JP3317654B2 - 遅延器を用いた光部品の波長分散測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムの
研究、開発および設計の段階で行われる光部品の波長分
散特性の測定に係わり、特に分散値の絶対量が小さい光
部品を精度よく測定する遅延器を用いた光部品の波長分
散測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の群速度が周波数又は波長によって変
化する現象である波長分散の測定は以下の点から必要と
されている。まず、光パルスをビットの０又は１で表す
場合、伝送容量を向上させるために、光パルスの幅を細
くする。しかし、波長分散のある光ファイバに光パルス
を通過させると、スペクトルの一部は相対的に早く進
み、別の一部は相対的に遅れて進み、結果的にパルスの
形は崩れてしまうという問題が発生する。この波長分散
の影響はパルス幅を細くすればするほど大きくなる。

【０００３】この場合、波長分散がきわめて小さい光フ
ァイバを使用することにより波長分散の影響を少なくし
て光伝送を行うことも可能であるが、将来の光通信では
さらに細い光パルスをより広い波長帯域に亘って使用す
ることが考えられているので、そのような小さい波長分
散を精度よく決定することが必要である。また、そのよ
うな細い光パルスを広い波長帯域に亘って使用するとき
には、光ファイバだけでなく、伝送経路上に存在するレ
ンズ、光増幅器、光アイソレータ等のさまざまな光部品
が有する波長分散特性も無視できなくなるので、それら
の波長分散特性を測定し、伝送経路に与える影響を把握
しておく必要がある。

【０００４】一方、光パルスを圧縮する場合や、光ソリ
トン等の特殊なパルスを使用する場合には、波長分散が
存在する部分を積極的に利用しており、波長分散特性を
知っておくことは重要である。

【０００５】従来の波長分散特性の測定方式の例とし
て、特公平２−３３９７１号公報に掲載されたものがあ
る。以下その内容を要約して説明する。この測定方式
は、光源から出射された光を単一モード光ファイバに入
射し、この単一モード光ファイバから出射された光を光
電変換器で光電変換し、この光電変換器からの出力を光
源の励起電流に帰還するようにループを構成する。そし
て、光源から出射された光の波長を変化させたときのル
ープの発振周波数の変化から単一モード光ファイバの波
長分散を求めている。

【０００６】この測定方式を図７に基づいて説明する。
すなわち、光源である狭スペクトル幅の半導体レーザ１
から出射された光を被測定光部品２に入射し、被測定光
部品２から出射された光を光検知器３によって光の強度
に比例した電気信号に変換する。この電気信号を帯域通
過用のフィルタ４を介して増幅器５によって増幅し、振
幅制限器６とコンデンサ７とを介して前述の半導体レー
ザ１に印加する。そして、この電気信号で半導体レーザ
１の励起電流を制御することによってループを構成す
る。

【０００７】途中、半導体レーザ１から出射された光を
ビームスプリッタ（図示せず）で一部分岐させ、波長計
８によって出射光の波長を測定する。半導体レーザ１は
恒温装置（図示せず）によって一定の温度に保たれ、直
流電源９より直流バイアス電流が供給され、さらに前述
の増幅された電気信号がこの直流バイアス電流に重畳さ
れる。

【０００８】このとき、半導体レーザ１から出射された
光が電気信号となって半導体レーザ１に帰還するループ
は一種の発振器となり、このループを光および電気信号
が周回するときの周期に相当する周波数を基本周波数と
して発振が生じる。前述の増幅された電気信号を一部分
岐させ、周波数カウンタ１０等でこの発振周波数を測定
する。この技術では発振周波数と基本周波数は一致する
ので、このようにして、被測定光部品２を含むループの
基本周波数が測定されたことになる。

【０００９】次に、恒温装置で保たれる温度を温度制御
器によって変更すると、半導体レーザ１によって出射さ
れる光の波長が変化するので、その波長を測定する。こ
こで被測定光部品２に波長分散、すなわち通過する光の
波長によって群速度が異なる性質があると、波測定光部
品２の光学的距離（＝物理的な長さ×屈折率 以下、光
学長という）が変わるので基本周波数も変化する。この
技術では変化した発振周波数を測定することにより、変
化した基本周波数を測定したことになる。

【００１０】ある波長λに対する基本周波数をｆとする
と、基本周波数ｆは理論的には次式のように表される。 ｆ＝１／（τ＋Ｔ） …(1) ここで、τは被測定光部品２を光が通過する群遅延時
間、Ｔは上記ループ中の被測定光部品２以外の部分を光
および電気信号が通過する群遅延時間である。

