JP3211850B2 - 光ファイバの波長分散測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単一波長光源を用いて
測定することができ、光ファイバの非線形光学効果によ
る影響を受けることがなく、温度変化などの外乱を受け
ることがなく、あるいは無視することができ、遠隔測定
が可能等の優れた特徴を有し、光増幅器を用いた線型中
継器を含む伝送路の総分散を一度に測定することができ
る光ファイバの波長分散測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバを伝送路として超高速
の光信号を伝送する場合、光ファイバの波長分散が信号
劣化の要因となっている。その理由は、超高速の光信号
を構成する短光パルスは広い周波数帯域を有するため
に、このような超高速の光信号が光ファイバ中を伝搬す
る場合、光の群速度が波長によって異なるという波長分
散の効果により、伝送後にそのパルス幅が広がり、光信
号が劣化するためである。したがって、光ファイバの波
長分散による信号劣化は、光信号の伝送帯域を制限する
こととなり、高速化への障害となっていた。

【０００３】そこで、光信号を光のまま増幅する希土類
添加光ファイバ増幅器が開発され、この増幅器を線形中
継器に用いた多中継伝送路が提案されている（参考文献
１：K.Hagimoto et al.,Topical Meeting on Optical A
mplifiers and their Applications,TuA2,(1990)）。し
かしながら、この多中継伝送路においては再生中継を行
わないために、長い伝送路にわたって分散の効果が累積
され信号波形が劣化するという欠点がある。例えば、単
位長さ当りの波長分散値の小さい光ファイバを用いたと
しても、多中継伝送路における波長分散効果は全伝送路
にわたって累積するために大きなものとなる。したがっ
て、前記増幅器を線形中継器に用いた多中継伝送路にお
いては、全伝送路の総分散が重要な設計パラメータとな
る。特に、超高速、長距離伝送を実用化するには、全伝
送路の総分散値の測定が必要となる。

【０００４】全伝送路の総分散値を求めるには、各中継
区間毎に分散値を測定し、これらの分散値を加え合わせ
るという方法を用いることもできる。しかしながら、局
舎毎に移動して測定しなければならないという欠点や、
中継区間毎の分散値及び伝送路長の測定誤差が累積する
という欠点がある。したがって、多中継伝送路における
波長分散を一度に測定する必要がある。多中継伝送路の
総分散値を一度に測定することができれば、伝送網全体
を総括する監視網を用いて常時監視することが可能にな
る。さらに、測定点数が削減できるので、それにかかわ
る人件コストの削減をも可能にすると考えられる。

【０００５】従来、光ファイバの波長分散を測定する方
法としては、パルス法、差分法、位相差法などが知られ
ている。パルス法は、波長の異なる光パルスを被測定光
ファイバに入射した場合、波長分散の効果によりそれぞ
れの光パルスの到達時間が異なることを利用するもの
で、この到達時間差を測定することにより被測定光ファ
イバの波長分散を求める方法である。この方法では到達
時間差を測定しているので、波長の異なる光パルスは同
時に出射されると都合がよい。そのために、これら波長
の異なる光パルスを多モードパルス光で代用することも
ある。

【０００６】図７は多モードパルス光発生装置を用いた
光ファイバの波長分散測定装置の構成図である。図にお
いて、１は多モードパルス光発生装置、２は被測定光フ
ァイバ、３は分光器、４は光波形観測装置、５は波長分
散算出装置である。この装置を用いて光ファイバの波長
分散を測定するには、多モードパルス光発生装置１から
出射した多モードパルス光ｌ₁を被測定光ファイバ２に
入射し、該被測定光ファイバ２からの出射光を分光器３
で空間的に分光した後、これら分光された光を光波形観
測装置４により電気信号に変換し、波長分散算出装置５
によりそれぞれの波長間の相対遅延時間差（到達時間
差）を測定し、波長分散を算出する。波長分散Ｄは、各
波長差Δλ、各波長間の相対遅延時間差ΔＴ及び光ファ
イバ長Ｌを用いて Ｄ＝（１／Ｌ）・（ΔＴ／Δλ） ‥‥（１） で表わされる。したがって、各波長間の相対遅延時間差
ΔＴと各波長差Δλの比を測定することにより波長分散
Ｄを求めることができる。

【０００７】また、差分法は、波長可変レーザ光を同一
周波数の正弦波信号で強度変調した後に被測定光ファイ
バに入射し、この入射光の波長を変えることによって生
じる前記被測定光ファイバからの出力光の位相差を移相
器とリサージュ波形より求めることにより被測定光ファ
イバの波長分散を求める方法である。また、位相差法
は、波長が異なる２つのプローブ光を同一周波数の信号
で変調した後に被測定光ファイバに入射し、これらの変
調したプローブ光が被測定光ファイバ中を伝播する際に
受けた変調信号のそれぞれの遅延位相差を測定し、さら
に波長を掃引することにより、波長分散を算出する方法
である。

