JP3259437B2 - 光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバの基本特性
である非線形係数、波長分散等の光ファイバパラメータ
の測定に用いて好適な光ファイバパラメータの長手方向
分布測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光ファイバの基本特性である非線
形係数、波長分散等の光ファイバパラメータは、超高
速、長距離伝送を実用化するに当たり重要な設計パラメ
ータとなることから、これらパラメータを測定するため
の様々な方法が提案されている。例えば、光ファイバの
非線形係数を測定する方法としては、次に述べる２種類
の方法が知られている。１つの方法は、入射パルス光の
自己位相変調によるスペクトルの広がりから光ファイバ
の非線形係数を求める方法である（参考文献：R.H.Stol
en,et.al.,Phys.Rev.A 17,4,1448,(1978)）。この方法
は、光パルスを被測定ファイバに入射した場合、該光パ
ルス自体の光強度に比例して光ファイバの屈折率が変化
することにより該光ファイバから出射する光パルスの位
相が変化することを利用したもので、この出射光のフー
リエ変換をファブリペロ干渉計を用いて観測し、そのス
ペクトルの広がりより自己位相変調による位相の変化を
測定することにより光ファイバの非線形係数を求めてい
る。

【０００３】もう１つの方法は、遅延自己ヘテロダイン
法と呼ばれる方法で、入射パルス光の相互位相変調から
光ファイバの非線形係数を求める方法である（参考文
献：和田朗ら、電子情報通信学会技術研究報告,92,159,
(OCS92 32-40)45(1992)）。図１１は、遅延自己ヘテロ
ダイン法による光ファイバの非線形係数測定装置を示す
構成図である。この非線形係数測定装置１は、発振器
２、１５５０ｎｍの波長のポンプ光を出射する外部共振
器付のファブリペロレーザ３、エルビウム（Ｅｒ）を添
加した光ファイバ増幅器４、光学減衰器５、λ／４板と
λ／２板から構成される偏波制御器６，６，…、１５５
３ｎｍの波長のプローブ光を出射する半導体レーザ７、
光学アイソレータ８、方向性結合器９，９、ポンプ光強
度を測定するためのパワーモニタ１０、光学バンドパス
フィルタ１１、周波数シフト１５０ＭＨｚの音響光学変
調素子１２、遅延を与える約５ｋｍの長さの遅延用光フ
ァイバ１３、受光器１４、増幅器１５、スペクトルアナ
ライザ１６より構成されている。なお、１７は被測定光
ファイバである。ここでは、パルス光の相互位相変調の
効果が偏波に依存することから、偏波制御器６によりポ
ンプ光とプローブ光の偏光面が所望の相対角に設定され
ている。

【０００４】次に、この非線形係数測定装置１を用いて
光ファイバの非線形係数を測定する方法について説明す
る。ファブリペロレーザ３から出射するポンプ光は、発
振器２から発生する７．４９ＭＨｚの信号により直接強
度変調を受ける。強度変調を受けたポンプ光は光ファイ
バ増幅器４、光学減衰器５、偏波制御器６をそれぞれ通
過した後、方向性結合器９で分岐され、被測定光ファイ
バ１７に入射する。また、半導体レーザ７から発生した
プローブ光は光学アイソレータ８、偏波制御器６をそれ
ぞれ通過した後、方向性結合器９を介して被測定光ファ
イバ１７に入射する。一方、前記方向性結合器９により
分岐されたもう一方の光はパワーモニタ１０に入射し、
ポンプ光、及びプローブ光の強度が検出される。

【０００５】ここで、プローブ光強度がポンプ光強度に
対し十分に弱いものとすると、該ポンプ光が被測定光フ
ァイバ１７に入射した場合、非線形光学効果により該被
測定光ファイバ１７の屈折率はポンプ光強度に比例して
変化する。該被測定光ファイバ１７に入射したプローブ
光は、この屈折率変化により位相が変調し、位相変調光
として被測定光ファイバ１７から出射する。この位相変
調光のみが光学バンドパスフィルタ１１を透過し、音響
光学変調素子１２により１５０ＭＨｚだけ周波数がシフ
トされた光を分岐する。分岐されたこれら２つの光は、
方向性結合器９により再度結合された後、受光器１４に
入射する。該受光器１４では信号光強度が検出され、ス
ペクトルアナライザ１６ではこの信号光強度のスペクト
ルが観測される。

【０００６】このスペクトルは、１５０ＭＨｚを中心と
して変調周波数（７．４９ＭＨｚ）の整数倍の位置にサ
イドバンドが立ち、これらそれぞれのサイドバンドの強
度は第１種ベッセル関数の値に比例していることから、
これらサイドバンドの強度を測定することにより位相変
調の変調指数を求めることができる。この変調指数は相
互位相変調による最大位相偏移を表しているから、これ
より被測定光ファイバ１６の非線形係数を求めることが
できる。

【０００７】一方、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、位相差法等が知られて
いる。パルス法では、まず複数のレーザを用いて波長の
異なる光パルスを発生させ、これらの光パルスを被測定
光ファイバに入射する。この被測定ファイバでは、波長
分散の効果によりこれらの光パルスそれぞれの到達時間
が異なるので、この到達時間差を測定することにより該
被測定光ファイバの波長分散を求めることができる。

【０００８】この方法では、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ので、多モードパルス光で
代用することがある。図１２は多モードパルス光を用い
た光ファイバの波長分散測定装置を示す構成図である。
この波長分散測定装置２１は、多モードパルス光発生装
置２２、分光器２３、光波形観測装置２４、出力表示部
２５より構成されている。この波長分散測定装置２１を
用いて被測定光ファイバ１７の波長分散を測定するに
は、多モードパルス光発生装置２２により多モードパル
ス光を発生させ、この多モードパルス光を被測定光ファ
イバ１７に入射させる。該被測定光ファイバ１７から出
射した光は分光器２３により空間的に分光され、光波形
観測装置２４により電気信号に変換され、出力表示部２
５でそれぞれの波長間の相対遅延時間差（到達時間差）
が表示される。この相対遅延時間差を読み取ることによ
り被測定光ファイバ１７の波長分散を求めることができ
る。

