JP2022085974A - 光学特性測定方法および光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示では、双方向ＯＴＤＲにより、結合型マルチコアファイバの光学特性を測定することを目的とする。【解決手段】本開示に係る光学特性測定方法は、互いのモードフィールド径（ＭＦＤ）及び比屈折率差が異なり、かつ、既知である２本のシングルコアファイバ（ＳＣＦ）を直列に接続し、そのうちの１つと結合型マルチコアファイバ（ＭＣＦ）の１つのコアを直列に接続して形成した光ファイバ伝送路に対して双方向ＯＴＤＲを行い、２つの後方散乱光の強度の分布を取得し、前記２本のＳＣＦのそれぞれにおける任意の１点及び前記結合型ＭＣＦの所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した前記２つの後方散乱光の強度の相加平均強度を算出し、３つの前記相加平均強度と、前記２本のＳＣＦのそれぞれのＭＦＤ及び比屈折率差とから、前記結合型ＭＣＦのＭＦＤ、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、光通信等に用いられる結合型マルチコアファイバの特性評価方法に関し、モードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定するための方法および装置に関する。

多種多様なインターネットサービスの普及により、光ファイバ1本を流れるトラフィック量が年々急速に増加している。一方、光ファイバで伝搬可能な伝送容量は有限であり、現在広く使われている単一モードファイバ（ＳＭＦ：Ｓｉｎｇｌｅ－Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）では将来のトラフィック増大に対応できなくなることが予測されている。この状況を打破するために、1本の光ファイバに複数のコアを有する光ファイバ（以下、マルチコアファイバと称する）を用いた空間多重伝送システムが検討されている。

近年、高密度空間多重と伝搬モード間の群遅延時間差低減を両立するために、光ファイバ長手方向のランダムな曲げやねじれによって、コア間のモードがランダムに結合するマルチコアファイバ（以下、結合型マルチコアファイバと称する。）が注目されている。結合型マルチコアファイバにおいても汎用的な単一モードファイバと同様に、モードフィールド径、比屈折率差及び波長分散は、重要な光学特性である。結合型マルチコアファイバ技術の発展や実用化のためには、これらの光学特性を簡単に評価できる技術が必要である。

非特許文献１では、双方向ＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法により、ＳＭＦにおけるモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定する手法が開示されている。本手法は、光ファイバの光学特性を一端から非破壊で簡単に測定することができるため、ＳＭＦの光学特性を評価する技術として広く用いられている。

Ａ． Ｒｏｓｓａｒｏ ｅｔ ａｌ．， "Ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂｙ ａ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＯＴＤＲ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，" Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． ７， ｎｏ． ３， ｐｐ． ４７５－４８３， ２００１． Ｍ． Ｏｈａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， "Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｆｉｂｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｕｓｉｎｇ ＯＴＤＲ，" Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ． ２２， ｎｏ． ２４， ｐｐ． ３０１３７－３０１４７， ２０１４． Ｍ． Ｏｈａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， "ＯＴＤＲ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ａｎｄ ｆｉｂｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ，" Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， ２０１６． Ｓ． Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ ｉｎ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｅｇｉｏｎ，" Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， ｖｏｌ． ２６， ｎｏ． ３－４， ｐｐ． ４５３－４６７， １９７８． Ｋ． Ｎａｋａｊｉｍａ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｌｏｎｇ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ，" Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ． １５， ｎｏ． ７， ｐｐ． １９０５－１１０１， １９９７．

例えば、非特許文献２では、双方向ＯＴＤＲ法により、非結合型マルチコアファイバにおけるモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定する方法が開示されている。この方法では、コア間のクロストークが無視できるほど小さいとみなすことにより、モードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を取得している。しかし、結合型マルチコアファイバにおいては、コア間のクロストークは通常無視できないほど大きいため、関連技術は適用できず、双方向ＯＴＤＲ法による光学特性を取得するための方法および装置構成が不明であるという課題があった。