【０００８】一方、単一波長光源を用いた波長分散の測
定方法としては、次のような方法がＣｒａｐｌｙｖｙ等
により提案されている。すなわち、ＣＷ光源を位相変調
し被測定光ファイバに入射すると、該被測定光ファイバ
の波長分散効果により位相変調成分が強度変調成分に変
換され、この出力光強度の強度変調成分を測定すること
により総分散値を求める方法である（参考文献２：Chra
plyvy et al.,Electronics Letters,Vol22,No8,409,(19
86)）。

【０００９】図８はＣｒａｐｌｙｖｙ等により提案され
ている単一波長光源を用いた光ファイバの波長分散測定
装置の構成図である。図において、１１は波長が１．５
μｍのＤＦＢレーザ、１２は光アイソレータ、１３は発
振器、１４はニオブ酸リチウム（LiNbO₃）製の外部位相
変調器、１５は５対１の方向性結合器、１６は測定波長
帯域（ＦＳＲ）１５ＧＨｚのファブリペローエタロン、
１７は受光器、１８はオッシロスコープ、２は被測定光
ファイバ、２０は受光器、２１はスペクトルアナライザ
である。ここで、外部位相変調器１４、方向性結合器１
５、ファブリペローエタロン１６は、位相変調における
変調指数を定めるためのセットアップであり、また、被
測定光ファイバ２は、長さ４８．５ｋｍ、１．３μｍ零
分散シングルモード光ファイバである。

【００１０】この装置を用いて光ファイバの波長分散を
測定するには、ＤＦＢレーザ１１から出射されたＣＷ光
を外部位相変調器１４により位相変調し、方向性結合器
１５により５対１に分岐する。分岐された強度の弱い方
の光はファブリペローエタロン１６を通過し受光器１７
により電気信号に変換され、この電気信号がオシロスコ
ープ１８により観測される。一方、強度の強い方の光は
被測定光ファイバ２を通過し受光器２０に入射し電気信
号に変換される。この電気信号のフーリエ成分をスペク
トルアナライザ２１により観測し、出射光強度の変調周
波数成分（１次のサイドバンド）を測定し、直流成分と
の比をとる。この比より波長分散を求めることができ
る。Ｃｒａｐｌｙｖｙ等は変調周波数４ＧＨｚ付近で実
験を行い（変調指数π／２）、被測定光ファイバ２に波
長１．５μｍの光を入射させることにより、従来の測定
法と実験値の合致を見ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
波長分散測定方法を線形中継器を含む伝送路に適用し
て、該伝送路の総分散値を一度で測定しようとすると、
以下のような問題が生じる。すなわち、波長の異なる光
をプローブ光として使用する方法では、前記伝送路の総
分散を一度で測定するためには、これらの波長が全て線
形中継器の増幅帯域に入っている必要がある。例えば、
光増幅器の増幅帯域幅は波長で１５００ｎｍから１６０
０ｎｍとかなり狭帯域であり、さらに光フィルタを内蔵
している線形中継器ではさらに狭帯域で１５３０ｎｍか
ら１５６０ｎｍである。ところが、これら波長分散測定
で用いる波長は１２００ｎｍから１８００ｎｍとかなり
広帯域であるから、多波長を用いる従来の測定法を線形
中継器を含む多中継伝送路の総分散値測定にそのまま適
用するのは困難である。

【００１２】線形中継器を用いた多中継伝送路特有の問
題として、非線形光学効果の１つである自己位相変調
（Spontaneous Phase Modulation）の影響がある。自己
位相変調は入射光の強度に比例して光の位相が変化する
現象であり、パルス幅を広げるなどの影響を及ぼす。ま
た、自己位相変調には周波数チャープという問題もあ
る。自己位相変調による周波数チャープは入射光強度の
時間微分に比例し、光のスペクトルを広げるために、従
来の分散測定、特にパルス法において大きな誤差の原因
となっている。

【００１３】またパルス法の場合、光パルスを長尺の光
ファイバ中を通過させるためには高出力の光パルスを被
測定光ファイバに入力する必要がある。この時、測定プ
ローブであるパルス光が非線形光学効果の影響のため光
スペクトルが広がるなどの変形を受ける。したがって、
正確な総分散値を把握することが困難である。また、パ
ルス遅延を精密に測定するためにストリークカメラを使
用すると、測定系が大規模、高価となるという問題があ
る。さらに、差分法や位相差法では、波長ごとに順次、
変調信号の位相を測定しているので、いずれにおいても
測定中の温度変化による光路差変化の影響を無視するこ
とができない。例えば、１０００ｋｍの光ファイバにお
いて温度が１℃変化した場合、石英ガラスの線膨張率が
０．４×１０^-6／℃であるから光路差は０．４ｍ変化す
る。この光路差は時間差に換算すると２ｎｓに相当す
る。一方、波長分散１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、光ファイバ長
１０００ｋｍ、光波長差１ｎｍとすると時間遅延差は１
ｎｓとなり、測定中の温度変化による波長分散の測定誤
差はかなり大きい。