【０００９】波長分散Ｄは各波長差Δλ、各波長間の相
対遅延時間差ΔＴ及びファイバ長Ｌを用いて Ｄ＝（１／Ｌ）・（ΔＴ／Δλ） … …（１） と表すことができる。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。

【００１０】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、被測定光ファイ
バに入射させ、このレーザ光の波長を変えることにより
生じる出力光の位相差を移相器とリサージュ波形より求
め、この位相差から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で変調し、被測定光ファイバに
同時に入射させ、該被測定光ファイバ伝播中に受けた変
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、被測定光ファイバの波長分散を求
める方法である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の非線
形係数測定装置１においては、被測定光ファイバ１７全
体の非線形係数の総和を求めるだけであり、また、波長
分散測定装置２１においても、被測定光ファイバ１７全
体の総波長分散値を求めるだけである。したがって、該
被測定光ファイバ１７のパラメータの長手方向の分布を
求めることができない。最近になって長手方向の分布が
得られている光ファイバのパラメータとしては歪み（参
考文献：倉嶋ら、NTT R&D Vol.41,NO.12,1445,1992）
と、計算結果のみではあるが複屈折（参考文献：W.Zhao
et al.,Optics Letter Vol.17,NO.12,856,1992）があ
るが、非線形係数及び波長分散値については平均的な
値、すなわち総和の値を被測定ファイバの長さで割った
値しか得られていないのが現状である。

【００１２】非線形係数及び波長分散値においては、総
和あるいは平均の値は受信端において補償を行う場合等
については有効であるが、非線形光学効果と波長分散の
効果を積極的に利用する場合、例えば光パルス圧縮や、
光ソリトン等においては、光ファイバの非線形係数及び
波長分散値の長手方向の局所的な分布によって光の波形
が決定するため平均的な値では不十分である。さらに、
光ファイバの長手方向の局所的な分布が測定できれば、
光ファイバ線路の保守運営においても有効な故障予知方
法となり得ると考えられるが、いまだ成されていないの
が現状である。

【００１３】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、光ファイバの非線形係数、波長分散等のパラ
メータの長手方向分布を求めることができる光ファイバ
パラメータの長手方向分布測定装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【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パラメータの長手方向
分布測定装置を採用した。すなわち、請求項１記載の光
ファイバパラメータの長手方向分布測定装置は、被測定
光ファイバに複数の偏波光を入射し、該被測定光ファイ
バから出射する変調した偏波光を測定することにより該
被測定光ファイバのパラメータの長手方向分布を求める
測定装置であって、直線偏波光を出力する第１の光源
と、直線偏波した単一矩形波光を出力する第２の光源
と、前記被測定光ファイバから出射する変調した偏波光
の透過光強度を最大または最小にする光学アナライザ
と、該光学アナライザを透過する光を受光する受光素子
と、該受光素子が受光する光の位相の時間変化を光強度
の時間依存性により求める位相時間変化測定手段とを備
え、前記被測定光ファイバの一端部に直線偏波光を、他
端部に直線偏波した単一矩形波光をそれぞれ入射し、該
被測定光ファイバの他端部から出射する変調した直線偏
波光の位相の時間変化を測定することにより該被測定光
ファイバのパラメータの長手方向分布を求めることを特
徴としている。

【００１５】また、請求項２記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置は、被測定光ファイバに複数
の偏波光を入射し、該被測定光ファイバから出射する変
調した偏波光を測定することにより該被測定光ファイバ
のパラメータの長手方向分布を求める測定装置であっ
て、直線偏波光を出力する第１の光源と、直線偏波した
単一矩形波光を出力する第２の光源と、周波数変調また
は位相変調した直線偏波光を出力する第３の光源と、前
記被測定光ファイバから出射する変調した偏波光の透過
光強度を最大または最小にする光学アナライザと、該光
学アナライザを透過する光を受光する受光素子と、該受
光素子が受光する光の位相変化の直流成分及び変調周波
数成分を測定する測定手段とを備え、前記被測定光ファ
イバの一端部に直線偏波光と、周波数変調または位相変
調した直線偏波光を、また、他端部に直線偏波した単一
矩形波光をそれぞれ入射し、該被測定光ファイバの他端
部から出射する直線偏波光の位相変化の直流成分及び変
調周波数成分を測定することにより該被測定光ファイバ
のパラメータの長手方向分布を求めることを特徴として
いる。

【００１６】また、請求項３記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置は、請求項１または２記載の
光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置におい
て、前記光学アナライザの入力側に、前記被測定光ファ
イバの寄生複屈折を補償する複屈折補償手段を設けたこ
とを特徴としている。

【００１７】また、請求項４記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置は、請求項１または２記載の
光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置におい
て、前記第１の光源の出力する直線偏波光を狭帯域幅の
直線偏波光とし、前記第２の光源の出力する直線偏波し
た単一矩形波光を前記第１の光源の出力する直線偏波光
とは波長の異なる狭帯域幅の直線偏波した単一矩形波光
とし、前記光学アナライザの入力側または出力側のいず
れかに、狭帯域幅の光学的濾波器を設けたことを特徴と
している。

【００１８】また、請求項５記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置は、請求項１または２記載の
光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置におい
て、前記第２の光源の出力する直線偏波した単一矩形波
光を、直線偏波した台形波形の単一光パルスとしたこと
を特徴としている。

【００１９】

【作用】本発明の請求項１記載の光ファイバパラメータ
の長手方向分布測定装置では、前記被測定光ファイバの
一端部に直線偏波光を、他端部に直線偏波した単一矩形
波光をそれぞれ入射する。被測定光ファイバでは、直線
偏波した単一矩形波光の強度によって直線偏波光の位相
が相互位相変調により変化するので、該被測定光ファイ
バの他端部から出射する変調した直線偏波光の位相の時
間変化を測定することにより該被測定光ファイバの非線
形係数の長手方向分布を求める。

