommendation ITU-T G.650.2,"Definitions and test methods for statistical and non-linear relatedattributes of single-mode fibre and cable," (2015).
非特許文献１〜３に記載された方法では、拡大光学系を用いることから、その光学系の回折限界により、実際のＮＦＰよりも空間分解能が低い。
非特許文献１、２に記載された方法では、赤外線カメラを用いており、そのカメラのＤＲが良くても高々４０ｄＢ程度であり、また、モード分離の為の解析の際に更にＤＲが低下してしまう。
非特許文献３に記載された方法では、受光用光ファイバの受光端面を２次元走査して画像を取得するので、１枚の画像を取得するのに非常に長い時間を要する。
非特許文献４に記載された方法では、ＦＦＰからＮＦＰへの変換式は円対称（方位角モード次数０）のモードにしか適用できない。方位角モード次数が１以上の高次の空間モードでは、方位角が変化すると位相や偏波が変化し、円対称でないので、誤った変換が為されてしまう。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）の各空間モードの光学特性を高ＤＲかつ高空間分解能で短時間に評価することができる方法および装置を提供することを目的とする。
本発明の光ファイバ特性評価方法は、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を評価する方法であって、前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性（すなわち関数）Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定ステップと、ｋを真空中の光の波数とし、φｍａｘをＦφ(φ)測定時の最大発散角、または、測定したＦφ(φ)が有意である最大発散角とし、Ｆφ(φ)を用いた下記式の計算により、前記ＭＭＦの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析ステップと、を有する。また、本発明の光ファイバ特性評価装置は、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を評価する装置であって、前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定部と、Ｆφ(φ)を用いた下記式の計算により、前記ＭＭＦの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析部と、を備える。
Figure 2018063149
本発明によれば、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を高ＤＲかつ高空間分解能で短時間に評価することができる。
図１は、直交座標系(ｘ，ｙ)および発散角φｘ，φｙを説明する図である。 図２は、４ＬＰモードコアのＬＰ11モードおよびＬＰ21モードの各ＮＦＰに対して、２次元ＦＴにより得られるＦＦＰと、単純に（５）式の０次のＨＴにより得られるＦＦＰとを、対比して示す図である。 図３は、４ＬＰモードコアのＬＰ01(n=0)、ＬＰ11 Even(n=1)、ＬＰ21 Even(n=2)およびＬＰ02(n=0)モードの各ＮＦＰに対して、２次元ＦＴにより得られるＦＦＰと、（１０）式の一般化ＨＴにより適切なｎを用いて得られるＦＦＰとを、対比して示す図である。 図４は、｜Ｆφ(φ)｜２ を測定する際のＦＦＰ走査について説明する図である。 図５は、本実施形態の光ファイバ特性評価方法を説明するフローチャートである。 図６は、本実施形態の光ファイバ特性評価装置１０の構成を示す図である。
本発明の光ファイバ特性評価方法は、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を評価する方法であって、前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定ステップと、ｋを真空中の光の波数とし、φｍａｘをＦφ(φ)測定時の最大発散角、または、測定したＦφ(φ)が有意である最大発散角とし、Ｆφ(φ)を用いた上記（１）式の計算により、前記ＭＭＦの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析ステップと、を有する。また、本発明の光ファイバ特性評価装置は、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を評価する装置であって、前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定部と、Ｆφ(φ)を用いた上記（１）式の計算により、前記ＭＭＦの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析部と、を備える。
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記解析ステップにおいて、ｆｒ(ｒ)を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードの実効断面積を評価するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記解析部は、ｆｒ(ｒ)を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードの実効断面積を評価するのが好適である。
Figure 2018063149