【００１４】また、Ｃｒａｐｌｙｖｙ等により提案され
ている単一波長光源を用いた波長分散の測定方法では、
測定装置における精度は原理上、変調指数、変調周波数
が大きければ大きいほど良くなる。ところが彼等の位相
変調の条件（変調指数π／２、変調周波数４ＧＨｚ）で
は１．５μｍ零分散光ファイバなどの小さい分散媒質に
対してその精度が十分ではなく、さらに、彼らの位相変
調の条件は市販の外部位相変調器の限界であり、したが
って彼らが用いた装置では、これ以上精度の良い測定が
困難である。このように、線形中継器を用いた多中継伝
送路において必要とされる遠隔測定は、従来の方法では
どれも困難である。

【００１５】一方、半導体レーザを直接変調すれば、外
部位相変調器では不可能であった大きな変調指数を実現
することができ、外部位相変調器を用いた単一波長光源
による波長分散測定装置の問題点、すなわち変調指数が
大きくならず測定精度が上げられないという問題点を解
決することができる。一例として、図９に半導体レーザ
の直接変調により得られた、単位注入電流あたりの最大
周波数偏移の変調周波数依存性を示す（参考文献３：S.
Kobayashi et al.,Electronics Letters,17,10,350(198
1)）。周波数変調においては、変調指数ｗは最大周波数
偏移Δｆと変調周波数ｆ_mを用いて ｗ＝Δｆ／ｆ_m ‥‥（２） と表わされる。図９の場合では、変調周波数１ＧＨｚに
おける変調指数は、変調電流が振幅値で１ｍＡの時ｗ＝
０．１、また１０ｍＡの時ｗ＝１、また５０ｍＡの時ｗ
＝５となり、外部位相変調器では不可能であった変調指
数の領域を実現することができる。

【００１６】また、注入同期方式や光位相同期方式を用
いることにより直接位相変調することもできる。しかし
ながら、この半導体レーザ直接変調方法において問題と
なってくるのは、周波数変調あるいは位相変調に伴って
現われるレーザ光の強度変調成分である。なぜなら、レ
ーザ直接変調による強度変調成分が、波長分散の効果に
より生成した強度変調成分と重畳してしまうからであ
る。むろん、レーザ直接変調による強度変調成分を光フ
ァイバ入射前に測定し、光ファイバ出射光の全強度変調
成分から入射時の直接変調に起因する強度変調成分を差
し引いて、波長分散による強度変調成分を求めることも
できるが、１つの分散値を求めるのに２回の測定を要
し、それも入射側と出射側の両方で測定しなければなら
ないために遠隔測定が繁雑になるという問題がある。

【００１７】さらに、被測定光ファイバが異常分散媒質
（通過波長が零分散波長より長波長側にあるような場
合）であるとき、非線形光学効果を介し光ファイバ入射
前の微小な強度変調成分が種となり出射後にこの強度変
調成分が増幅される効果、すなわち変調不安定性（modu
lation instability）の効果が生じる場合がある。この
変調不安定性による強度変調成分が大きい場合、波長分
散の効果による強度変調成分と重畳し測定誤差が増大す
るという問題がある。以上のように、従来の測定方法で
は多中継伝送路での総分散は一度に測定することが困難
であった。

【００１８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、単一波長光源を用いて測定することがで
き、光ファイバの非線形光学効果による影響を受けるこ
とがなく、温度変化などの外乱を受けることがなく、あ
るいは無視することができ、遠隔測定が可能等の優れた
特徴を有し、光増幅器を用いた線型中継器を含む伝送路
の総分散を一度に測定することができる光ファイバの波
長分散測定装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次の様な光ファイバの波長分散測定装置を
採用した。すなわち、請求項１記載の光ファイバの波長
分散測定装置は、強度変調信号を出力する発振器と、前
記強度変調信号に基づき信号光を出射する光源と、前記
強度変調信号に基づき該強度変調信号と逆位相かつ同振
幅の外部強度変調信号を出力する反転増幅器と、前記外
部強度変調信号に基づき前記信号光に含まれる強度変調
成分を抑圧する外部強度変調器と、この強度変調成分が
抑圧された測定光を被測定光ファイバに入射することに
より、該被測定光ファイバから出射する出力信号のビー
トから生じる信号光強度の変調周波数成分と直流成分を
測定し、この変調周波数成分と直流成分の比を演算回路
により計算し、この計算値に基づき前記被測定光ファイ
バの波長分散を求める波長分散測定手段とを具備したこ
とを特徴としている。

【００２０】また、請求項２記載の光ファイバの波長分
散測定装置は、請求項１記載の光ファイバの波長分散測
定装置において、前記外部強度変調器から出射する測定
光を複数に分岐する光分岐手段と、該光分岐手段により
分岐された測定光の強度変調成分を測定し、該測定光の
変調周波数成分が最小になるように反転増幅器を制御す
る制御手段とを具備したことを特徴としている。

【００２１】

【作用】本発明の請求項１記載の光ファイバの波長分散
測定装置では、外部強度変調器により前記外部強度変調
信号に基づき前記信号光に含まれる強度変調成分を抑圧
する。したがって、強度が一定の信号光を被測定光ファ
イバに入射することが可能になる。また、波長分散測定
手段により、前記被測定光ファイバから出射する出力信
号のビートから生じる信号光強度の変調周波数成分と直
流成分を測定し、この変調周波数成分と直流成分の比を
演算回路により計算し、この計算値に基づき前記被測定
光ファイバの波長分散を求める。 これにより、得られる
変調指数が大きく純粋な周波数変調あるいは位相変調成
分を用いて波長分散値を測定することが可能になる。