【００２０】この場合、直線偏波した単一矩形波光は単
一パルスであるから、進行速度から換算すれば被測定光
ファイバのどの位置に存在するのかがわかる。したがっ
て、測定時刻を選び、時間を追って測定することによ
り、直線偏波した単一矩形波光の矩形幅に相当する範囲
を単位とする被測定光ファイバの長手方向の分布を求め
ることが可能になる。

【００２１】また、相互位相変調による直線偏波光の位
相変化を測定するためには、直線偏波した単一矩形波光
と直線偏波光の偏光面を４５度ずらして入射するのが好
ましい。直線偏波した単一矩形波光を入射することによ
り被測定光ファイバは複屈折媒体となり、該被測定光フ
ァイバから出射する直線偏波光は楕円偏光となる。した
がって、直交ニコル状態に設定されている光学アナライ
ザを透過し、この透過光強度により相互位相変調による
位相変化を求めることが可能になる。

【００２２】また、請求項２記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置では、前記被測定光ファイバ
の一端部に直線偏波光と、周波数変調または位相変調し
た直線偏波光を、また、他端部に直線偏波した単一矩形
波光をそれぞれ入射する。被測定光ファイバでは、波長
分散の効果により周波数変調が強度変調に変換され、し
たがって、直線偏波光は直線偏波した単一矩形波光の強
度、周波数変調光の強度、及び波長分散による強度変調
成分の和に比例して位相が変化する。また、光学アナラ
イザを透過する偏波光は直流成分と、変調周波数で振動
する振動成分とから構成されているので、これらを分離
して同時に測定することにより、直流成分より非線形係
数を、振動成分より波長分散値を同時に測定することが
可能になる。これより、被測定光ファイバの非線形係数
の長手方向の分布、及び波長分散の長手方向の分布を同
時に求めることが可能になる。

【００２３】また、請求項３記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置では、前記光学アナライザの
入力側に、前記被測定光ファイバの寄生複屈折を補償す
る複屈折補償手段を設けたことにより、被測定光ファイ
バに相互位相変調以外の効果による複屈折がある場合に
おいても位相差を補償する。これより、被測定光ファイ
バの複屈折に起因する誤差を除去する。

【００２４】また、請求項４記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置では、前記第１の光源の出力
する直線偏波光を狭帯域幅の直線偏波光とし、前記第２
の光源の出力する直線偏波した単一矩形波光を前記第１
の光源の出力する直線偏波光とは波長の異なる狭帯域幅
の直線偏波した単一矩形波光とし、前記光学アナライザ
の入力側または出力側のいずれかに、狭帯域幅の光学的
濾波器を設けたことにより、被測定光ファイバ中におけ
る２つの波長の光のビート長の相違に起因する誤差を低
減し、精度のよい測定が可能になる。

【００２５】また、請求項５記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置では、前記第２の光源の出力
する直線偏波した単一矩形波光を、直線偏波した台形波
形の単一光パルスとしたことにより、直線偏波した単一
矩形波光の周波数チャープ及び緩和振動に起因するそれ
ぞれの誤差を低減し、精度のよい測定が可能になる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の各実施例の光ファイバパラメ
ータの長手方向分布測定装置について説明する。 （実施例１） 図１は本発明の実施例１の光ファイバの非線形係数の長
手方向分布測定装置（以下、単に非線形係数分布測定装
置と略称する）を示す構成図である。この非線形係数分
布測定装置３１は、波長λ₀のポンプ光（直線偏波した
単一矩形波光）を出射する高出力レーザ（第２の光源）
３２、波長λ₁のＣＷプローブ光（直線偏波光）を出射
する半導体レーザ（第１の光源）３３、光ファイバ増幅
器４、ゲートスイッチ３５、第１の光学ポラライザ３
６、光学アナライザ３７、光学アイソレータ８，８、方
向性結合器９、光学バンドパスフィルタ１１、受光器１
４、時間変化測定回路（位相時間変化測定手段）３８、
第２の光学ポラライザ３９により構成されている。な
お、１７は被測定光ファイバである。

【００２７】ここでは、高出力レーザ３２と半導体レー
ザ３３の波長を互いに異なるものとしたが、これはプロ
ーブ光を分離するためであるから、プローブ光が分離で
きれば同一の波長でもかまわない。また、簡単化するた
めに被測定光ファイバ１７の全損失、損失分布を無視し
ているが、測定に先だって、該被測定光ファイバ１７の
全損失値を測定してその値から該被測定光ファイバ１７
の長手方向の損失依存性を決定するか、または反射型損
失分布測定器（Optical Time Domain Reflectometry）
を用いて正確に長手方向の損失分布を測定し、後に損失
の影響を差し引いてもよい。

【００２８】次に、この非線形係数分布測定装置３１を
用いて光ファイバの非線形係数の長手方向分布を測定す
る方法について説明する。まず、半導体レーザ３３より
出射する波長λ₁のＣＷプローブ光を第２の光学ポララ
イザ３９を介して被測定光ファイバ１７に入射し、受光
器１４でこの光強度を検出する。ここでは、ＣＷプロー
ブ光の光強度は非線形光学効果を受けないように小さい
ものとし、この光強度は既知であるか、前もって測定を
しておくこととする。

【００２９】次に、受光器１４に入射する透過光強度が
最大となるように光学アナライザ３７を回転させ、この
光強度が最大となる角度において時間変化測定回路３８
により最大電圧を測定する。これによりこの非線形係数
分布測定装置３１における光学デバイスの損失及び受光
器１４の変換効率を設定する。次に、光学アナライザ３
７を最大電圧が得られる角度から９０度回転させる。こ
の角度において光学アナライザ３７を透過するＣＷプロ
ーブ光の光強度が最小となる。そこで、光学アナライザ
３７の角度をこの角度、すなわちＣＷプローブ光の光強
度が最小となる角度に固定する。