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記解析ステップにおいて、ｆｒ(ｒ)を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードのＮＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤを評価するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記解析部は、ｆｒ(ｒ)を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードのＮＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤを評価するのが好適である。
Figure 2018063149
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記解析ステップにおいて、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードのＦＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤを評価するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記解析部は、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を用いた下記式の計算により、前記測定対象モードのＦＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤを評価するのが好適である。
Figure 2018063149
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記測定ステップにおいて、光強度測定装置を用いて遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を測定した後に、この光強度の平方根をとることで電界の絶対値｜Ｆφ(φ)｜に変換し、更に測定雑音に起因せずに光強度が極小値となるφの前後で電界の符号を異ならせることで、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)を測定するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記測定部は、光強度測定装置を用いて遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を測定した後に、この光強度の平方根をとることで電界の絶対値｜Ｆφ(φ)｜に変換し、更に測定雑音に起因せずに光強度が極小値となるφの前後で電界の符号を異ならせることで、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)を測定するのが好適である。
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記測定ステップにおいて、モード選択型モード合波器を用いて前記ＭＭＦの前記測定対象モードに選択的に光を入力することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記測定部は、モード選択型モード合波器を用いて前記ＭＭＦの前記測定対象モードに選択的に光を入力することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定するのが好適である。
本発明の光ファイバ特性評価方法では、前記測定ステップにおいて、非測定対象モードと前記測定対象モードとの干渉を解析することにより前記測定対象モードの成分を抽出することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定するのが好適である。また、本発明の光ファイバ特性評価装置では、前記測定部は、非測定対象モードと前記測定対象モードとの干渉を解析することにより前記測定対象モードの成分を抽出することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定するのが好適である。前記非測定対象モードは、基底モードであることが好適である。
本発明では、前記ＭＭＦが回転対称なコアを有するのが好適であり、また、前記ＭＭＦが円筒対称なコアを有するのも好適である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
空間分割多重（Space Division Multiplex、ＳＤＭ）は、シングルモードファイバ（Single Mode Fiber、ＳＭＦ）の伝送容量限界を打破し得る有力な技術である。ＳＤＭの主要な手法として、数モードファイバ（Few-Mode Fiber、ＦＭＦ）や数モードマルチコアファイバ（Few-Mode Multi-CoreFiber、ＦＭ-ＭＣＦ）を用いたモード分割多重がある。
光ファイバの伝送特性を評価または推定するためには、個々のモードの特性を明らかにする必要がある。しかし、多くのＦＭＦやＦＭ-ＭＣＦの研究報告では、高次の空間モードの実効断面積（Ａeff）は、実際には測定されておらず、計算から予測される近視野像（ＮＦＰ）から計算された値が報告されていた。これは、２次元かつ高ＤＲでの高次モードのＮＦＰ測定が困難であるからである。
ＳＭＦのモードについては、ＦＦＳ法を用いた測定が行われている。この測定方法では、高空間分解能かつ高ＤＲで測定可能な遠視野像（ＦＦＰ）に基づいて計算により変換されたＮＦＰを用いることで、正確にＡeffを測定することができる。しかし、ＮＦＰからＦＦＰへの変換に用いられるハンケル変換（HankelTransform、ＨＴ）式は円対称モードのみに適用が可能であるので、非円対称なＦＭＦの高次モードには適用できない。