【００２２】また、請求項２記載の光ファイバの波長分
散測定装置では、光分岐手段により前記外部強度変調器
から出射する測定光を複数に分岐し、制御手段により該
光分岐手段により分岐された測定光の強度変調成分を測
定し、該測定光の変調周波数成分が最小になるように反
転増幅器を制御する。したがって、信号光に含まれる強
度変調成分や外部強度変調器特性が未知の場合、また
は、光源または外部強度変調器の変調特性に温度変化や
経時劣化が生じる場合のいずれにおいても、前記信号光
に含まれる強度変調成分を抑圧することが可能になる。
したがって、強度が一定の信号光を被測定光ファイバに
入射することが可能になる。これより、得られる変調指
数が大きく純粋な周波数変調あるいは位相変調成分を用
いて波長分散値を測定することが可能になる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の光ファイバの波長分散測定装
置の各実施例について図面に基づき説明する。 （実施例１）図１は実施例１の光ファイバの波長分散測
定装置を示す構成図である。なお、図１において図７ま
たは図８に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符
号が付してある。図において、３１は強度変調信号を出
力する発振器、３２は増幅器、３３は前記強度変調信号
に基づき信号光ｌ₂を出射する単一波長半導体レーザ
（光源）、３４は前記強度変調信号に基づき該強度変調
信号と逆位相かつ同振幅の外部強度変調信号を出力する
反転増幅器、１２は光アイソレータ、３５は前記外部強
度変調信号に基づき前記信号光ｌ₂に含まれる強度変調
成分を抑圧する外部強度変調器、３６は反転増幅器３４
の特性を制御する制御回路、１５は方向性結合器、１６
はファブリペローエタロン、１７は受光器、１８はオッ
シロスコープ、２は被測定光ファイバ、２０は受光器、
３７はバンドパスフィルタ、３８は電力計（または電流
計）、３９は直流電力計（または直流電流計）、４０は
電力計（または電流計）３８と直流電力計（または直流
電流計）３９の出力の比をとる演算回路である。外部強
度変調器３５は、ＬｉＮｂＯ₃を用いたマッハツェンダ
型強度変調器、吸収型強度変調器、半導体レーザ型光ア
ンプを用いた強度変調器等が好適に用いられる。

【００２４】そして、受光器２０、バンドパスフィルタ
３７、電力計（または電流計）３８、直流電力計（また
は直流電流計）３９、演算回路４０により波長分散測定
装置（波長分散測定手段）４１を構成している。また、
方向性結合器１５、ファブリペローエタロン１６、受光
器１７、オッシロスコープ１８は変調指数を定めるため
のものである。ここで、光アイソレータ１２は、反射点
のない光学系を実現できる場合、または単一波長半導体
レーザ３３が反射光の影響を受けないレーザである場合
には必要はない。また、ファブリペローエタロン１６、
受光器１７、オシロスコープ１８は、半導体レーザ直接
変調における最大周波数偏移の注入電流、変調周波数依
存性を先に図９に示すように求めておき、注入電流、変
調周波数によって一意的に変調指数が定まるようにして
おけば必要はない。また、制御回路３６は単一波長半導
体レーザ３３と外部強度変調器３５の変調特性が安定で
あれば省略することができる。

【００２５】次に、この光ファイバの波長分散測定装置
を用いて総波長分散値を求める方法について説明する。
まず、レーザ直接変調光に重畳する強度変調成分を抑圧
する方法について説明する。発振器３１から出力する正
弦波信号を２つに分岐し、その一方を増幅器３２で増幅
した後、この増幅器３２の出力である変調信号で半導体
レーザ３３を駆動する。該半導体レーザ３３を出射した
信号光は周波数変調と強度変調の両方が重畳しており、
該信号光は外部強度変調器３５に入射する。一方、分岐
されたもう一方の正弦波信号は反転増幅器３４に入力
し、この反転増幅器３４の出力により外部強度変調器３
５を駆動する。

【００２６】ここで、半導体レーザ３３及び外部強度変
調器３５の強度変調特性が既知であれば、別途モニタさ
れる半導体レーザ３３の温度や動作時間などから抑圧す
べき強度変調成分をあらかじめ知ることができる。した
がって、この強度変調特性を記憶させた制御回路３６を
用いて常に増幅器３２の強度変調信号とは逆位相でかつ
振幅の等しい外部強度変調信号となるよう反転増幅器３
４の出力を制御することができる。なお、当然のことな
がら、半導体レーザ３３及び外部強度変調器３５の変調
特性が安定であるならば、製造時に逆位相、同振幅とな
るよう調整しておくことができ、その場合制御回路３６
は省略することができる。本実施例ではレーザ直接変調
光に重畳している強度変調と、外部強度変調器による強
度変調の変調の深さが一致し、さらに逆位相の状態にな
っているので、レーザ直接変調光に重畳している強度変
調成分が抑圧され、純粋な周波数変調光を得ることがで
きる。