【００３０】このような状態において、高出力レーザ３
２より出射する波長λ₀の光強度既知のポンプ光を、第
１の光学ポラライザ３６を用いて、被測定光ファイバ１
７から出射するＣＷプローブ光の偏光面に対して４５度
回転した偏光面を有する直線偏光とし、このポンプ光を
被測定光ファイバ１７に入射する。

【００３１】このポンプ光は、図２に示すような矩形波
であり、この矩形幅は入射光強度により設定される。そ
の理由は、非線形光学効果の最短有効長が光強度の逆数
に比例し、ポンプ光の矩形幅が最短有効長より狭いと非
線形光学効果が起きないからである。例えばポンプ光強
度が１０ｍＷ、非線形係数が２０／Ｗ／ｋｍであるとす
ると最短有効長は５ｋｍとなり、ゲートスイッチ３５を
開ける時間は最短で２５μｓとなる。前記ポンプ光を被
測定光ファイバ１７に入射すると、矩形波の存在する位
置において非線形光学効果が起きる。

【００３２】ここで、図２に示すように、ある時刻ｔ₁
において被測定光ファイバ１７の右端の領域Ｒ１に矩形
状のポンプ光ｐが存在するとする。この時、この領域Ｒ
１に非線形光学効果が起き、この領域Ｒ１の屈折率が変
化する。この屈折率変化は、矩形波であるポンプ光ｐ強
度に比例したプローブ光の位相変化、すなわち相互位相
変調（Cross Phase Modulation:XPM）として現れる。

【００３３】プローブ光とポンプ光は偏光面が４５度ず
れているので、図３に示すように、ポンプ光の偏光面と
平行な成分のプローブ光の振幅と、ポンプ光の偏光面と
垂直な成分の振幅は等しい。一般に、非線形光学効果が
純粋に石英ガラス中の電子的な効果であると仮定した場
合、ポンプ光の偏光面と平行な３次の非線形感受率の成
分は、垂直な成分の３倍であることが知られている。し
たがって、光ファイバ中においては、ポンプ光と平行な
偏光面のプローブ直線偏光と、垂直なプローブ直線偏光
では相互位相変調による位相変化に差が生じることとな
る。つまり、ポンプ光を入射することにより光ファイバ
に複屈折が生じるのである。

【００３４】この位相差は非線形係数及びポンプ光強度
に比例するので、被測定光ファイバ１７を出射した光は
この位相差の影響により楕円偏光となり、光学アナライ
ザ３７を透過する。この透過光強度は位相差の正弦関数
の２乗に比例する。この透過した光は受光器１４で光電
変換され、その電圧が時間変化測定回路３８において測
定される。ここで、位相変化の測定に複屈折の効果を用
いるのは、相互位相変調の効果が光の位相のオーダーで
起きるため、光の位相差を直接反映する複屈折が良いプ
ローブとなるからである。

【００３５】次に、測定時刻Ｔ₁（約２ｔ₁）において測
定した直流電圧をプローブ光強度の電圧で除した後１／
２乗し、正弦関数を逆演算した後、矩形幅、係数２／
３、ポンプ光強度と周波数変調光のＣＷ部分の強度の和
を除すれば、図２中被測定光ファイバ１７の領域Ｒ１の
非線形係数が求められる。なお、測定時刻Ｔ1（約２
ｔ₁）は、正確にはポンプ光とプローブ光では波長が違
うので、波長分散による速度差が存在するが、光の群速
度の値に比べれば十分無視できる差である。

【００３６】次に、時刻Ｔ₂において、図４に示すよう
に領域Ｒ２に矩形状のポンプ光ｐが存在するとする。上
記と同様に測定時刻Ｔ₂において測定した直流電圧から
領域Ｒ２の非線形係数が求められる。このような測定を
順次行うことにより、被測定光ファイバ１７の非線形係
数の長手方向の分布を求めることができる。

【００３７】以上説明したように、本実施例１の非線形
係数分布測定装置３１によれば、高出力レーザ３２と、
半導体レーザ３３と、光ファイバ増幅器４と、ゲートス
イッチ３５と、第１の光学ポラライザ３６と、光学アナ
ライザ３７と、光学アイソレータ８，８と、方向性結合
器９と、光学バンドパスフィルタ１１と、受光器１４
と、時間変化測定回路３８と、第２の光学ポラライザ３
９とから構成したので、被測定光ファイバ１７の非線形
係数の長手方向分布を求めることができる。しかも、測
定時刻を選び、時間を追って順次測定することにより、
ポンプ光ｐの矩形幅に相当する範囲を単位とする被測定
光ファイバ１７の長手方向の分布を求めることができ
る。

【００３８】（実施例２） 図５は本発明の実施例２の光ファイバパラメータの長手
方向分布測定装置（以下、単にパラメータ分布測定装置
と略称する）を示す構成図である。このパラメータ分布
測定装置４１は、光ファイバの非線形係数及び波長分散
各々の長手方向の分布を同時に測定するもので、波長λ
₀の直線偏波光を出射するレーザ４２を備えた周波数変
調装置（第３の光源）４３、波長λ₀のポンプ光を出射
する高出力レーザ３２、波長λ₁のＣＷプローブ光を出
射する半導体レーザ３３、光ファイバ増幅器４、ゲート
スイッチ３５、第１の光学ポラライザ３６、光学アナラ
イザ３７、第２の光学ポラライザ３９、光学アイソレー
タ８，８，８、方向性結合器９，９、光学バンドパスフ
ィルタ１１、受光器１４、直流電圧計４４、電気のバン
ドパスフィルタ４５、交流電圧計４６、第３の光学ポラ
ライザ４７により構成されている。なお、１７は被測定
光ファイバである。ここでは、直流電圧計４４、電気の
バンドパスフィルタ４５及び交流電圧計４６により、光
の位相変化の直流成分及び変調周波数成分を測定する測
定手段が構成されている。