２次元のＮＦＰを直接測定するS2 imaging法や低コヒーレンス干渉法などもあるが、これらは、赤外線カメラのＤＲの制限や拡大光学系の回折限界による空間分解能の制限により、正確なＡeffの測定は困難である。
以下に説明する本実施形態の光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置は、ＦＭＦの各空間モードの光学特性を高ＤＲかつ高空間分解能で短時間に評価することができるものである。本実施形態では、円筒対称コアの非円対称高次モードにおける近視野像から遠視野像へのＨＴ式を用いて、ＤＲの高いＦＦＳ法により測定した４ＬＰモードファイバの非円対称な高次モードの遠視野像に基づいて近視野像および実効断面積を算出し、この算出結果と計算予測との間で良い整合を得ることができる。
円筒対称コアの円対称な基底モードでのＦＦＳ法では、ＮＦＰは、測定したＦＦＰから数値計算により変換して得ることができる。モードの電界分布が円対称である場合、ＮＦＰ（ｆｒ(ｒ)）およびＦＦＰ（Ｆφ(φ)）は、下記（５）式で表される０次のＨＴ対を用いることで、互いに変換することができる。
Figure 2018063149
ここで、ｒはＮＦＰ平面（ファイバ端面）上の半径方向位置である。φはＦＦＰへの発散角[rad]である。Ｊ０は０次の第１種ベッセル関数である。また、ｋ＝２π／λは真空中の光の波数である。この関係式を用いた変換が可能なことにより、高ＤＲかつ高空間分解能でＮＦＰを推定することができ、正確なＡeffの測定が担保される。
一般的に、ＮＦＰ fのフラウンホーファー回折パターン（すなわちＦＦＰ F）は、下記（６）式で表すことができる。ここで、(ｘ，ｙ)はファイバ端面における局所直交座標である。φｘは、ｘ軸に対応するＦＦＰへの発散角である。φｙは、ｙ軸に対応するＦＦＰへの発散角である。
Figure 2018063149
図１は、直交座標系(ｘ，ｙ)および発散角φｘ，φｙを説明する図である。評価対象のＭＭＦ１の入射端に、光源２から出力された光が入射される。その入射された光は、ＭＭＦ１を導波した後、ＭＭＦ１の出射端から出射される。ＭＭＦ１の出射端面を含む平面上に、ファイバ中心を原点とする直交座標系(ｘ，ｙ)が設定される。
上記（６）式は、下記（７）式のように書き換えることができ、２次元のフーリエ変換（FourierTransform、ＦＴ）であることが分かる。
Figure 2018063149
また、この（７）式を極座標系で表すと下記（８）式のように表すことができる。ここで、(ｒ，θ)は、(ｘ，ｙ)に対応する極座標系である。(ρ，Θ)は、(ｐｘ，ｐｙ)に対応する極座標系である。ρは、発散角φを用いて ρ＝（２π／λ）sinφと表わされる。
Figure 2018063149
円対称モードについては、この２次元ＦＴは０次のＨＴと等しくなることから、基底モードのＮＦＰとＦＦＰとは上記（５）式を用いて相互に変換することができる。
しかしながら、方位角のモード次数ｎが０ではない高次モードは、非円対称の電界分布を持つ。図２は、４ＬＰモードコア（コア直径１７.６μｍ、クラッドに対するコアの比屈折率差Δ＝１.０９％、屈折率プロファイルの形状パラメータα＝１.９を仮定）のＬＰ11モードおよびＬＰ21モードの各ＮＦＰに対して、２次元ＦＴにより得られるＦＦＰと、単純に（５）式の０次のＨＴにより得られるＦＦＰとを、対比して示す図である。この図では、最大値を０ｄＢとして標準化している。
この図から分るように、ＬＰ11モードおよびＬＰ21モードの何れについても、ＦＦＰに相当する２次元ＦＴの結果と０次のＨＴの結果とは全く異なる。非円対称モードのＮＦＰとＦＦＰとの間の変換には０次のＨＴを用いることができない。本実施形態では、この問題に対処する為に、以下に説明する変換式を採用する。
ＬＰモード(ＬＰnm)については、上記（８）式の右辺にあるｆpolarは、ｆr(r)cos(nθ) や ｆr(r)sin(nθ) の形で表わされる。ここで下付きのpolarは、関数が極座標を変数に採っていることを表す。このことに基づいて、ｆpolarがｆr(r)fθ(θ)の形で変数分離できると仮定する。このとき、方位角のモード次数ｎを有するＬＰモードについて一般化したＨＴ対は、下記（９）式および（１０）式で表される。
Figure 2018063149
Figure 2018063149
これら（９）式および（１０）式から、次のことが分かる。
(a) これらの式のうち ｆpolar＝ｆr(r)cos(nθ) に関する式は、ｎ＝０の場合に上記（５）式と一致する。
(b) （９）式から、ＦＦＰの半径軸プロファイルの絶対レベル（式中のcos(nΘ)やsin(nΘ)に相当）は角度Θに依存するのに対して、ＦＦＰの半径軸プロファイルの形状（式中のＦφ(φ)=Ｈn[ｆr](φ)に相当）は角度Θに依存しない。つまり、ＦＦＰの測定の際の走査をどの方向にしたとしても、プロファイルの絶対レベルは変わるが、プロファイル形状Fφ(φ)は変わらずに測定することができるので、（１０）式の変換式のみを通常考慮すればよい。
(c) 方位角方向でのＮＦＰの電界振幅がcos(nθ)で変化するEvenmodeは、ＦＦＰにおいても電界振幅がcos(nΘ)で変化するEven modeとなる。これに対して、方位角方向でのＮＦＰの電界振幅がsin(nθ)で変化するOdd modeは、ＦＦＰにおいても電界振幅がsin(nΘ)で変化するOdd modeとなる。
上記（１０）式の妥当性を確認するための計算を行った。図３は、４ＬＰモードコアのＬＰ01(n=0)、ＬＰ11 Even(n=1)、ＬＰ21 Even(n=2)およびＬＰ02(n=0)モードの各ＮＦＰに対して、２次元ＦＴにより得られるＦＦＰと、（１０）式の一般化ＨＴにより適切なｎを用いて得られるＦＦＰとを、対比して示す図である。４ＬＰモードコアは、図２の場合と同様のものを仮定した。この図でも、最大値を０ｄＢとして標準化している。