前記課題を解決するために、本発明は、双方向ＯＴＤＲにより、結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定することができる光学特性測定方法および光学特性測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示の光学特性測定方法および光学特性測定装置は、互いの光学特性が異なり、かつ、光学特性が既知である２本のシングルコアファイバと、光学特性が未知の結合型マルチコアファイバとが直列に接続された光ファイバ伝送路を使用する。光ファイバ伝送路の一端及び他端のそれぞれで取得した後方散乱光強度の分布と既知の光学特性とを用いて、結合型マルチコアファイバの未知の光学特性を算出する。

具体的には、本開示に係る光学特性測定方法は、
結合型マルチコアファイバの光学特性を測定する光学特性測定方法であって、
互いのモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、前記モードフィールド径及び前記比屈折率差が既知である第１シングルコアファイバと第２シングルコアファイバとを直列に接続し、前記第２シングルコアファイバの未接続の端に前記結合型マルチコアファイバの１つのコアを直列に接続し、光ファイバ伝送路を形成すること、
前記光ファイバ伝送路の一端から第１の試験光パルスを入力すること、
前記一端からの距離に関して、前記第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること、
前記光ファイバ伝送路の他端から第２の試験光パルスを入力すること、
前記一端からの距離に関して、前記第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること、
前記第１シングルコアファイバの任意の１点、前記第２シングルコアファイバの任意の１点及び前記結合型マルチコアファイバの所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の相加平均強度を算出すること、
３つの前記相加平均強度と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれのモードフィールド径と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれの比屈折率差とから、前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出すること、
を行う。

具体的には、本開示に係る光学特性測定装置は、
試験光パルスを生成する試験光パルス生成器と、
互いにモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、前記モードフィールド径及び前記比屈折率差が既知であって、直列に接続された第１シングルコアファイバ及び第２シングルコアファイバと、前記第２シングルコアファイバに自身の有する１つのコアが直列に接続された結合型マルチコアファイバと、で構成される光ファイバ伝送路の一端に第１の試験光パルスを入力するとともに前記第１の試験光パルスによる後方散乱光を出力し、前記光ファイバ伝送路の他端に第２の試験光パルスを入力するとともに前記第２の試験光パルスによる後方散乱光を出力する入出力器と、
前記入出力器が出力した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度について、前記一端からの距離に関する分布を測定する測定器と、
前記第１シングルコアファイバの任意の１点、前記第２シングルコアファイバの任意の１点及び前記結合型マルチコアファイバの所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度の相加平均強度を算出し、３つの前記相加平均強度と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれのモードフィールド径と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれの比屈折率差とから、前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出する演算器と、
を備える。

例えば、本開示に係る光学特性測定方法および光学特性測定装置では、
数Ｃ１を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出してもよい。

ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
λは波長であり、
ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径である。

例えば、本開示に係る光学特性測定方法および光学特性測定装置では、
数Ｃ２を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出してもよい。

ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
ｋは定数である。

例えば、本開示に係る光学特性測定方法および光学特性測定装置では、
前記結合型マルチコアファイバの波長分散を算出する際に、
数Ｃ３を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出すること、
数Ｃ４を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出すること、
前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差から材料分散を算出すること、
複数の波長λに関して取得した前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径から前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径の波長依存性を算出すること、
前記波長依存性から導波路分散を算出すること、
前記材料分散と前記導波路分散とを足して前記波長分散を算出してもよい。

ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
λは波長であり、
ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径であり、
Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
ｋは定数である。

本開示の光学特性測定方法および光学特性測定装置は、互いの光学特性が異なり、かつ、既知である２本のシングルコアファイバと、光学特性が未知の結合型マルチコアファイバとが直列に接続された光ファイバ伝送路の一端及び他端のそれぞれで取得した後方散乱光強度の分布と既知の光学特性とを用いることで、双方向ＯＴＤＲにより、結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定することができる。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本開示によれば、双方向ＯＴＤＲにより、結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定することができる光学特性測定方法および光学特性測定装置を提供することができる。