【００２７】この周波数変調光の強度変調成分が抑圧さ
れる様を図２に示す。図中（ａ）はレーザ直接変調時に
おける信号光の強度変調と周波数変調の重畳の状態を表
わしたもので、半導体レーザ３３出射後の信号光ｌ₂の
光強度と光周波数の時間依存性のグラフである。このグ
ラフから、信号光ｌ₂は光強度、光周波数ともに、時間
とともに正弦曲線を描くことがわかる。次に、この信号
光ｌ₂に対し、図中（ｂ）に示すような反転増幅器３４
の出力信号（外部強度変調信号）を外部強度変調器３５
を用いて加える。この場合、図中（ｂ）の出力信号の光
強度は図中（ａ）の信号光強度とは逆位相で時間ととも
に正弦的に変化するが、この出力信号の光周波数は時間
に対して一定値をとる。ここで図中（ａ）及び図中
（ｂ）各々の強度変調の変調の深さが一致していれば、
図中（ｃ）のような純粋な周波数変調光が得られる。こ
こで、図中（ｃ）は外部強度変調器３５の出射光の光強
度と光周波数の時間依存性のグラフである。

【００２８】次に周波数変調における変調指数を決定す
る。方向性結合器１５により分離されたもう一方の光
は、ファブリペローエタロン１６を通過し、受光器１７
により光電変換され、その後、この電気的な信号はオシ
ロスコープ１８により観測される。ここでは、半導体レ
ーザ３３の温度、経時劣化などにより変調指数が変化す
る可能性があるので、必要のある時変調指数が求められ
るように、ファブリペローエタロン１６、受光器１７、
オシロスコープ１８からなるセットアップが装置内に設
けられている。

【００２９】この後、光ファイバの波長分散の効果によ
り、信号光の周波数変調成分が強度変調成分に変換され
ることを用いて被測定光ファイバ２の波長分散を求め
る。周波数変調された光は、被測定光ファイバ２に入射
される前は位相の中の項だけ変調を受けていることにな
るので、その強度は常に一定であり、光強度のスペクト
ルは直流成分に１つ線スペクトルが現われるだけであ
る。しかし、波長分散媒質である光ファイバに周波数変
調された光を入射すると、光周波数を変調周波数、また
はその整数倍の周波数で掃引した光を入射することにな
るので、これらの光の周波数の間に速度差が生じること
となる。この速度差により、被測定光ファイバ２から出
射する光は強度変調成分を受けることとなり、該被測定
光ファイバ２から出射した後の光速度のスペクトルは変
調周波数の整数倍の周波数成分を有することとなる。

【００３０】ここで、図３に光ファイバ入射前の周波数
変調光強度スペクトル（ａ）と光ファイバ出射後の光強
度スペクトル（ｂ）を示す。これらの光強度スペクトル
は、１６．６０２ｋｍの長さの１．３μｍ零分散光ファ
イバに波長１．５５μｍの周波数変調光を入射した場合
の実際の光強度スペクトルを示したものである。図３か
ら、光ファイバ出射後の光強度スペクトルには変調周波
数とその整数倍の位置にサイドバンドが現われているの
が分かる。

【００３１】次に、この変調周波数成分（１次のサイド
バンド）の光強度を測定する。１次サイドバンドの光強
度は変調周波数の２乗に比例する。なお、全測定行程に
おいて変調周波数を変化させる必要はなく、変調周波数
の一つの値が分かっていればよい。また、この１次サイ
ドバンドの光強度は、第１種ベッセル関数によって形成
される多項式にも比例する。このベッセル関数の項の変
調指数依存性は数値計算により図４のようになっている
ことがわかっている。図４によれば、ベッセル関数の項
は、変調指数増加とともに傾き１／２で線形に増加し、
変調指数１０あたりから非線形の効果が表れてくること
がわかる。したがって、変調指数１０までは誤差０．０
１％以下の精度で、傾き１／２の直線で近似することが
できる。また、変調指数も一つの値がわかっていればよ
く、変調指数を変化させる必要はない。

【００３２】ここでは、光強度を受光器２０により光電
変換した後、その出力を２つに分ける。一方の出力はバ
ンドパスフィルタ３７により変調周波数成分（１次サイ
ドバンド）のみが選択され、その後、電力計（または電
流計）３８により変調成分の電力値（あるいは電流値）
が求められる。他方の出力は直流電力計（または直流電
流計）３９により受光器２０の出力中の直流成分の電力
値（または電流値）が求められる。測定値は、電力計
（または電流計）３８の出力と直流電力計（または直流
電流計）３９の出力の比であり、演算回路４０により計
算される。ここでは、演算回路４０は電力計（または電
流計）３８の出力値と直流電力計（または直流電流計）
３９の出力値を別々に測定して計算してもよく、アナロ
グ回路で比をとってもよく、ディジタル回路で論理的に
割算を行なってもよい。演算回路４０により求められた
計算値に、係数４、円周率、光速度を乗し、波長の２
乗、変調指数、変調周波数の２乗により除すると、総波
長分散値を求めることができる。