【００３９】次に、このパラメータ分布測定装置４１を
用いて光ファイバの非線形係数及び波長分散各々の長手
方向の分布を同時に測定する方法について説明する。こ
こでは、波長λ₁のＣＷプローブ光の光学系の設定、す
なわち第１の光学ポラライザ３６、第２の光学ポラライ
ザ３９及び光学アナライザ３７を設定するまでは実施例
１と同一である。この設定の後、周波数変調装置４３よ
り出射する波長λ₀の強度一定の周波数変調光を被測定
光ファイバ１７に入射する。ここでは、この周波数変調
光の光強度も既知であるか、または前もって測定をして
おくこととする。ただし、周波数変調光の光強度は光フ
ァイバの非線形光学効果が起きない範囲内で最大の強度
に設定する。さらに、波長λ₀の周波数変調光の入射偏
光面を、第３の光学ポラライザ４７を用いて、波長λ₁
のＣＷプローブ光の入射偏光面と４５度ずれた角度に設
定する。

【００４０】波長λ₀の周波数変調光が被測定光ファイ
バ１７中を伝搬する場合、波長分散の効果により、図６
に示すように周波数変調の変調指数、変調周波数の２乗
に比例した強度変調成分が現れることとなる。しかし、
この周波数変調光は光学バンドパスフィルタ１１により
カットされるために、受光器１４では検出されない。

【００４１】このような状態において、高出力レーザ３
２より出射する波長λ₀の強度既知のポンプ光を第１の
光学ポラライザ３６を用いて、周波数変調光と同一の偏
光状態、すなわちＣＷプローブ光の偏光面に対して４５
度回転した偏光面を有する直線偏光とし、このポンプ光
を被測定光ファイバ１７に入射する。

【００４２】このポンプ光は矩形波であり、該ポンプ光
を被測定光ファイバ１７に入射すると、矩形波の存在す
る位置において非線形光学効果が起きる。ここで、図２
に示すように、ある時刻ｔ₁において被測定光ファイバ
１７の右端の領域Ｒ１に矩形状のポンプ光ｐが存在する
とする。この領域Ｒ１の光強度は、図７に示すようにバ
イアス部分と振動部分とに分けることができ、バイアス
部分は矩形波ポンプ光の強度と周波数変調光のＣＷ強度
とに分けることができる。

【００４３】振動部分は、周波数変調光の強度と波長分
散値に比例し、変調周波数、及びその整数倍の周波数で
振動する。したがって図２の領域Ｒ１において引き起こ
される相互位相変調による位相変化は、矩形波ポンプ光
の強度と周波数変調光のＣＷ光強度の和に比例したバイ
アス項、及び周波数変調光強度と波長分散値の積に比例
した振動項を用いて表される。ここでは、実施例１と同
様、被測定光ファイバ１７を出射した光はこの位相差の
影響により楕円偏光となるので、光学アナライザ３７を
透過することができる。

【００４４】この透過光を受光器１４において光電変換
し、直流成分、すなわち位相差のバイアス部分を直流電
圧計４４で測定する。また、振動成分の変調周波数成分
のみをバンドパスフィルタ４５を通過させ、交流電圧計
４６により測定する。ここで、測定時刻Ｔ₁において測
定した直流電圧を、周波数変調光の強度を考慮して実施
例１と同様に処理すれば、被測定光ファイバ１７の領域
Ｒ１の非線形係数を求めることができる。また、交流電
圧計で測定した電圧をプローブ光強度の電圧で除し、係
数２／３、上述した非線形係数、矩形幅、周波数変調光
の強度、上述した出射プローブ光の位相差の直流成分の
正弦関数値、周波数変調の変調指数、変調周波数の２乗
を除すると、図２中の被測定光ファイバ１７の左端（Ｒ
６）から領域Ｒ１までの総波長分散値が求められる。

【００４５】次の時刻Ｔ₂において、図４に示すように
領域Ｒ２に矩形波が存在するとする。領域Ｒ１と同様
に、直流電圧から領域Ｒ２の非線形係数が、また、交流
電圧から被測定光ファイバ１７の左端（Ｒ６）から領域
Ｒ２までの総波長分散値が得られる。ここで、時刻Ｔ₁
で求めた被測定光ファイバ１７の左端（Ｒ６）から領域
Ｒ１までの総波長分散値から、時刻Ｔ2で求めた被測定
光ファイバ１７の左端（Ｒ６）から領域Ｒ２までの総波
長分散値を差し引くと、領域１のみの波長分散値が求め
られる。

【００４６】このように、順次、時刻を変えて直流電
圧、交流電圧を測定していくと、図８に示すような光フ
ァイバのパラメータの長手方向分布を求めることができ
る。ここで、図８（ａ）は各測定時刻における光ファイ
バの非線形係数を示したもので、図８（ｂ）は各測定時
刻における光ファイバの総波長分散値を示したものであ
る。

【００４７】図８（ｂ）において、測定時刻Ｔ₁の総波
長分散値から測定時刻Ｔ₂の総波長分散値を引けば領域
Ｒ１のみの波長分散値が求められ、測定時刻Ｔ₂の総波
長分散値から測定時刻Ｔ₃の総波長分散値を引けば領域
Ｒ２のみの波長分散値が求められる。したがって、この
手法を繰り返し続けて行くと、図９に示すような波長分
散値の長手方向の分布を得ることができる。ここで求め
る透過光強度による電圧と、光ファイバ入射前のプロー
ブ光強度による電圧との比は、簡単に見積もると直流成
分の場合３．８×１０^-1、変調周波数成分の場合２．６
×１０^-3であり、十分測定可能である。ここでは、非線
形係数を２０／Ｗ／ｋｍ、ポンプ光の矩形幅を５ｋｍ、
ポンプ光強度を１０ｍＷ、周波数変調光の強度を１ｍ
Ｗ、周波数変調指数を１０、波長分散値を１５ｐｓ／ｎ
ｍ／ｋｍ、変調周波数を１ＧＨｚ、波長分散値を測定す
る位置を周波数変調光源から２番目に近い位置とした。