本発明に係る光学特性測定装置の概略構成の一例を示す。 本発明に係る光学特性測定装置の概略構成の一例を示す。 本発明に係る光学特性測定装置の概略構成の一例を示す。 本発明に係る光学特性測定方法の手順の一例を示す。 本発明に係る光学特性測定方法の手順の一例を示す。 本発明に係る光学特性測定方法を説明する図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態に係る光学特性測定装置の概略構成の一例を図１に示す。
本開示に係る光学特性測定装置は、
試験光パルスを生成する試験光パルス生成器１１と、
互いにモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、モードフィールド径及び比屈折率差が既知であって、直列に接続された第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２と、第２シングルコアファイバ１０－２に自身の有する１つのコアが直列に接続された結合型マルチコアファイバ１０－３と、で構成される光ファイバ伝送路１０の一端Ａに第１の試験光パルスを入力するとともに第１の試験光パルスによる後方散乱光を出力し、光ファイバ伝送路１０の他端Ｂに第２の試験光パルスを入力するとともに第２の試験光パルスによる後方散乱光を出力する入出力器１２と、
入出力器１２が出力した第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度について、一端Ａからの距離に関する分布を測定する測定器１３と、
第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点、第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点及び結合型マルチコアファイバ１０－３の所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度の相加平均強度を算出し、３つの相加平均強度と、第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２のそれぞれのモードフィールド径と、第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２のそれぞれの比屈折率差とから、結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出する演算器１４と、を備える。

本実施形態に係る光学特性測定装置の構成の一例について図２および図３を用いて具体的に説明する。

試験光パルス生成器１１の一例を図２に示す。試験光パルス生成器１１は、光源１１－１と、光強度変調器１１－２と、パルス発生器１１－３とを備える。

光源１１－１は、試験光として使用する波長の連続光を出力する。

パルス発生器１１－３は、パルス信号を光強度変調器１１－２に送る。また、パルス発生器１１－３は、測定器１３に対して、後方散乱光強度分布の測定を開始するタイミングを決めるためのトリガ信号を出力しても良い。

光強度変調器１１－２は、光源１１－１より出力される連続光をパルス発生器１１－３の信号に従ってパルス化して、試験光パルスにする。光強度変調器１１－２は、例えば、音響光学素子をパルス駆動するようにした音響光学スイッチを備える音響光学変調器でもよい。

入出力器１２は、例えば、光サーキュレータを備える。光サーキュレータは、光の伝搬方向を制御する。

測定器１３の一例を図３に示す。測定器１３は、受光器１３－１と、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１３－２と、信号処理部１３－３とを備える。

受光器１３－１は、入出力器１２と単一コアファイバで接続しており、光伝送路１０内で発生した後方散乱光を、入出力器１２を介して受光する。

Ａ／Ｄ変換器１３－２は、受光器１３－１からの電気信号をデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器１３－２は、デジタルデータを信号処理部１３－３に入力する。

信号処理部１３－３は、入力されたデジタルデータから後方散乱光の強度分布を取得する。

演算器１４は、信号処理部１３－３で取得した後方散乱光強度の分布からモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を算出する演算処理を行う。本演算処理の詳細については後述するステップＳ０７で説明する。

なお、信号処理部１３－３および演算器１４はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本実施形態に係る光学特性測定方法の手順の一例を図４及び図５に示す。
本実施形態に係る光学特性測定方法は、
結合型マルチコアファイバ１０－３の光学特性を測定する光学特性測定方法であって、
互いのモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、モードフィールド径及び比屈折率差が既知である第１シングルコアファイバ１０－１と第２シングルコアファイバ１０－２とを直列に接続し、第２シングルコアファイバ１０－２の未接続の端に結合型マルチコアファイバ１０－３の１つのコアを直列に接続し、光ファイバ伝送路１０を形成すること（ステップＳ００）、
光ファイバ伝送路１０の一端Ａから第１の試験光パルスを入力すること（ステップＳ０１）、
一端Ａからの距離に関して、第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること（ステップＳ０２及びＳ０３）、
光ファイバ伝送路１０の他端Ｂから第２の試験光パルスを入力すること（ステップＳ０４）、
一端Ａからの距離に関して、第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること（ステップＳ０５及びＳ０６）、
第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点、第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点及び結合型マルチコアファイバ１０－３の所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した第１の試験光パルスによる後方散乱光強度及び第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の相加平均強度を算出すること（サブステップＳ０７－１）、
３つの相加平均強度と、第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２のそれぞれのモードフィールド径と、第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２のそれぞれの比屈折率差とから、結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出すること（サブステップＳ０７－２からＳ０７－７）、を行う。
以下、ステップＳ００からステップＳ０７まで詳細に説明する。