【００３３】この方法では、光ファイバ入射前に強度変
調成分を抑圧し、強度一定となった信号光を光ファイバ
に入射するので、自己位相変調による分散測定への誤差
は無視できる。例えば、光ファイバ入射前の強度変調成
分の振幅が直流成分の０．１％であるとすると、非線形
光学パラメータ２／Ｗ／ｋｍ、光ファイバの損失０．２
１ｄＢ／ｋｍ、１中継間隔８０ｋｍ、変調周波数１ＧＨ
ｚの時、自己位相変調による周波数チャープは入射光強
度が１０ｍＷの時４０ｋＨｚ、５０ｍＷの時２００ｋＨ
ｚ、１００ｍＷの時４００ｋＨｚとなり、変調をしない
場合の半導体レーザ線幅より小さくなる。したがって、
この方法は、線形中継器直後の自己位相変調の起こり得
る領域についても適用可能であり有効である。

【００３４】また、被測定光ファイバ２が異常分散媒質
（通過波長が零分散波長より長波長側にあるような場
合）である場合、非線形光学効果を介し光ファイバ入射
前の微小な強度変調成分が種となり出射後に該強度変調
成分が増幅される効果、すなわち、変調不安定性（modu
lation instability）の効果がおきる場合がある。この
変調不安定性による強度変調成分が大きい時、波長分散
の効果による強度変調成分と重畳し、測定誤差が増大す
る。しかしながら、本実施例においては、光ファイバ入
射前の強度変調成分を抑圧するので、この効果は無視で
きる程度に抑圧することができる。

【００３５】例えば、光ファイバ入射前の強度変調成分
の振幅が直流成分の０．１％であるとし、波長分散値１
５．７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、変調周波数１ＧＨｚ、非線形
光学効果パラメータを２／Ｗ／ｋｍとする。損失による
光ファイバの有効長は、損失パラメータを０．２１ｄＢ
／ｋｍ、全伝送路長１０００ｋｍ、１中継区間を８０ｋ
ｍとすると２５０ｋｍとなる。これらの値により変調不
安定性による強度変調成分を見積ると、入射電力が１０
ｍＷの時０．３％、入射電力が５０ｍＷの時０．９％、
１００ｍＷのとき２．５％となる。さらにより実用的な
意味の大きい零分散波長近傍では、波長分散値２ｐｓ／
ｎｍ／ｋｍとしたとき１００ｍＷの入射電力でも０．３
％となり、十分無視し得る程度に抑圧することができ
る。したがって、変調不安定性による測定誤差を抑える
ことができ、被測定ファイバが異常分散媒質である場合
にも有効となる。

【００３６】以上説明したように、本実施例の光ファイ
バの波長分散測定装置によれば、発振器３１、増幅器３
２、単一波長半導体レーザ３３、反転増幅器３４、外部
強度変調器３５、方向性結合器１５、波長分散測定装置
４１を備えることとしたので、強度が一定の信号光を被
測定光ファイバ２に入射させることができ、得られる変
調指数が大きく純粋な周波数変調成分を用いて波長分散
値を測定することができる。したがって、光ファイバの
非線形光学効果による影響を受けることがなく、温度変
化などの外乱を受けることがなく、あるいは無視するこ
とができ、遠隔測定ができる等の優れた効果を奏するこ
とができ、光増幅器を用いた線型中継器を含む伝送路の
総分散を一度に測定することができる。

【００３７】また、光ファイバ入射前に強度変調成分を
抑圧し強度一定の信号光を光ファイバに入射するので、
自己位相変調による分散測定への誤差は無視することが
でき、したがって、線形中継器直後の自己位相変調の起
こり得る領域についても適用可能であり有効である。ま
た、自己位相変調による位相変化量も時間に対して一定
値となり、光のスペクトルには影響を及ぼさない。

【００３８】また、被測定光ファイバ２が異常分散媒質
であっても、変調不安定性の効果を無視できる程度に抑
圧することができる。したがって、光ファイバ入射前に
強度変調成分を抑圧することにより、変調不安定性によ
る測定誤差を抑えることができる。

【００３９】なお、単一波長半導体レーザ３３として
は、電極分割型半導体レーザを用いることもできる。こ
れは通常の単一モード半導体レーザ（たとえばＤＦＢレ
ーザ）に比べて直接変調時の強度変調成分を小さくする
ことができ、この強度変調成分が単一波長光源を用いる
分散測定に影響する場合に有効である。

【００４０】（実施例２）図５は実施例２の光ファイバ
の波長分散測定装置を示す構成図である。なお、この光
ファイバの波長分散測定装置は、実施例１の測定装置に
おいて、制御回路３６を除き、方向性結合器５１とフィ
ードバック制御装置（制御手段）５２とを設けたもので
あり、図５において図１に示す構成要素と同一の構成要
素には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００４１】この光ファイバの波長分散測定装置は、信
号光ｌ₂に含まれる強度変調成分や外部強度変調器３５
の特性が未知の場合、または、単一波長半導体レーザ３
３または外部強度変調器３５の変調特性に温度変化や経
時劣化が生じる場合においても、前記信号光ｌ₂に含ま
れる強度変調成分を抑圧するように構成されている。こ
こで、方向性結合器５１は、外部強度変調器３５から出
射し方向性結合器１５により分岐された測定光を２つに
分岐するものである。また、フィードバック制御装置５
２は、位相器５３、受光器５４、バンドパスフィルタ５
５、電力計（または電流計）５６、制御回路５７から構
成され、前記方向性結合器５１により分岐された測定光
の強度変調成分を測定し、該測定光の変調周波数成分が
最小になるように反転増幅器３４を制御するものであ
る。