【００４８】図６からわかるように、波長分散による強
度変調の振幅は周波数変調光源に近ければ近いほど小さ
いため、波長分散値の測定精度は周波数変調光源に近け
れば近いほど精度が落ちる。ここで行った概算はしたが
って精度が良くない方のものである。光ファイバの周波
数変調光源から遠い部分では、ここで行った概算より測
定精度が向上する。

【００４９】以上説明したように、本実施例２のパラメ
ータ分布測定装置４１によれば、レーザ４２を備えた周
波数変調装置４３と、高出力レーザ３２と、半導体レー
ザ３３と、光ファイバ増幅器４と、ゲートスイッチ３５
と、第１の光学ポラライザ３６と、光学アナライザ３７
と、第２の光学ポラライザ３９と、光学アイソレータ
８，８，８と、方向性結合器９，９と、光学バンドパス
フィルタ１１と、受光器１４と、直流電圧計４４と、電
気のバンドパスフィルタ４５と、交流電圧計４６と、第
３の光学ポラライザ４７により構成したので、被測定光
ファイバ１７の非線形係数及び波長分散値各々の長手方
向分布を同時に求めることができる。しかも、測定時刻
を選び、時間を追って順次測定することにより、ポンプ
光ｐの矩形幅に相当する範囲を単位とする被測定光ファ
イバ１７の長手方向の分布を求めることができる。

【００５０】（実施例３）実施例３の光ファイバパラメ
ータの長手方向分布測定装置は、図１０に示すように、
実施例１の非線形係数分布測定装置３１または実施例２
のパラメータ分布測定装置４１において、光学アナライ
ザ３７の入力側に、前記被測定光ファイバ１７の寄生複
屈折を補償する複屈折補償器５１を設けたものである。
この複屈折補償器５１としては、例えば、セナルモン補
償器が好適に挙げられる。

【００５１】このセナルモン補償器は、任意の位相差に
よる楕円偏光に対し、楕円偏光の主軸と４５度の角度に
補償器の主軸を合わせれば、楕円偏光をその位相差に対
応する方位角の直線偏光に変換する素子である。したが
って、光学アナライザ３７の入力側にセナルモン補償器
等を設置し、周波数変調光、ポンプ光を入射する前に相
互位相変調以外の効果による楕円偏光を直線偏光に変換
し、その角度に補償器を固定し、さらに補償器を出射す
る直線偏光の方位角と直交する角度に光学アナライザ３
７を固定すれば、相互位相変調以外の効果による位相差
を補償することができる。

【００５２】ここで、被測定ファイバの複屈折について
説明する。上述した非線形係数分布測定装置３１または
パラメータ分布測定装置４１に生じる特有な誤差とし
て、相互位相変調以外の効果による被測定ファイバ１７
の複屈折がある。例えば、被測定光ファイバ１７に異方
性の圧力がかかり、光弾性効果により複屈折が生じる場
合などである。また光ファイバはその製造行程の不完全
さのため、微小な複屈折が存在することが知られてい
る。上述した実施例１，２においては、最初にプローブ
光のみでアナライザを回転させて強度を最小とし、相互
位相変調以外の効果による複屈折がある場合は、最初の
段階で光が透過しているので、相互位相変調の効果によ
る複屈折はこの最初の透過光強度からの変化量として求
めることができる。しかし、もっと精度を上げるために
は、光学アナライザ３７の入力側にセナルモン補償器等
を設置し、相互位相変調以外の効果による位相差を補償
する必要がある。

【００５３】この実施例３の光ファイバパラメータの長
手方向分布測定装置によれば、光学アナライザ３７の入
力側に、前記被測定光ファイバ１７の寄生複屈折を補償
する複屈折補償器５１を設けたので、相互位相変調以外
の効果による位相差を補償することができ、したがっ
て、光ファイバの複屈折に起因する誤差を除去すること
ができる。

【００５４】なお、この実施例３においては、ポンプ光
の偏光面を出射プローブ光の偏光面に対して調整するこ
とはできないが、ポンプ光をプローブ光と同方向より入
射し、両光の偏光面を調整するか、または光ファイバに
寄生する複屈折を別な方法で求めておき、光学アナライ
ザ３７の角度から換算することにより解決することがで
きる。この場合は、プローブ光と対向する位置よりポン
プ光を入射してもよい。

【００５５】（実施例４）実施例４の光ファイバパラメ
ータの長手方向分布測定装置は、実施例１の非線形係数
分布測定装置３１または実施例２のパラメータ分布測定
装置４１において、高出力レーザ３２及び半導体レーザ
３３各々を狭帯域幅のレーザとし、光学バンドパスフィ
ルタ（光学的濾波器）１１の半値幅を狭くしたものであ
る。この光学バンドパスフィルタ１１では、フィルタの
通過帯域幅を数ＧＨｚにする必要があり、例えば、ファ
ブリペロフィルタ等が好適に用いられる。

【００５６】ここで、狭帯域幅とした理由を説明する。
上述した実施例１，２において生じる特有な誤差とし
て、ポンプ光とプローブ光の波長が異なることより生じ
る、光ファイバ中における２つの波長の光のビート長の
相違がある。ビート長に相違があると、光ファイバ中に
おいてポンプ光とプローブ光では偏光状態の変化の仕方
が異なるために、光ファイバ中において両光の偏光状態
の関係が保持されなくなる。この時、両光の位相差に誤
差が生じ、測定の精度が低下することとなる。

【００５７】そこで、本実施例４においては、ビート長
の相違は問題にはならないように、狭帯域幅のレーザを
用い、ポンプ光とプローブ光の光の周波数差を狭くす
る。ビート長は波長に比例する値なので、両光の波長が
近接するように設定すればビート長の相違は問題になら
なくなり、無視することができる。例えば、光の周波数
差を数百ＧＨｚ程度に設定すると波長差で１ｎｍ以下と
なる。いま光ファイバの複屈折のオーダーを１０^-6とす
ると、ビート長は波長１．５μｍで数ｍ、波長の違う両
方の光のビート長の差は１ｍｍ以下となり、ビート長の
相違による光の位相差は無視できる。