（ステップＳ００）
図１に示すように、互いのモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、モードフィールド径及び比屈折率差が既知である第１シングルコアファイバ１０－１と第２シングルコアファイバ１０－２とを直列に接続し、第２シングルコアファイバ１０－２の未接続の端に結合型マルチコアファイバ１０－３の１つのコアを直列に接続し、光ファイバ伝送路１０を形成する。

（ステップＳ０１）
試験光パルス生成器１１は、前述したように、光源１１－１から出力された連続光を試験光パルスに変え、入出力器１２を介して第１の試験光パルスを光ファイバ伝送路１０の一端Ａから入力する。

（ステップＳ０２）
測定器１３は、ステップＳ０１で入力した第１の試験光パルスにより光ファイバ伝送路１０内で発生した後方散乱光を、前述したように、一端Ａに接続された入出力器１２を介して受光する。

（ステップＳ０３）
測定器１３は、ステップＳ０２で受光した第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度について、光ファイバ伝送路１０の一端Ａからの距離に関する分布を測定する。

（ステップＳ０４）
試験光パルス生成器１１は、前述したように、光源１１－１から出力された連続光を試験光パルスに変え、入出力器１２を介して第２の試験光パルスを光ファイバ伝送路１０の他端Ｂから入力する。

（ステップＳ０５）
測定器１３は、ステップＳ０４で入力した第２の試験光パルスにより光ファイバ伝送路１０内で発生した後方散乱光を、前述したように、他端Ｂに接続された入出力器１２を介して受光する。

（ステップＳ０６）
測定器１３は、ステップＳ０５で受光した第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度について、光ファイバ伝送路１０の一端Ａからの距離に関する分布を測定する。

なお、ステップＳ０４からＳ０６までを先に行い、第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定した後に、ステップＳ０１からＳ０３までを行い、第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定してもよい。

（ステップＳ０７）
演算器１４は、ステップＳ０３およびステップＳ０６において、信号処理部１３－３で測定した第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布及び第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を用いて、結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差および波長分散を算出する。本ステップは、図５に示すサブステップＳ０７－１からサブステップＳ０７－７をさらに備えてもよい。以下、サブステップＳ０７－１からＳ０７－７について説明する。

（サブステップＳ０７－１）
演算器１４は、ステップＳ０３およびステップＳ０６において、信号処理部１３－３で測定した第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布及び第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布から、結合型マルチコアファイバ１０－３の所望の１点における第１の試験光パルスによる後方散乱光強度及び第２の試験光パルスによる後方散乱光強度を抽出し、対数スケールで表示する。対数スケールで表示した第１の試験光パルスによる後方散乱光強度及び第２の試験光パルスによる後方散乱光強度を足して２で割ることで、相加平均強度を求める。同様に、第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点及び第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点のそれぞれについても相加平均強度を求める。

なお、測定した後方散乱光強度から直接算出する相加平均強度は、後方散乱光強度の分布の数式がわかれば、数式を用いて表現することができる。２つのコアを有する結合型マルチコアファイバを例にとって、相加平均強度を表現する数式について説明する。ここでは、光ファイバ伝送路１０の一端Ａからの距離をｚで表す。結合型マルチコアファイバは、２つのコアを有し、それぞれコア１およびコア２と称するとする。コア１及びコア２の損失係数α、レイリー散乱係数αｓおよび後方散乱光捕獲率Ｂの距離ｚに関する性質は等しく、電力結合係数ｈは長手方向に均一とみなせるとする。ここでは、コア１に第２シングルコアファイバ１０－２が直列に接続されたとして説明するが、コア２の場合も同様である。