【００１１】次に、波長をλからλ＋Δλに変えたとき
に基本周波数がｆからｆ＋Δｆへ変化したとし、(1) 式
と同様に表すと、次のようになる。 ｆ＋Δｆ＝１／（τ＋Δτ＋Ｔ） …(2) ここでΔτは、被測定光部品２を波長λ＋Δλの光が通
過する時間が波長λの光に対してどれだけ遅れるかを表
す、群遅延時間差と呼ばれる量である。

【００１２】(2) −(1) の操作を行うと、 Δｆ≒−Δτ／（τ＋Ｔ）² ＝−Δτ×ｆ² …(3) となる。したがって、ｆおよびΔｆを測定することによ
り、 Δτ≒−Δｆ／ｆ² …(4) より、群遅延時間差Δτが計算される。

【００１３】波長分散Ｄは単位長さ当りの群遅延時間差
Δτを波長で微分したものである。被測定光部品２の物
理的な長さをＬとすると、波長分散Ｄは近似的に、 Ｄ≒Δτ／（Ｌ×Δλ）＝−Δｆ／（ｆ² ×Ｌ×Δλ） …(5) で表される。上式より、ｆ、Δｆ、ＬおよびΔλを測定
することにより被測定光部品２の波長分散Ｄが計算され
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】以上、述べた従来技術
の課題のひとつとして、光検知器３、帯域通過用のフィ
ルタ４、増幅器５及び振幅制限器６の周波数特性による
誤差の問題が挙げられる。ここで問題になる周波数特性
とは電気信号の群遅延の周波数に対する依存性であり、
光部品における波長分散に相当するものである。具体的
には、光源の波長を変化させたときの測定において(2)
式が成立せず、 ｆ＋Δｆ＝１／（τ＋Δτ＋Ｔ＋ΔＴ） …(6) (6) 式のように電気信号の群遅延時間差ΔＴが発生し、
光の群遅延時間差Δτと電気の群遅延時間差ΔＴとが分
離できない。被測定光部品２が長尺の光ファイバの場合
などではΔτ》ΔＴとなってΔＴの影響は無視できる
が、被測定光部品２の波長分散がもともと小さい場合な
どではΔＴの影響が無視できない。特に、通常の帯域通
過用のフィルタ４ではこの群遅延の周波数依存性が大き
く、周波数依存性を抑えようとすればフィルタとしての
特性が低下するというトレードオフが避けられない。

【００１５】従来の技術において述べた測定方式では、
理論的には発振周波数は(1) 式の整数倍でも発振するこ
とがあり、この様な場合は測定誤差を生ずるため、フィ
ルタによって基本周波数ｆで発振するようにしている。
しかし、実際の測定においては、光の群遅延時間τは被
測定光部品２によってまちまちであり、τが変わると
(1) 式によってｆも変化するので、これに合わせてフィ
ルタ４の中心周波数を変更する必要がある。またｆが変
わると前述のようにΔＴが発生し、誤差の要因となる。
このようにτが変わる場合は測定に煩雑さや誤差が生じ
ていた。

【００１６】また、従来の技術の別の課題として、波長
分散の測定精度が挙げられる。具体的な数値を挙げて説
明する。いま、被測定光部品２として長さ１００ｍの光
ファイバを考えると、(1) 式中の光の群遅延時間τはお
よそ５００ｎｓ程度である。これに対して、電気の群遅
延時間Ｔは一般的に１０ｎｓ程度なので、ｆはほぼτに
依存しておよそ２ＭＨｚ程度である。また、半導体レー
ザ１の波長可変範囲はおよそ５ｎｍ程度である。一方、
現在利用できる周波数カウンタではΔｆの測定精度はお
よそ１Ｈｚである。これらの数値を(5) 式に代入する
と、波長分散の測定精度はおよそ０．４ｐｓｅｃ／ｎｍ
／ｋｍ程度である。

【００１７】ところが、現在は零分散ファイバなど波長
分散のきわめて小さいファイバが開発されており、０．
１ｐｓｅｃ／ｎｍ／ｋｍ以下の測定精度が要求される場
合も少なくない。したがって従来の技術においてはこの
ような光ファイバの波長分散の測定では精度が不足気味
であった。

