JP3131144B2 - 偏波モード分散の測定装置 - Google Patents

偏波モード分散の測定装置

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  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信に用いられる
光ファイバの偏波モード分散の測定方法と測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】光通信では、光信号が持つ情報量を増す
ために偏波面を用いて多値化することが行われている。
このため、光信号を伝送する光ファイバにおいては、導
波光の偏波モードが揃ったものを用いることが必要とさ
れ、使用する光ファイバについては導波周波数毎の偏波
モード分散が測定される。
【０００３】従来、この種の偏波モード分散の測定にお
いては、ストークスパラメータを用いて定義される偏波
モード分散が用いられていた。
【０００４】ストークスパラメータは偏光度を含めた偏
光の状態を表現する４つのパラメータであり、完全に偏
った楕円偏光の直交するｘ，ｙ成分を、 Ｅx＝Ａxｃｏｓ（ωｔ−Δx） Ｅy＝Ａyｃｏｓ（ωｔ−Δy） Δy−Δx＝Δ としたときに、各パラメータＳ0，Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3を以下
のように表現するものである。
【０００５】Ｓ0＝Ａx2＋Ａy2 Ｓ1＝Ａx2−Ａy2 Ｓ2＝２ＡxＡyｃｏｓΔ Ｓ3＝２ＡxＡyｓｉｎΔ 完全に偏った光ではＳ02＝Ｓ12＋Ｓ22＋Ｓ32の関係があ
る。なお、Ｓ0は光の強度を表現するパラメータである
ため、偏波モード分散はストークスパラメータＳ1，Ｓ
2，Ｓ3を用いて以下のように表わされる。
【０００６】
【数１】 図２は、ストークスパラメータによる偏波モード分散を
測定する偏波状態測定装置の従来例の構成を示すブロッ
ク図である。
【０００７】本従来例は、波長可変光源２０１、光カプ
ラ２０２、ファイバ型偏光子２０３、被測定光ファイバ
２０４、ストークス解析装置２０５、Ａ／Ｄ変換器２０
６、波長計２０７および制御装置２０８から構成されて
いる。
【０００８】波長可変光源２０１は出力光の波長が調節
可能であり、制御装置２０８が出力する制御信号に応じ
て出力光の波長を変化させる。光カプラ２０２は、波長
可変光源２０１の出力光を２分割するもので、出力光の
うちの一方はファイバ型偏光子２０３へ出力し、他方は
波長計２０７へ出力する。ファイバ型偏光子２０３へ入
力した光は、直線偏光とされた後に被測定光ファイバ２
０４を介してストークス解析装置２０５へ入射する。ス
トークス解析装置２０５は、内部に検光子や受光素子
（ともに不図示）等の光学測定部材を備えるもので、こ
れらを用いて上記のストークスパラメータＳ0〜Ｓ3を求
める。ストークス解析装置２０５により求められたスト
ークスパラメータＳ0〜Ｓ3はＡ／Ｄ変換器２０６によっ
てデジタル化された後に制御装置２０８に入力される。
制御装置２０８には、ストークスパラメータＳ0〜Ｓ3の
他に波長計２０７が出力する測定光の波長を示す信号が
入力されており、現在の波長可変光源２０１が出力して
いる光の波長に対する偏波モード分散を上記の（１）〜
（３）式および入力されたストークスパラメータＳ1〜
Ｓ3を用いて求める。この後、制御装置２０８は波長可
変光源２０１の出力光の波長を変化させて同様のことを
繰り返す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の偏波モ
ード分散の測定方法においては、ストークスパラメータ
Ｓ1〜Ｓ3を用いて（１）〜（３）式のように偏波モード
分散を定義している。ストークスパラメータＳ1が±１
に近付くと、
【００１０】
【数２】 が発散してしまうため、ストークスパラメータＳ1が±
１近傍となる被測定物に対しては偏波モード分散を求め
ることができないという問題点がある。
【００１１】本発明は上述したような従来の技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであって、被測定対象の
範囲をより広いものとすることができる偏波モード分散
の測定装置を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の偏波モード分散