【００５８】この実施例４の光ファイバパラメータの長
手方向分布測定装置によれば、高出力レーザ３２及び半
導体レーザ３３各々を狭帯域幅のレーザとし、光学バン
ドパスフィルタ１１の半値幅を狭くしたので、２つの波
長の光のビート長の相違に起因する誤差を取り除くこと
ができ、測定精度を向上させることができる。なお、半
値幅の狭い光学バンドパスフィルタ１１の位置は、光学
アナライザ３７の入力側または出力側のいずれでもよ
い。

【００５９】（実施例５）実施例５の光ファイバパラメ
ータの長手方向分布測定装置は、実施例２のパラメータ
分布測定装置４１において、高出力レーザ３２から出射
される直線偏波した単一矩形波光を、直線偏波した台形
波形の単一光パルスとしたものである。

【００６０】ここで、台形波形の単一光パルスとした理
由を説明する。上述した実施例２においては、ポンプ光
の矩形波の立ち上がり、立ち下がりにおける自己位相変
調の影響による周波数チャープがあり、この周波数チャ
ープが周波数変調光の周波数偏移と混合し、誤差が生じ
る一因となる。また、ポンプ光の矩形波の立ち上がり、
立ち下がりにおいて緩和振動が起こり、この緩和振動が
波長分散の効果による強度変調成分と重畳することによ
り誤差が生じる。

【００６１】そこで、これらの誤差を取り除くために、
ポンプ光の矩形波の立ち上がり、立ち下がりを緩慢にす
る。なぜならば、自己位相変調による周波数チャープは
光強度の時間微分に比例しているからであり、緩和振動
も立ち上がりが緩慢であれば起きないからである。例え
ば、矩形波の立ち上がりを５μｓ、非線形係数を２０／
Ｗ／ｋｍ、ポンプ光強度を１０ｍＷとすると、周波数チ
ャープは８ＭＨｚとなり、半導体レーザの変調しない場
合の線幅程度になる。また、緩和振動の周期はｐｓのオ
ーダーであり、μｓの立上り時間の後に測定すれば、こ
の影響による誤差も抑制される。この場合、測定時間を
ポンプ光強度が一定である時間内で行う必要がある。例
えば、上記の例で立ち上がり時間を５μｓとした場合、
非線形光学効果の最短有効長は５ｋｍ（ゲート開き時間
で最小２５μｓ）となり、十分長く緩和振動に起因する
誤差を取り除くことが可能である。

【００６２】この実施例５の光ファイバパラメータの長
手方向分布測定装置によれば、高出力レーザ３２から出
射される直線偏波した単一矩形波光を、直線偏波した台
形波形の単一光パルスとしたので、周波数チャープ及び
緩和振動に起因するそれぞれの誤差を取り除くことがで
き、測定精度を向上させることができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置に
よれば、直線偏波光を出力する第１の光源と、直線偏波
した単一矩形波光を出力する第２の光源と、前記被測定
光ファイバから出射する変調した偏波光の透過光強度を
最大または最小にする光学アナライザと、該光学アナラ
イザを透過する光を受光する受光素子と、該受光素子が
受光する光の位相の時間変化を光強度の時間依存性によ
り求める位相時間変化測定手段とを備え、前記被測定光
ファイバの一端部に直線偏波光を、他端部に直線偏波し
た単一矩形波光をそれぞれ入射し、該被測定光ファイバ
の他端部から出射する変調した直線偏波光の位相の時間
変化を測定することとしたので、被測定光ファイバの非
線形係数の長手方向分布を求めることができる。しか
も、測定時刻を選び、時間を追って測定することによ
り、直線偏波した単一矩形波光の矩形幅に相当する範囲
を単位とする被測定光ファイバの長手方向の分布を求め
ることができる。

【００６４】また、請求項２記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置によれば、直線偏波光を出力
する第１の光源と、直線偏波した単一矩形波光を出力す
る第２の光源と、周波数変調または位相変調した直線偏
波光を出力する第３の光源と、前記被測定光ファイバか
ら出射する変調した偏波光の透過光強度を最大または最
小にする光学アナライザと、該光学アナライザを透過す
る光を受光する受光素子と、該受光素子が受光する光の
位相変化の直流成分及び変調周波数成分を測定する測定
手段とを備え、前記被測定光ファイバの一端部に直線偏
波光と、周波数変調または位相変調した直線偏波光を、
また、他端部に直線偏波した単一矩形波光をそれぞれ入
射し、該被測定光ファイバの他端部から出射する直線偏
波光の位相変化の直流成分及び変調周波数成分を測定す
ることとしたので、被測定光ファイバの非線形係数の長
手方向の分布、及び波長分散の長手方向の分布それぞれ
を同時に求めることができる。

【００６５】また、請求項３記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置によれば、前記光学アナライ
ザの入力側に、前記被測定光ファイバの寄生複屈折を補
償する複屈折補償手段を設けたので、被測定光ファイバ
に相互位相変調以外の効果による複屈折がある場合にお
いても位相差を補償することができ、被測定光ファイバ
の複屈折に起因する誤差を除去することができる。

【００６６】また、請求項４記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置によれば、前記第１の光源の
出力する直線偏波光を狭帯域幅の直線偏波光とし、前記
第２の光源の出力する直線偏波した単一矩形波光を前記
第１の光源の出力する直線偏波光とは波長の異なる狭帯
域幅の直線偏波した単一矩形波光とし、前記光学アナラ
イザの入力側または出力側のいずれかに狭帯域幅の光学
的濾波器を設けたので、被測定光ファイバ中における２
つの波長の光のビート長の相違に起因する誤差を低減す
ることができ、精度のよい測定を行うことができる。

【００６７】また、請求項５記載の光ファイバパラメー
タの長手方向分布測定装置によれば、前記第２の光源の
出力する直線偏波した単一矩形波光を、直線偏波した台
形波形の単一光パルスとしたので、直線偏波した単一矩
形波光の周波数チャープ及び緩和振動に起因するそれぞ
れの誤差を低減することができ、精度のよい測定を行う
ことができる。