この図から分るように、何れのモードについても、２次元ＦＴにより得られるＦＦＰと、（１０）式の一般化ＨＴにより得られるＦＦＰとは、互いに非常に良く一致している。このことから、方位角のモード次数ｎが０ではない高次モードについてＮＦＰとＦＦＰとの間の変換が（１０）式を用いて行えることが確認できた。
円筒対称コアの固有モードのＮＦＰのｘ偏波及びｙ偏波成分{ｆ, ｆy}は、{ｆrcos(nθ), ±ｆrsin(nθ)} や {±ｆrsin(nθ), ｆrcos(nθ)} と表すことができる。これを用いるとともに、上記(b)〜(c)を踏まえると、円筒対称コアの固有モードのＦＦＰのｘ偏波及びｙ偏波成分{Ｆx, Ｆy}は、{Ｈn[ｆr]cos(nΘ), ±Ｈn[ｆr]sin(nΘ)} や {±Ｈn[ｆr]sin(nΘ), Ｈn[ｆr]cos(nΘ)} と表すことができる。
このことから、円筒対称コアの固有モードのＮＦＰの強度分布は下記（１１）式で表すことができる。また、円筒対称コアの固有モードのＦＦＰの強度分布は下記（１２）式で表すことができる。これは、円筒対称コアの高次モードについては、位相成分が非円対称であったとしても強度成分は円対称となることを表している。
Figure 2018063149
Figure 2018063149
ここで、｜ｆr(r)｜２および｜Ｆφ(φ)｜２を用いれば、固有モードのＭＦＤは、従来通りの式を用いて計算することができる。つまり、ＮＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤ（ＭＦＤ１、いわゆるPetermann IのＭＦＤ）は、下記（１３）式で計算することができる。また、ＦＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤ（いわゆるPetermann IIのＭＦＤ）は、下記（１４）式で計算することができる。このとき、(b)で説明した通り、｜Ｆφ(φ)｜２ を測定する際のＦＦＰ走査の方向（どの方位角方向Θの線上で走査を行うか）は問わず、｜ｆr(r)｜２ は上記（５）式を用いて算出すればよい。
Figure 2018063149
Figure 2018063149
また、実効断面積Ａeffは下記（１５）式で定義されるので、固有モードのＡeffは下記（１６）式で計算することができる。ＬＰモード（すなわち、固有モードのｘ偏波成分またはｙ偏波成分）のＡeffは、下記（１７）式で計算することができる。なお、この式はEven modeの場合のものであるが、Odd modeの場合も同様である。
Figure 2018063149
Figure 2018063149
Figure 2018063149
図４は、｜Ｆφ(φ)｜２ を測定する際のＦＦＰ走査について説明する図である。この図は、図１に検出器３を追加したものであり、光強度測定装置である検出器３の走査方向を示している。本実施形態では、検出器３は、任意の一方向について走査されればよい。なお、検出器３に替えて、測定用の光ファイバの入射端を走査してもよく、この場合、この光ファイバの出射端に検出器が光学的に接続される。
図５は、本実施形態の光ファイバ特性評価方法を説明するフローチャートである。本実施形態の光ファイバ特性評価方法は、測定ステップＳ１１および解析ステップＳ１２を有する。図６は、本実施形態の光ファイバ特性評価装置の構成を示す図である。本実施形態の光ファイバ特性評価装置１０は、測定部１１、解析部１２、及び制御部１３を備える。
被測定光ファイバであるＭＭＦ１は、クラッドモードを除去するために、一部区間において所定径にコイル状にまかれた状態とされているのが好ましい。光源２は好適にはレーザ光源である。光源２から出力された光は、入射用光ファイバ４により導光されて、被測定光ファイバであるＭＭＦ１の入射端に入射される。ＭＭＦ１の出射端の位置を中心として回動自在である回転ステージ５に、検出器３としての受光用光ファイバの入射端が固定されている。回転ステージ５の回動により受光用光ファイバの入射端が走査される。受光用光ファイバの入射端に入射した光は測定部１１に導かれる。受光用光ファイバはＭＭＦおよびＳＭＦの何れであってもよい。
測定ステップＳ１１において、測定部１１は、評価対象のＭＭＦの高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、ＦＦＳ法により遠視野における発散角φに対する測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う。このときの光学系は、図４に示したものである。評価対象のＭＭＦは、回転対称なコアを有するものであってもよいし、円筒対称なコアを有するものであってもよい。
測定ステップＳ１１において、測定部１１は、光強度測定装置を用いて遠視野における発散角φに対する測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を測定した後に、この光強度の平方根をとることで電界の絶対値｜Ｆφ(φ)｜に変換し、更に測定雑音に起因せずに光強度が極小値となるφの前後で電界の符号を異ならせることで、遠視野における発散角φに対する測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)を測定してもよい。
測定ステップＳ１１において、測定部１１は、モード選択型モード合波器を用いてＭＭＦの測定対象モードに選択的に光を入力することで、測定対象モードの光を選択的に測定してもよい。或いは、測定ステップＳ１１において、測定部１１は、基底モードと測定対象モードとの干渉を解析することにより測定対象モードの成分を抽出することで、測定対象モードの光を選択的に測定してもよい。
解析ステップＳ１２において、解析部１２は、測定部１１による測定結果に基づいて所要の解析を行う。具体的には、解析ステップＳ１２において、解析部１２は、Ｆφ(φ)を用いた上記（１）式の計算により、ＭＭＦの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る。