ステップＳ０１で光ファイバ伝送路１０の一端Ａから入力する第１の試験光パルスの強度をＰ０とする。ステップＳ０４で光ファイバ伝送路１０の他端Ｂから入力する第２の試験光パルスの強度をＰ１とする。

上記設定において、ステップＳ０３で得られるコア１の第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布は、数１で表すことができる。

なお、Ｐｂｓ１（ｚ）は光ファイバ伝送路１０の一端Ａから第１の試験光パルスを入力した際の後方散乱光の強度分布を表す。Ｌ_０は第１シングルコアファイバ１０－１及び第２シングルコアファイバ１０－２の合計の長さを表す。Ｌは結合型マルチコアファイバ１０－３の長さを表す。

ステップＳ０６で得られるコア１の第２の試験光パルスによる後方散乱光強度分布は、数２で表すことができる。

なお、Ｐｂｓ２（ｚ）は光ファイバ伝送路１０の他端Ｂから第２の試験光パルスによる試験光パルスを入力した際の後方散乱光の強度分布を表す。数１および数２では、損失係数αが距離ｚによらないとしている。

ここで、結合型マルチコアファイバにおける電力結合係数ｈは、通常、数１ではｚ＝Ｌ_０となる点を除いて、数２ではｚ＝Ｌ_０＋Ｌとなる点を除いて、数１および数２における電力結合係数ｈを含む指数関数項をほぼゼロとみなすことができるほど大きい。したがって、数１および数２はそれぞれ、以下の数３および数４のように近似することができる。

相加平均強度は数３および数４を用いて、数５で表すことができる。

上記では、光ファイバ伝送路１０の各コアの損失係数αが一様な場合を示したが、各コアの損失係数αが一様でない場合は、損失係数αは数６で表すことができる。

よって、各コアの損失係数αが一様でない場合には、相加平均強度は数５ａのように表すことができる。

従って、相加平均強度は、数５又は数５ａによる数式で表現することができる。

（サブステップＳ０７－２）
サブステップＳ０７－１で取得した３つの相加平均強度と、第１シングルコアファイバ１０－１のモードフィールド径と、第２シングルコアファイバ１０－２のモードフィールド径とを、数７（非特許文献３参照。）に用いて結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径を算出する。

なお、ｚは一端Ａから所望の１点までの距離、ｚ１は一端Ａから第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点までの距離、ｚ２は一端Ａから第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点までの距離であり、
Ｉ（ｚ）は所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点に関しての相加平均強度であり、
λは波長であり、
ｗ（λ、ｚ）は所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点に関してのモードフィールド径である。

（サブステップＳ０７－３）
サブステップＳ０７－１で取得した３つの相加平均強度と、第１シングルコアファイバ１０－１の比屈折率差と、第２シングルコアファイバ１０－２の比屈折率差とを、数８（非特許文献３を参照。）に用いて結合型マルチコアファイバ１０－３の比屈折率差を算出する。

なお、Δ（ｚ）は所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は第１シングルコアファイバ１０－１の任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は第２シングルコアファイバ１０－２の任意の１点に関しての比屈折率差である。また、ｋは結合型マルチコアファイバ１０－３のコアに添加される材料に依存する定数であり、例えば、コアへの添加材料がＧｅＯ_２の場合は０．６２である。

（サブステップＳ０７－４）
サブステップＳ０７－３で算出した比屈折率差Δ（ｚ）と、屈折率ｎの波長依存性を記述するセルマイヤの分散関係式を表す数９（非特許文献４を参照。）と、を用いて結合型マルチコアファイバ１０－３のコアの屈折率波長依存性を算出する。