【００６８】以上により、今まで得られなかった非線形
係数及び波長分散値の長手方向の分布を同時に測定する
ことができる光ファイバパラメータの長手方向分布測定
装置を提供することができ、しかも測定系が簡単かつ便
利である。また、光ファイバの非線形係数及び波長分散
値の長手方向の分布が測定できるため、非線形光学効果
と波長分散効果を積極的に利用する光パルス圧縮や光ソ
リトンの効果を用いた伝送路の実現に対して有効であ
る。また、光ファイバ線路の保守において有効な故障予
知探索方法と成り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の非線形係数分布測定装置
を示す構成図である。

【図２】 被測定光ファイバの入射端の領域に矩形状の
ポンプ光が存在する有様を示す模式図である。

【図３】 ポンプ光の偏光面とプローブ光の振幅との関
係を示す説明図である。

【図４】 被測定光ファイバの入射端から２番目の領域
に矩形状のポンプ光が存在する有様を示す模式図であ
る。

【図５】 本発明の実施例２のパラメータ分布測定装置
を示す構成図である。

【図６】 周波数変調光が被測定光ファイバ中を伝搬す
る際に発生する強度変調成分を示す図である。

【図７】 矩形状のポンプ光の光強度の成分を示す模式
図である。

【図８】 被測定光ファイバの非線形係数及び総波長分
散値の長手方向の分布を示す図である。

【図９】 被測定光ファイバの波長分散値の長手方向の
分布を示す図である。

【図１０】 本発明の実施例３のパラメータ分布測定装
置を示す部分構成図である。

【図１１】 従来の非線形係数測定装置を示す構成図で
ある。

【図１２】 従来の波長分散測定装置を示す構成図であ
る。

【符号の説明】

３１ 非線形係数分布測定装置（光ファイバパラメータ
の長手方向分布測定装置） ４ 光ファイバ増幅器 ８ 光学アイソレータ ９ 方向性結合器 １１ 光学バンドパスフィルタ １４ 受光器 １７ 被測定光ファイバ ３２ 高出力レーザ（第２の光源） ３３ 半導体レーザ（第１の光源） ３５ ゲートスイッチ３６ 第１の光学ポラライザ ３７ 光学アナライザ ３８ 時間変化測定回路（位相時間変化測定手段）３９ 第２の光学ポラライザ ４１ パラメータ分布測定装置（光ファイバパラメータ
の長手方向分布測定装置） ４２ 直線偏波光を出射するレーザ ４３ 周波数変調装置（第３の光源） ４４ 直流電圧計 ４５ 電気のバンドパスフィルタ ４６ 交流電圧計４７ 第３の光学ポラライザ ５１ 複屈折補償器 Ｐ ポンプ光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−82133（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−6725（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−185132（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光ファイバに複数の偏波光を入射
   し、該被測定光ファイバから出射する変調した偏波光を
   測定することにより該被測定光ファイバのパラメータの
   長手方向分布を求める測定装置であって、 直線偏波光を出力する第１の光源と、 直線偏波した単一矩形波光を出力する第２の光源と、 前記被測定光ファイバから出射する変調した偏波光の透
   過光強度を最大または最小にする光学アナライザと、 該光学アナライザを透過する光を受光する受光素子と、 該受光素子が受光する光の位相の時間変化を光強度の時
   間依存性により求める位相時間変化測定手段とを備え、 前記被測定光ファイバの一端部に直線偏波光を、他端部
   に直線偏波した単一矩形波光をそれぞれ入射し、該被測
   定光ファイバの他端部から出射する変調した直線偏波光
   の位相の時間変化を測定することにより該被測定光ファ
   イバのパラメータの長手方向分布を求めることを特徴と
   する光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置。
2. 【請求項２】 被測定光ファイバに複数の偏波光を入射
   し、該被測定光ファイバから出射する変調した偏波光を
   測定することにより該被測定光ファイバのパラメータの
   長手方向分布を求める測定装置であって、 直線偏波光を出力する第１の光源と、 直線偏波した単一矩形波光を出力する第２の光源と、 周波数変調または位相変調した直線偏波光を出力する第
   ３の光源と、 前記被測定光ファイバから出射する変調した偏波光の透
   過光強度を最大または最小にする光学アナライザと、 該光学アナライザを透過する光を受光する受光素子と、 該受光素子が受光する光の位相変化の直流成分及び変調
   周波数成分を測定する測定手段とを備え、 前記被測定光ファイバの一端部に直線偏波光と、周波数
   変調または位相変調した直線偏波光を、また、他端部に
   直線偏波した単一矩形波光をそれぞれ入射し、該被測定
   光ファイバの他端部から出射する直線偏波光の位相変化
   の直流成分及び変調周波数成分を測定することにより該
   被測定光ファイバのパラメータの長手方向分布を求める
   ことを特徴とする光ファイバパラメータの長手方向分布
   測定装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の光ファイバパラ
   メータの長手方向分布測定装置において、 前記光学アナライザの入力側に、前記被測定光ファイバ
   の寄生複屈折を補償する複屈折補償手段を設けたことを
   特徴とする光ファイバパラメータの長手方向分布測定装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の光ファイバパラ
   メータの長手方向分布測定装置において、 前記第１の光源の出力する直線偏波光を、狭帯域幅の直
   線偏波光とし、 前記第２の光源の出力する直線偏波した単一矩形波光
   を、前記第１の光源の出力する直線偏波光とは波長の異
   なる狭帯域幅の直線偏波した単一矩形波光とし、 前記光学アナライザの入力側または出力側のいずれか
   に、狭帯域幅の光学的濾波器を設けたことを特徴とする
   光ファイバパラメータの長手方向分布測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１または２記載の光ファイバパラ
   メータの長手方向分布測定装置において、 前記第２の光源の出力する直線偏波した単一矩形波光
   を、直線偏波した台形波形の単一光パルスとしたことを
   特徴とする光ファイバパラメータの長手方向分布測定装
   置。