解析ステップＳ１２において、解析部１２は、ｆｒ(ｒ)を用いた上記（２）式の計算により、測定対象モードのＡeffを評価してもよい。解析ステップＳ１２において、解析部１２は、ｆｒ(ｒ)を用いた上記（３）式の計算により、測定対象モードのＮＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤ１を評価してもよい。また、解析ステップＳ１２において、解析部１２は、遠視野における発散角φに対する測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を用いた上記（４）式の計算により、測定対象モードのＦＦＰの２次モーメントにより定義されるＭＦＤを評価してもよい。
検出器３としての受光用光ファイバに替えて、受光用光ファイバの入射端相当位置に配置されたフォトダイオード等が用いられてもよい。入射用光ファイバ４とＭＭＦ１との間にモード選択型モード合波器を配して、ＭＭＦ１に対して測定対象モードのみに光を入射してもよい。モード合波器を用いることなく、入射用光ファイバ４とＭＭＦ１とを突合せ結合し、解析部１２において、非測定対象モードと測定対象モードとの干渉を解析することにより測定対象モードの成分を抽出してもよい。
本実施形態によれば、方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するＭＭＦの各空間モードの光学特性を高ＤＲかつ高空間分解能で短時間に評価することができる。
１…マルチモード光ファイバ、２…光源、３…検出器。
１０…光ファイバ特性評価装置、１１…測定部、１２…解析部。

Claims (16)

  1. 方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するマルチモード光ファイバの各空間モードの光学特性を評価する方法であって、
    前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、遠視野走査法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定ステップと、
    ｋを真空中の光の波数とし、φｍａｘをＦφ(φ)測定時の最大発散角、または、測定したＦφ(φ)が有意である最大発散角とし、Ｆφ(φ)を用いた下記（１）式の計算により、前記マルチモード光ファイバの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析ステップと、
    を有する光ファイバ特性評価方法。
    Figure 2018063149
  2. 前記解析ステップにおいて、ｆｒ(ｒ)を用いた下記（２）式の計算により、前記測定対象モードの実効断面積を評価する、
    請求項１に記載の光ファイバ特性評価方法。
    Figure 2018063149
  3. 前記解析ステップにおいて、ｆｒ(ｒ)を用いた下記（３）式の計算により、前記測定対象モードのニアフィールドパターンの２次モーメントにより定義されるモードフィールド径を評価する、
    請求項１または２に記載の光ファイバ特性評価方法。
    Figure 2018063149
  4. 前記解析ステップにおいて、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を用いた下記（４）式の計算により、前記測定対象モードのファーフィールドパターンの２次モーメントにより定義されるモードフィールド径を評価する、
    請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
    Figure 2018063149
  5. 前記測定ステップにおいて、光強度測定装置を用いて遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を測定した後に、この光強度の平方根をとることで電界の絶対値｜Ｆφ(φ)｜に変換し、更に測定雑音に起因せずに光強度が極小値となるφの前後で電界の符号を異ならせることで、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)を測定する、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
  6. 前記測定ステップにおいて、モード選択型モード合波器を用いて前記マルチモード光ファイバの前記測定対象モードに選択的に光を入力することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定する、
    請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
  7. 前記測定ステップにおいて、非測定対象モードと前記測定対象モードとの干渉を解析することにより前記測定対象モードの成分を抽出することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定する、
    請求項１〜５の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
  8. 前記マルチモード光ファイバが回転対称なコアを有する、
    請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
  9. 前記マルチモード光ファイバが円筒対称なコアを有する、
    請求項１〜７の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価方法。
  10. 方位角モード次数ｎが０でない高次の空間モードを１つ以上有するマルチモード光ファイバの各空間モードの光学特性を評価する装置であって、