数９のＡ_ｉおよびＢ_ｉはファイバ材料に依存する定数であり、結合型マルチコアファイバ１０－３の比屈折率差から決定できる。例えば、Ａ_ｉを求める場合には、図６に示すように、非特許文献４に記載されている、ドーパント量が特定の値であるコアの比屈折率差に対応する定数（Ａ_ａ）と、純石英の比屈折率差に対応する定数（Ａ_ｂ）との間で線形補間を行ってもよい。そして、その結果得られた直線を比屈折率差Δを変数とする一次関数Ａ_ｉ（Δ）として求め、Ａ_ｉ（Δ）のΔに数８で得た比屈折率差Δ（ｚ）を代入することにより所望の定数（Ａ_ｉ）を求めてもよい。Ｂ_ｉを求める場合も同様にしてもよい。

数９で算出したコアの屈折率波長依存性を数１０（非特許文献３を参照。）に用いて材料分散Ｄ_ｍを求める。ｃは光速を表す。

（サブステップＳ０７－５）
試験光パルスの波長を変えてステップＳ０１からステップ０６を複数回行い、複数の波長についての後方散乱光強度の分布を測定し、サブステップＳ０７－１及びサブステップＳ０７－２により、複数波長についての結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径を算出する。

複数波長における結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径と、モードフィールド半径の波長依存性を表す近似式を表す数１１（非特許文献５を参照。）と、を用いて結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径の波長依存性を算出する。

ここで、３波長以上のモードフィールド径の測定結果から、係数ａ、ｂ、ｃを決定することにより、結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径の波長依存性を算出することが望ましい。

（サブステップＳ０７－６）
サブステップＳ０７－５で算出した結合型マルチコアファイバ１０－３のモードフィールド径の波長依存性を導波路分散の近似式である数１２（非特許文献３を参照。）に用いて導波路分散を算出する。

なお、Ｄ_ｗは導波路分散を、ｃは光速を、ｎはコアの屈折率を表す。また、数１１のｗ（λ、ｚ）を数１２のｗに代入することにより、導波路分散Ｄ_ｗは数１３で表すこともできる。

（サブステップＳ０７－７）
数１４に示すように、サブステップＳ０７－４で算出した材料分散Ｄｍと、サブステップＳ０７－６で算出した導波路分散Ｄ_ｗとを足して波長分散を算出する。

以上説明したように、本開示の光学特性測定方法および光学特性測定装置は、互いの光学特性が異なり、かつ、光学特性が既知である２本のシングルコアファイバと、光学特性が未知の結合型マルチコアファイバとが直列に接続された光ファイバ伝送路の一端及び他端のそれぞれで取得した後方散乱光強度の分布と既知の光学特性とを用いることで、双方向ＯＴＤＲにより、結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散を測定することができる。

本開示に係る光学特性測定方法および光学特性測定装置は、情報通信産業に適用することができる。

１０：光ファイバ伝送路
１０－１：第１シングルコアファイバ
１０－２：第２シングルコアファイバ
１０－３：結合型マルチコアファイバ
１１：試験光パルス生成器
１１－１：光源
１１－２：光強度変調器
１１－３：パルス発生器
１２：入出力器
１３：測定器
１３－１：受光器
１３－２：Ａ／Ｄ変換機
１３－３：信号処理部
１４：演算器
１０１：光学特性測定装置

Claims (8)