の測定装置は、出力光の波長が調節可能な波長可変光源
と、前記波長可変光源の出力光の強度変調を行う光強度
変調器と、前記光強度変調器出力の偏波状態を制御する
偏波コントローラと、入射光をｐ偏光成分およびｓ偏光
成分に分けて出力する偏光ビームスプリッタと、前記偏
光ビームスプリッタが出力するｐ偏光成分およびｓ偏光
成分のそれぞれを電気信号に変換するＯ／Ｅ変換器と、
前記光強度変調器を介して前記波長可変光源の出力光の
強度が所定の周波数の正弦波となるように調整するとと
もに、前記波長可変光源および偏波コントローラの動作
を制御し、前記Ｏ／Ｅ変換器の出力から被測定物の伝達
関数行列を構成するパラメータを求め、この求められた
パラメータにより定義される偏波モード分散を求める解
析手段を有し、前記偏波コントローラと偏光ビームスプ
リッタとの間に設置される被測定物の偏波モード分散を
測定する。
【００１３】この場合、解析手段が、光強度変調器を介
して波長可変光源の出力光の強度を変調し、Ｏ／Ｅ変換
器の出力から被測定物の伝達関数行列を構成するパラメ
ータを求めるネットワークアナライザと、前記波長可変
光源および偏波コントローラの動作を制御し、前記ネッ
トワークアナライザにて求められた伝達関数行列を構成
するパラメータにより定義される偏波モード分散を求め
る制御部から構成されてもよい。
【００１４】また、制御部は、波長可変光源の波長掃引
を行って測定を行うとともに、掃引する所定波長毎に、
偏波コントローラの出力光を偏光ビームスプリッタのｐ
方向に一致する直線偏波として被測定物へ入射させ、次
に、前記偏波コントローラの出力光を９０゜回転させて
前記偏光ビームスプリッタのｓ方向に一致する直線偏波
として被測定物へ入射させることとしてもよい。
【００１５】上記のいずれの場合においても、解析手段
は、偏波コントローラと偏光ビームスプリッタとの間に
被測定物を置かない状態での初期測定を予め行い、偏波
コントローラと偏光ビームスプリッタとの間に被測定物
を設置する実際の測定時の計測値を、初期測定時の計測
値により構成することとしてもよい。
【００１６】「作用」本発明においては、ストークスパ
ラメータを用いて偏波モード分散を定義することにより
偏波モード分散を求めることができなくなることを回避
するために、偏光素子の特性を表わす被測定物の伝達関
数行列を用いて偏波モード分散を定義している。
【００１７】被測定光ファイバの伝達関数行列［Ｔ］の
行列要素の位相推移と振幅の周波数依存性は次式で定義
される。
【００１８】
【数３】 ここで、｜Ｔij｜は各行列要素の振幅、φijは各行列要
素の位相推移であり、ともに光周波数ωの関数である。
【００１９】上記に基づいて偏波モード分散τPMDを定
義すると、
【００２０】
【数４】 となる。ここで、θは偏光角、ψ1は光の進行方向に垂
直な面内のある方向の位相推移、ψ2はψ1に直交する方
向の位相推移、（５）式の各パラメータは（４）式の成
分から以下のように求められる。
【００２１】 θ（ω）＝ａ COS （｜Ｔ11｜2−｜Ｔ21｜2）・・・・・・（６） ψ1（ω）＝（φ11−φ22）／２，ψ2（ω）＝（φ21−φ12＋π）／２ ・・・・・・（７） したがって（４）式の各成分を測定し、（５）式から偏
波モード分散τPMDを求めることができる。
【００２２】本発明では、式（７）における直交する２
つの成分の位相推移の差成分φ（ω）と同相成分ψ
（ω）を以下のように定義する。
【００２３】 φ（ω）＝（ψ1（ω）−ψ2（ω））／２・・・・・・（８） ψ（ω）＝（ψ1（ω）＋ψ2（ω））／２・・・・・・（９） θ（ω），φ（ω），ψ（ω）についてのテイラー展開
はそれぞれ以下に示すものである。
【００２４】
【数５】 式（５）に示した本発明における偏波モード分散τPMD
を式（１０），（１１），（１２）を用いて表現すると
以下のものとなる。
【００２５】
【数６】 このように、本発明において定義される偏波モード分散
τPMDは、｛θ，φ，ψ｝の３つのパラメータを含むも
のとなっている。
【００２６】従来のストークスパラメータを用いて定義
される偏波モード分散は、
【００２７】
【数７】 であり、｛θ，φ｝の２つのパラメータしか含まれてな
く、同相成分ψがないことから上述したストークスパラ
メータＳ１が±１近傍となると発散してしまうという問
題点が生じていたが、本発明では、｛θ，φ，ψ｝の３