    前記高次の空間モードのうちの一つを測定対象モードとして、遠視野走査法により遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)の測定を任意の一方向について行う測定部と、
    ｋを真空中の光の波数とし、φｍａｘをＦφ(φ)測定時の最大発散角、または、測定したＦφ(φ)が有意である最大発散角とし、Ｆφ(φ)を用いた下記（５）式の計算により、前記マルチモード光ファイバの出射端におけるファイバ半径方向位置ｒに対する前記測定対象モードの電界の依存性ｆｒ(ｒ)を得る解析部と、
    を備える光ファイバ特性評価装置。
    Figure 2018063149
  11. 前記解析部は、ｆｒ(ｒ)を用いた下記（６）式の計算により、前記測定対象モードの実効断面積を評価する、
    請求項１０に記載の光ファイバ特性評価装置。
    Figure 2018063149
  12. 前記解析部は、ｆｒ(ｒ)を用いた下記（７）式の計算により、前記測定対象モードのニアフィールドパターンの２次モーメントにより定義されるモードフィールド径を評価する、
    請求項１０または１１に記載の光ファイバ特性評価装置。
    Figure 2018063149
  13. 前記解析部は、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を用いた下記（８）式の計算により、前記測定対象モードのファーフィールドパターンの２次モーメントにより定義されるモードフィールド径を評価する、
    請求項１０〜１２の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価装置。
    Figure 2018063149
  14. 前記測定部は、光強度測定装置を用いて遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの光強度の依存性｜Ｆφ(φ)｜２を測定した後に、この光強度の平方根をとることで電界の絶対値｜Ｆφ(φ)｜に変換し、更に測定雑音に起因せずに光強度が極小値となるφの前後で電界の符号を異ならせることで、遠視野における発散角φに対する前記測定対象モードの電界Ｆの依存性Ｆφ(φ)を測定する、
    請求項１０〜１３の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価装置。
  15. 前記測定部は、モード選択型モード合波器を用いて前記マルチモード光ファイバの前記測定対象モードに選択的に光を入力することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定する、
    請求項１０〜１４の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価装置。
  16. 前記測定部は、基底モードと前記測定対象モードとの干渉を解析することにより前記測定対象モードの成分を抽出することで、前記測定対象モードの光を選択的に測定する、
    請求項１０〜１４の何れか１項に記載の光ファイバ特性評価装置。
JP2016200976A 2016-10-12 2016-10-12 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置 Active JP6705356B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016200976A JP6705356B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置
US15/726,416 US10041857B2 (en) 2016-10-12 2017-10-06 Method of evaluating characteristics of optical fiber, and apparatus of evaluating characteristics of optical fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016200976A JP6705356B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018063149A true JP2018063149A (ja) 2018-04-19
JP6705356B2 JP6705356B2 (ja) 2020-06-03

Family

ID=61829180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016200976A Active JP6705356B2 (ja) 2016-10-12 2016-10-12 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10041857B2 (ja)
JP (1) JP6705356B2 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022546533A (ja) * 2019-10-30 2022-11-04 エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インク マルチモード光ファイバの空間モードの線形結合の複素係数の機械学習ベースの回帰
WO2023218501A1 (ja) * 2022-05-09 2023-11-16 日本電信電話株式会社 計測装置、計測補償装置及び計測方法