【００１８】

【課題を解決するための手段】以上の従来の技術の課題
に対して、本発明においては以下の手段により解決を図
った。なお、実施の形態で採用した符号を用いる。本発
明の要旨は、被測定光部品２に少なくとも２種類の既知
の光波長を選択可能な光源から出射された光を通過さ
せ、その通過された光を光電変換器により電気信号に変
換し、その電気信号を前記光源の励起電流に帰還するこ
とにより前記光波長に対応した発振周波数をそれぞれ発
生させる閉回路を持った光部品の波長分散測定装置にお
いて、前記光波長に対応した発振周波数をそれぞれ発生
させた時、前記発振周波数を一定に保つように前記光源
から前記光電変換器までの光学長を可変する手段１１、
３又は前記光電変換器から前記光源までの電気長を可変
する手段１５と、前記光学長の変化分を検知する手段１
１、３又は電気長の変化分を検知する手段１５とを備
え、前記の少なくとも２種類の既知の波長と前記検知さ
れた光学長の変化分とに基づいて、又は前記の少なくと
も２種類の既知の波長と前記検知された電気長の変化分
とに基づいて、当該被測定光部品の波長分散特性を演算
することを特徴とした遅延器を用いた光部品の波長分散
測定装置である。

【００１９】すなわち、従来の技術では、光の波長を変
化させると、その波長の変化に応じて光学長が変化し、
それによって閉回路の基本周波数が変化する。この基本
周波数の変化量を測定し、波長分散を求めている。

【００２０】一方、本発明では、光源の波長を変化させ
たときに、閉回路で発振する発振周波数を一定に保つ手
段を備えたことを特徴とする。すなわち、発振周波数を
一定に保つ手段が発振周波数を一定に保つために必要と
される別の変化量を検出することによって波長分散の測
定が可能となる。

【００２１】この発振周波数を一定に保つ手段として、
光源から光電変換器までの部分の光学長を可変する方法
と、光電変換器から光源までの部分の電気長を可変する
方法との二種類がある。

【００２２】なお、被測定光部品２がたとえば光アイソ
レータのように複数の種類の光部品で構成されている場
合は、単位長さ当りの量である波長分散の定義は被測定
光部品２の分散特性の表現には不便なときがある。よっ
て、本明細書では光部品全体の群遅延時間差の波長微分
を全分散量と定義して用いる。すなわち、全分散量をＤ
ａとすると(4) 式を用いて、近似的に(7) 式で表され
る。 Ｄａ≒Δτ／Δλ＝−Δｆ／（ｆ² ×Δλ） …(7)

【００２３】

【発明の実施の形態】以下本発明における遅延器を用い
た光部品の波長分散測定装置の実施の形態を説明する。
まず、本発明の特徴点である、発振周波数を一定に保つ
ように光源から光電変換器までの光学長を可変する手段
について説明する。

【００２４】光源から光電変換器までの光学長を可変す
る第１の手段として光を遅延させる手段が考えられる。
この光を遅延させる手段として光遅延器が一般的であ
る。光遅延器の構造例を図３に示す。図３（ａ）はコー
ナキューブミラーを用いて光を遅延させる光遅延器の動
作原理図であり、図３（ｂ）は同光遅延器の概略構成図
である。

【００２５】この場合、コーナキューブミラーを直線移
動ステージに載せて駆動する方式がある。コーナキュー
ブミラーは３枚の鏡を直角になるように貼り合わせたも
のであり、入射光と出射光とが必ず平行になる性質を有
している。このコーナキューブミラーを光軸と平行に移
動させると出射光は同じところに帰還しながら、光の距
離が変化し、光の遅延量を制御できる。このコーナキュ
ーブミラーを用いた利点は、光が空間を伝播するため波
長分散が無視でき、後述する校正を行わなくても高精度
の測定が可能な点にある。

【００２６】光遅延器の実現例としてはコーナキューブ
ミラーを用いたもののほかに、プリズムを用いたもの
や、光導波路の温度伸縮を用いたものもあり、いずれも
本発明に利用することができる。なお、プリズムや光導
波路はそれぞれ固有の波長分散があり、被測定光部品２
の波長分散を高精度に測定する際にはこれらの波長分散
を校正する必要がある。校正の方法については後述す
る。