つのパラメータを測定し、これにより偏波モード分散を
定義しているので、ストークスパラメータを用いて定義
する従来例と異なり、偏波モード分散τPMDが測定でき
ないことがなくなり、被測定対象の範囲を広げることが
できるものとなっている。
【００２８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。
【００２９】図１は本発明による偏波モード分散を測定
する偏波状態測定装置の一実施例の構成を示すブロック
図である。
【００３０】本実施例は、出力光の波長が調節可能な波
長可変光源１０１、光強度変調器１０２、偏波コントロ
ーラ１０３、被測定光ファイバ１０４、偏光ビームスプ
リッタ１０５、Ｏ／Ｅ変換器１０６1，１０６2、ネット
ワークアナライザ１０７、増幅器１０８およびネットワ
ークアナライザ１０７とともに解析手段を構成する制御
部１０９からなるものである。
【００３１】光強度変調器１０２は入力光の強度変調を
行うもので、波長可変光源１０１の出力光を強度が数Ｇ
ＨZ程度の固定の周波数ｆｍの正弦波となるように強度
変調して偏波コントローラ１０３へ出力する。偏波コン
トローラ１０３は入力光の偏波状態を制御可能なもので
あり、その出力光は被測定光ファイバ１０４を介して偏
光ビームスプリッタ１０５に入射される。偏光ビームス
プリッタ１０５のｓ偏光成分およびｐ偏光成分は、Ｏ／
Ｅ変換器１０６1，１０６2をそれぞれ介することにより
電気信号に変換されてネットワークアナライザ１０７に
入力される。ネットワークアナライザ１０７は該入力値
から偏波モード分散τPMDを求め、また、増幅器１０８
を介して光変調器１０２における強度変調比を制御して
いる。制御部１０９は、ネットワークアナライザ１０７
の動作状態に応じて波長可変光源１０１の出力波長の制
御や偏波コントローラ１０３における偏波状態の制御を
行う。
【００３２】なお、ネットワークアナライザ１０７は、
正確な偏波モード分散τPMDを求めるために、予め測定
された被測定光ファイバ１０４を通さない波長可変光源
１０１の各波長毎の出力光についてのｓ偏光成分および
ｐ偏光成分の値を記憶しており、該記憶値に基づいてＯ
／Ｅ変換器１０６1，１０６2の出力値を校正して偏波モ
ード分散τPMDを求め、測定精度の向上を図っている。
【００３３】上記のように構成される本実施例の動作に
ついて以下に説明する。
【００３４】測定が開始されると、制御部１０９は偏波
コントローラ１０３の出力光を偏光ビームスプリッタ１
０５のｐ方向に一致する直線偏波として被測定光ファイ
バ１０４へ入射させる。このときの被測定光ファイバ１
０４の出力光は以下の式により表わされる。
【００３５】
【数８】 上記の出力光は偏光ビームスプリッタ１０５によりｓ偏
光成分およびｐ偏光成分に分離されてＯ／Ｅ変換器１０
６1，１０６2に入射されて
【００３６】
【数９】 が測定される。
【００３７】上記の測定が終了すると、制御部１０９は
偏波コントローラ１０３の出力光を９０゜回転させて偏
光ビームスプリッタ１０５のｓ方向に一致する直線偏波
として被測定光ファイバ１０４へ入射させる。このとき
の被測定光ファイバ１０４の出力光は以下の式により表
わされる。
【００３８】
【数１０】 上記の出力光は偏光ビームスプリッタ１０５によりｓ偏
光成分およびｐ偏光成分に分離されてＯ／Ｅ変換器１０
６1，１０６2に入射されて
【００３９】
【数１１】 が測定される。
【００４０】ネットワークアナライザ１０７は上記のよ
うにして測定された各パラメータと式（６），式（７）
から、θ，ψ1，ψ2を求める。
【００４１】この後、上記の測定が波長可変光源１０１
の出力波長を掃引して行われ、各測定結果からθ
（ω），ψ1（ω），ψ2（ω）が求められ、制御部１０
９は式（５）から偏波モード分散τPMDが求める。
【００４２】なお、以上説明した実施例においてはＯ／
Ｅ変換器はｐ偏光成分およびｓ偏光成分のそれぞれにつ
いて設けられるものとして説明したが、各偏光成分を１
つのＯ／Ｅ変換器に入射する構成とし、装置構成の簡略
化を図ってもよい。
【００４３】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
【００４４】請求項１乃至請求項３に記載のものにおい
ては、測定不能となるパラメータの値がなくなり、被測
定対象の範囲をより広いものとすることができる効果が
ある。
【００４５】請求項４に記載のものにおいては、上記効