【００４２】次に、レーザ直接変調における強度変調成
分を、フィードバック制御装置５２を用いて抑圧する方
法について説明する。外部強度変調器３５から出射され
た測定光は、方向性結合器１５により分岐された後に更
に方向性結合器５１により分岐され、該方向性結合器５
１により分岐された一方の測定光は、ファブリペローエ
タロン１６に入射し、他方の測定光は、受光器５４によ
り電気信号に変換された後、バンドパスフィルタ５５に
より該電気信号の変調周波数成分のみが選択され、電力
計（または電流計）５６により強度変調成分が測定され
る。前記受光器５４では、周波数変調成分は検出され
ず、強度変調成分のみが検出される。

【００４３】次に、レーザ直接変調光に含まれる強度変
調成分を抑圧し、純粋な周波数変調光を得るために、次
のような調整を交互に行う。まず、電力計（または電流
計）５６により、信号の変調周波数成分が最小になるよ
うに反転増幅器３４の出力であるＣを調整する。次に、
位相器５３の遅延量であるＱを調整し、同じく信号の変
調周波数成分を最小にする。制御回路５７は上記の２つ
の調整が行えるようなフィードバック回路である。

【００４４】図６は制御回路５７が行うフィードバック
アルゴリズムの一例を示すフローチャートである。ここ
では、まず、初期状態として、反転増幅器３４の出力
Ｃ、位相器５３による位相差Ｑをともに０とする。次
に、初期位相状態を確認する手段としてＣを電力計
（ｕ）の値の変化が観測できる程度に上げる（ステップ
１）。ここで信号の変調成分であるｕの値が増加する
か、または減少するかでおおまかな位相状態を把握す
る。例えば、増加する場合には、同位相またはその状態
に近いので、Ｑを変化させることにより最小値を求め、
その位置にＱをいったん固定する（ステップ２）。これ
でほぼ逆位相の状態ができる。次に、Ｑのこの位置にお
いてＣを変化させることにより最小値を求め、この位置
にＣを固定する（ステップ３）。このとき、強度変調の
深さが等しくなる。次に、さらにＱを変化させて最小値
を求める（ステップ４）。これで調整は完了する。

【００４５】また、ステップ１において信号の変調成分
が減少する場合、逆位相またはその状態に近いので、Ｃ
を変化させることにより信号の変調成分の最小値を求め
る（ステップ２’）。これで強度変調の深さがほぼ同じ
程度となる。次に、この位置にＣをいったん固定し、Ｑ
を変化させることにより最小値を求め、逆位相のところ
にＱを固定する（ステップ３’）。次に、Ｃを再度変化
させて最小値を求める（ステップ４’）。この状態にお
いてレーザ直接変調光に重畳している強度変調と、外部
強度変調器による強度変調の変調の深さが一致し、さら
に逆位相の状態が実現できる。また、これらの調整を行
うことにより、変調指数の大きい周波数変調のみを受け
た信号光を光ファイバに入射することができる。なお、
光ファイバ入射後の測定方法は実施例１と同様である。

【００４６】以上説明したように、本実施例の光ファイ
バの波長分散測定装置によれば、実施例１の測定装置
に、方向性結合器５１とフィードバック制御装置５２と
を設けたので、信号光ｌ₂に含まれる強度変調成分や外
部強度変調器３５の特性が未知の場合、または、単一波
長半導体レーザ３３または外部強度変調器３５の変調特
性に温度変化や経時劣化が生じる場合のいずれにおいて
も、前記信号光ｌ₂に含まれる強度変調成分を抑圧する
ことができ、強度が一定の信号光を被測定光ファイバ２
に入射させることができ、得られる変調指数が大きく純
粋な周波数変調を用いて波長分散値を測定することがで
きる。したがって、光ファイバの非線形光学効果による
影響を受けることがなく、温度変化などの外乱を受ける
ことがなく、あるいは無視することができ、遠隔測定が
できる等の優れた効果を奏することができ、光増幅器を
用いた線型中継器を含む伝送路の総分散を一度に測定す
ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の光ファイバの波長分散測定装置によれば、強度変
調信号を出力する発振器と、前記強度変調信号に基づき
信号光を出射する光源と、前記強度変調信号に基づき該
強度変調信号と逆位相かつ同振幅の外部強度変調信号を
出力する反転増幅器と、前記外部強度変調信号に基づき
前記信号光に含まれる強度変調成分を抑圧する外部強度
変調器と、この強度変調成分が抑圧された測定光を被測
定光ファイバに入射することにより、該被測定光ファイ
バから出射する出力信号のビートから生じる信号光強度
の変調周波数成分と直流成分を測定し、この変調周波数
成分と直流成分の比を演算回路により計算し、この計算
値に基づき前記被測定光ファイバの波長分散を求める波
長分散測定手段とを具備したので、強度が一定の信号光
を被測定光ファイバに入射させることができ、得られる
変調指数が大きく純粋な周波数変調成分を用いて波長分
散値を測定することができる。したがって、光ファイバ
の非線形光学効果による影響を受けることがなく、温度
変化などの外乱を受けることがなく、あるいは無視する
ことができ、遠隔測定ができる等の優れた効果を奏する
ことができ、光増幅器を用いた線型中継器を含む伝送路
の総分散を一度に測定することができる。また、自己位
相変調による分散測定への誤差は無視することができ、
したがって、線形中継器直後の自己位相変調の起こり得
る領域についても適用可能であり有効である。また、自
己位相変調による位相変化量も時間に対して一定値とな
り、光のスペクトルには影響を及ぼさない。