WO2024069792A1 (ja) * 2022-09-28 2024-04-04 日本電信電話株式会社 光ファイバのモードフィールド径を取得する装置及び方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018138910A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 株式会社フジクラ マルチコアファイバの特性測定装置及び特性測定方法
JP7251639B2 (ja) * 2019-09-10 2023-04-04 日本電信電話株式会社 モードフィールド径試験方法および試験装置
CN111006855B (zh) * 2019-12-30 2020-07-31 长光卫星技术有限公司 大口径离轴反射式真空平行光管光轴标定方法及装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6071934A (ja) * 1983-09-29 1985-04-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 単一モ−ドフアイバのスポツトサイズ測定方法
US20020178757A1 (en) * 2001-05-29 2002-12-05 Chinn Stephen R. Calculation of modes in cylindrically-symmetric optical fiber
JP2008538613A (ja) * 2004-09-08 2008-10-30 アルカテル−ルーセント モード変換器
JP2011523711A (ja) * 2008-06-03 2011-08-18 ファン ジェイ． ジーオン， 干渉欠陥検知及び分類
JP2015138015A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 株式会社フジクラ 評価方法及び評価装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8111386B2 (en) * 2008-01-22 2012-02-07 Ofs Fitel, Llc Measuring modal content of multi-moded fibers
US8860934B2 (en) * 2012-01-13 2014-10-14 Interfiber Analysis, LLC System and method for measuring an optical fiber
US8867028B2 (en) * 2012-10-19 2014-10-21 Interfiber Analysis, LLC System and/or method for measuring waveguide modes
US9513189B2 (en) * 2012-11-08 2016-12-06 Ofs Fitel, Llc Device and method to measure the DMD and other parameters of a multicore optical fiber

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6071934A (ja) * 1983-09-29 1985-04-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 単一モ−ドフアイバのスポツトサイズ測定方法
EP0141251A1 (en) * 1983-09-29 1985-05-15 Sumitomo Electric Industries Limited Method of measuring a spot size of a single-mode fiber
US20020178757A1 (en) * 2001-05-29 2002-12-05 Chinn Stephen R. Calculation of modes in cylindrically-symmetric optical fiber
JP2008538613A (ja) * 2004-09-08 2008-10-30 アルカテル−ルーセント モード変換器
JP2011523711A (ja) * 2008-06-03 2011-08-18 ファン ジェイ． ジーオン， 干渉欠陥検知及び分類
JP2015138015A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 株式会社フジクラ 評価方法及び評価装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022546533A (ja) * 2019-10-30 2022-11-04 エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インク マルチモード光ファイバの空間モードの線形結合の複素係数の機械学習ベースの回帰
JP7316450B2 (ja) 2019-10-30 2023-07-27 エヌイーシー ラボラトリーズ アメリカ インク マルチモード光ファイバの空間モードの線形結合の複素係数の機械学習ベースの回帰
WO2023218501A1 (ja) * 2022-05-09 2023-11-16 日本電信電話株式会社 計測装置、計測補償装置及び計測方法
WO2024069792A1 (ja) * 2022-09-28 2024-04-04 日本電信電話株式会社 光ファイバのモードフィールド径を取得する装置及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6705356B2 (ja) 2020-06-03
US20180100782A1 (en) 2018-04-12
US10041857B2 (en) 2018-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6705356B2 (ja) 光ファイバ特性評価方法および光ファイバ特性評価装置