1. 結合型マルチコアファイバの光学特性を測定する光学特性測定方法であって、
   互いのモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、前記モードフィールド径及び前記比屈折率差が既知である第１シングルコアファイバと第２シングルコアファイバとを直列に接続し、前記第２シングルコアファイバの未接続の端に前記結合型マルチコアファイバの１つのコアを直列に接続し、光ファイバ伝送路を形成すること、
   前記光ファイバ伝送路の一端から第１の試験光パルスを入力すること、
   前記一端からの距離に関して、前記第１の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること、
   前記光ファイバ伝送路の他端から第２の試験光パルスを入力すること、
   前記一端からの距離に関して、前記第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の分布を測定すること、
   前記第１シングルコアファイバの任意の１点、前記第２シングルコアファイバの任意の１点及び前記結合型マルチコアファイバの所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光強度の相加平均強度を算出すること、
   ３つの前記相加平均強度と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれのモードフィールド径と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれの比屈折率差とから、前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出すること、
   を行う光学特性測定方法。
2. 数Ｃ１を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。
   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   λは波長であり、
   ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径である。
3. 数Ｃ２を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。
   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
   ｋは定数である。
4. 前記結合型マルチコアファイバの波長分散を算出する際に、
   数Ｃ３を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出すること、
   数Ｃ４を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出すること、
   前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差から材料分散を算出すること、
   複数の波長λに関して取得した前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径から前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径の波長依存性を算出すること、
   前記波長依存性から導波路分散を算出すること、
   前記材料分散と前記導波路分散とを足して前記波長分散を算出すること
   を行うことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定方法。
   

   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   λは波長であり、
   ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径であり、
   Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
   ｋは定数である。
5. 試験光パルスを生成する試験光パルス生成器と、
   互いにモードフィールド径及び比屈折率差が異なり、かつ、前記モードフィールド径及び前記比屈折率差が既知であって、直列に接続された第１シングルコアファイバ及び第２シングルコアファイバと、前記第２シングルコアファイバに自身の有する１つのコアが直列に接続された結合型マルチコアファイバと、で構成される光ファイバ伝送路の一端に第１の試験光パルスを入力するとともに前記第１の試験光パルスによる後方散乱光を出力し、前記光ファイバ伝送路の他端に第２の試験光パルスを入力するとともに前記第２の試験光パルスによる後方散乱光を出力する入出力器と、
   前記入出力器が出力した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度について、前記一端からの距離に関する分布を測定する測定器と、
   前記第１シングルコアファイバの任意の１点、前記第２シングルコアファイバの任意の１点及び前記結合型マルチコアファイバの所望の１点のそれぞれについて、対数スケールで表示した前記第１の試験光パルスによる後方散乱光の強度及び前記第２の試験光パルスによる後方散乱光の強度の相加平均強度を算出し、３つの前記相加平均強度と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれのモードフィールド径と、前記第１シングルコアファイバ及び前記第２シングルコアファイバのそれぞれの比屈折率差とから、前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径、比屈折率差及び波長分散の少なくとも１つを算出する演算器と、
   を備える光学特性測定装置。
6. 前記演算器は、数Ｃ５を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   λは波長であり、
   ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径である。
7. 前記演算器は、数Ｃ６を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出する
   ことを特徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
   ｋは定数である。
8. 前記演算器は、前記結合型マルチコアファイバの波長分散を算出する際に、
   数Ｃ７を用いて前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径を算出すること、
   数Ｃ８を用いて前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差を算出すること、
   前記結合型マルチコアファイバの比屈折率差から材料分散を算出すること、
   複数の波長λに関して取得した前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径から前記結合型マルチコアファイバのモードフィールド径の波長依存性を算出すること、
   前記波長依存性から導波路分散を算出すること、
   前記材料分散と前記導波路分散とを足して前記波長分散を算出すること
   を行うことを特徴とする請求項５に記載の光学特性測定装置。
   

   

   

   ただし、ｚは前記一端から前記所望の１点までの距離、ｚ１は前記一端から前記第１シングルコアファイバの任意の１点までの距離、ｚ２は前記一端から前記第２シングルコアファイバの任意の１点までの距離であり、
   Ｉ（ｚ）は前記所望の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度、Ｉ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての相加平均強度であり、
   λは波長であり、
   ｗ（λ、ｚ）は前記所望の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径、ｗ（λ、ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関してのモードフィールド径であり、
   Δ（ｚ）は前記所望の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ１）は前記第１シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差、Δ（ｚ２）は前記第２シングルコアファイバの任意の１点に関しての比屈折率差であり、
   ｋは定数である。

Images