果に加えて、測定精度が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】従来例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１ 波長可変光源 １０２ 光強度変調器 １０３ 偏波コントローラ １０４ 被測定光ファイバ １０５ 偏光ビームスプリッタ １０６1，１０６2 Ｏ／Ｅ変換器 １０７ ネットワークアナライザ １０８ 増幅器 １０９ 制御部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−34447（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74867（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−273082（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−181630（ＪＰ，Ａ) 「ユーザーエンジニアのための光測定 器ガイド」、増補改訂版、株式会社オプ トロニクス社、平成５年11月10日、第94 から95頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 出力光の波長が調節可能な波長可変光源
    と、 前記波長可変光源の出力光の強度変調を行う光強度変調
    器と、 前記光強度変調器出力の偏波状態を制御する偏波コント
    ローラと、 入射光をｐ偏光成分およびｓ偏光成分に分けて出力する
    偏光ビームスプリッタと、 前記偏光ビームスプリッタが出力するｐ偏光成分および
    ｓ偏光成分のそれぞれを電気信号に変換するＯ／Ｅ変換
    器と、 前記光強度変調器を介して前記波長可変光源の出力光の
    強度が所定の周波数の正弦波となるように調整するとと
    もに、前記波長可変光源および偏波コントローラの動作
    を制御し、前記Ｏ／Ｅ変換器の出力から被測定物の伝達
    関数行列を構成するパラメータを求め、この求められた
    パラメータにより定義される偏波モード分散を求める解
    析手段を有し、 前記偏波コントローラと偏光ビームスプリッタとの間に
    設置される被測定物の偏波モード分散を測定する偏波モ
    ード分散の測定装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の偏波モード分散の測定装
    置において、 解析手段が、 光強度変調器を介して波長可変光源の出力光の強度を変
    調し、Ｏ／Ｅ変換器の出力から被測定物の伝達関数行列
    を構成するパラメータを求めるネットワークアナライザ
    と、 前記波長可変光源および偏波コントローラの動作を制御
    し、前記ネットワークアナライザにて求められた伝達関
    数行列を構成するパラメータにより定義される偏波モー
    ド分散を求める制御部から構成されることを特徴とする
    偏波モード分散の測定装置。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の偏波モード分散の測定装
    置において、 制御部は、波長可変光源の波長掃引を行って測定を行う
    とともに、掃引する所定波長毎に、偏波コントローラの
    出力光を偏光ビームスプリッタのｐ方向に一致する直線
    偏波として被測定物へ入射させ、次に、前記偏波コント
    ローラの出力光を９０゜回転させて前記偏光ビームスプ
    リッタのｓ方向に一致する直線偏波として被測定物へ入
    射させることを特徴とする偏波モード分散の測定装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
    の偏波モード分散の測定装置において、 解析手段は、偏波コントローラと偏光ビームスプリッタ
    との間に被測定物を置かない状態での初期測定を予め行
    い、偏波コントローラと偏光ビームスプリッタとの間に
    被測定物を設置する実際の測定時の計測値を、初期測定
    時の計測値により構成することを特徴とする偏波モード
    分散の測定装置。
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