Ma et al. Fiber-modes and fiber-anisotropy characterization using low-coherence interferometry
Lorenser et al. Accurate modeling and design of graded-index fiber probes for optical coherence tomography using the beam propagation method
CN110073174B (zh) 使用具有多种光传播模式的单芯的感测光纤确定形状参数的方法和装置
JP6897373B2 (ja) 光ファイバ出射ビームプロファイル測定方法および装置
Aghaie et al. Experimental assessment of the accuracy of an advanced photonic-bandgap-fiber model
Hayashi et al. Effective area measurement of few-mode fiber using far field scan technique with Hankel transform generalized for circularly-asymmetric mode
Soh et al. Modal power decomposition of beam intensity profiles into linearly polarized modes of multimode optical fibers
Kafarova et al. Experimental researches of fiber Bragg gratings operating in a few-mode regime
Tedder et al. Single-mode fiber and few-mode fiber photonic lanterns performance evaluated for use in a scalable real-time photon counting ground receiver
JP6673812B2 (ja) モードフィールド径測定方法
Sen et al. Extended focal depth Fourier domain optical coherence microscopy with a Bessel-beam–LP 02 mode–from a higher order mode fiber
Lee et al. Multi-core fiber interferometer using spatial light modulators for measurement of the inter-core group index differences
Remund et al. Cost-effective optical coherence tomography spectrometer based on a tilted fiber Bragg grating
JP2016099290A (ja) 光学部材及び光ファイバの評価装置
Shi et al. Accurate and noise-robust mode decomposition by analyzing the intensity distribution of a few-mode ring core fiber
Parnet et al. Orthogonality breaking through few-mode optical fiber
Heyvaert et al. Numerical characterization of an ultra-high NA coherent fiber bundle part II: point spread function analysis
Moro et al. Experimental validation and uncertainty quantification of a single-mode optical fiber transmission model
US11906387B2 (en) Test method and test device for mode field diameter
JP7435981B2 (ja) モードフィールド径測定装置および測定方法
Rohollahnejad et al. Deformation independent FBG strain sensor based on speckle pattern processing
WO2024069792A1 (ja) 光ファイバのモードフィールド径を取得する装置及び方法
Tan Investigation on multi-core fiber and few-mode fiber and their applications on optical fiber sensing
Jiang et al. Measuring vector modal content of vortex fibers

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190322

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200414

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200427

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6705356

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250