【００４８】また、被測定光ファイバが異常分散媒質で
あっても、変調不安定性の効果を無視できる程度に抑圧
することができる。したがって、光ファイバ入射前に強
度変調成分を抑圧することにより、変調不安定性による
測定誤差を抑えることができる。

【００４９】また、請求項２記載の光ファイバの波長分
散測定装置によれば、請求項１記載の光ファイバの波長
分散測定装置において、前記外部強度変調器から出射す
る測定光を複数に分岐する光分岐手段と、該光分岐手段
により分岐された測定光の強度変調成分を測定し、該測
定光の変調周波数成分が最小になるように反転増幅器を
制御する制御手段とを具備したので、信号光に含まれる
強度変調成分や外部強度変調器特性が未知の場合、また
は、光源または外部強度変調器の変調特性に温度変化や
経時劣化が生じる場合のいずれにおいても、前記信号光
に含まれる強度変調成分を抑圧することができる。した
がって、強度が一定の信号光を被測定光ファイバに入射
することができ、この結果、得られる変調指数が大きく
純粋な周波数変調あるいは位相変調成分を用いて波長分
散値を測定することができる。

【００５０】このように、本発明の光ファイバの波長分
散測定装置は、単一波長で光ファイバの波長分散測定が
でき、光ファイバ増幅器を用いた線形中継器による多中
継伝送路の総分散を一度に測定することができるので、
超高速、長距離伝送を可能たらしめる一技術となり得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の光ファイバの波長分散測定
装置を示す構成図である。

【図２】周波数変調光の強度変調成分が抑圧される様を
示す図である。

【図３】光ファイバ入射前後それぞれの周波数変調光強
度スペクトルを示す図である。

【図４】ベッセル関数の項の変調指数依存性を示す図で
ある。

【図５】本発明の実施例２の光ファイバの波長分散測定
装置を示す構成図である。

【図６】制御回路が行うフィードバックアルゴリズムの
一例を示すフローチャートである。

【図７】従来の多モードパルス光発生装置を用いた光フ
ァイバの波長分散測定装置を示す構成図である。

【図８】従来の単一波長光源を用いた光ファイバの波長
分散測定装置を示す構成図である。

【図９】最大周波数偏移の変調周波数依存性を示す図で
ある。

【符号の説明】

２ 被測定光ファイバ １２ 光アイソレータ １５ 方向性結合器 １６ ファブリペローエタロン １７ 受光器 １８ オッシロスコープ ２０ 受光器 ３１ 発振器 ３２ 増幅器 ３３ 単一波長半導体レーザ（光源） ３４ 反転増幅器 ３５ 外部強度変調器 ３６ 制御回路 ３７ バンドパスフィルタ ３８ 電力計（または電流計） ３９ 直流電力計（または直流電流計） ４０ 演算回路 ４１ 波長分散測定装置（波長分散測定手段） ５１ 方向性結合器 ５２ フィードバック制御装置（制御手段） ５３ 位相器 ５４ 受光器 ５５ バンドパスフィルタ ５６ 電力計（または電流計） ５７ 制御回路 ｌ₂ 信号光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−246439（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−164136（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−3421（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強度変調信号を出力する発振器と、 前記強度変調信号に基づき信号光を出射する光源と、 前記強度変調信号に基づき該強度変調信号と逆位相かつ
   同振幅の外部強度変調信号を出力する反転増幅器と、 前記外部強度変調信号に基づき前記信号光に含まれる強
   度変調成分を抑圧する外部強度変調器と、 この強度変調成分が抑圧された測定光を被測定光ファイ
   バに入射することにより、該被測定光ファイバから出射
   する出力信号のビートから生じる信号光強度の変調周波
   数成分と直流成分を測定し、この変調周波数成分と直流
   成分の比を演算回路により計算し、この計算値に基づき
   前記被測定光ファイバの波長分散を求める波長分散測定
   手段とを具備したことを特徴とする光ファイバの波長分
   散測定装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光ファイバの波長分散測
   定装置において、 前記外部強度変調器から出射する測定光を複数に分岐す
   る光分岐手段と、 該光分岐手段により分岐された測定光の強度変調成分を
   測定し、該測定光の変調周波数成分が最小になるように
   反転増幅器を制御する制御手段とを具備したことを特徴
   とする光ファイバの波長分散測定装置。