【００２７】また、光源と光遅延器、光遅延器と光電変
換器を光学的に結合させるためには、従来技術ではレン
ズ、ミラー等を用いて空間結合させる方法が望ましかっ
たが、本発明においては光ファイバを用いて結合させる
方法も可能である。光ファイバによる結合方法を用いた
場合、その光ファイバの持つ波長分散が測定に誤差を与
えるが、従来技術ではそれを校正することができなかっ
た。これに対して、本発明では、結合用光ファイバの持
つ波長分散の影響は後述の校正方法によって校正するこ
とが可能である。レンズ、ミラー等を用いて空間結合さ
せる方法では、測定装置の組み立てや調整に時間がかか
るうえ、振動や温度変化に弱いという欠点があったが、
光ファイバによる結合方法ではそのような欠点はほとん
ど生じない。

【００２８】発振周波数を一定に保つように光源から光
電変換器（なお、光電変換器は従来技術で述べた光検知
器３と同様のものである）までの光学長を可変する第２
の手段として、光を遅延させるのではなく、被測定光部
品２を通過した光を受ける光電変換器である光検知器３
の位置を移動させる方法が考えられる。そのためには光
電変換器である光検知器３を直線移動ステージ上に設置
し、ステージの移動方向を光軸と平行にすればよい。直
線移動ステージを動かすことにより、遅延を与えるのと
同様の効果が得られる。この場合も被測定光部品２を通
過した光は空間中を伝播するため、波長分散を無視でき
高精度の測定が可能である。

【００２９】一方、全く発想を転換し、発振周波数を一
定に保つように前記光電変換器から前記光源までの電気
長を可変する手段もある。この電気長を可変にし、電気
長の変化分を検知すれば、光学長を変化させた場合と同
様の効果を得ることができる。得られた電気長の変化分
は、前記光学長の変化分とまったく同様に取り扱うこと
ができる。ただし、本明細書では、電気長とはある電気
回路においてかかった伝搬時間に光速を乗じたものと定
義する。この定義については、電気長の可変手段を用い
る実施例の項で説明する。

【００３０】

【実施例】以下本発明における遅延器を用いた光部品の
波長分散測定装置の具体的実施例を説明する。 （第１実施例）図１は本発明の第１実施例に係わる遅延
器を用いた光部品の波長分散測定装置の概略構成図であ
る。この第１実施例においては、光源から光電変換器ま
での光学長を可変とし、かつ光学長を可変する手段とし
て光遅延器１１を用いている。

【００３１】光源は、外部からの電気信号によって強度
変調でき、かつ波長を少なくとも２種類の既知の波長に
設定できる光源であればよい。したがって、少なくとも
２個の波長がそれぞれ異なる値に固定されたレーザ光源
を用意し、測定中に選択的に切り替えて使用することも
できる。また、半導体レーザ１は装置温度を変化させる
と出力光の波長も変化する性質を有しており、かつ小型
・安価であることなどから、半導体レーザ１を用いて簡
便な波長分散測定装置を実現することができる。この実
施例において、半導体レーザ１は恒温槽で温度制御され
ており（図示せず）、この設定温度を変更することによ
り、出力光の波長を変化させることができる。

【００３２】測定対象である被測定光部品２としては、
原理的には光が通過するものであればどのようなもので
も測定可能である。特に、本発明は基本的に波長分散の
小さいもの、あるいは実長または実寸法の小さいものの
波長分散の測定について優位性を発揮する。具体的に
は、分散シフト光ファイバ、１００ｍ以下の光ファイ
バ、レンズ、光アンプ、光変調器、光フィルタ、偏光子
などが挙げられる。

【００３３】光電変換器である光検知器３は、受けた光
を光の強度に比例した電気信号に変換して出力するもの
である。光遅延器１１は、前述のように、図３に示した
コーナキューブミラーを用いたものが考えられるが、そ
の挿入位置は、被測定光部品２の後方が一般的である。
但し、被測定光部品２の前方であっても問題はない。

【００３４】ところで後に説明されるように、波長分散
の測定に必要となるのは、光遅延器１１の任意に設定さ
れた基準位置に対する光学長の変化分であり、光学長そ
のものは必要でない。しかし、絶対的な光学長を検知す
る手段が用意されているなら、それをもとに容易に光学
長の変化分を得ることができる。以下では、光学長を検
知する手段が用意されていないとして、光学長の変化分
を検知する手段について説明する。

【００３５】光学長の変化分を検知する手段は、さまざ
まな手段が考えられるが、通常は光遅延器１１の機能と
して備わっている。たとえば、専用コントローラやパソ
コンなどから光学長やその変化分を設定することのでき
る光遅延器１１を用いれば、その設定値を変化させるこ
とは、光学長の変化分を検知したことと同義である。

【００３６】また、コーナーキューブミラーが設置され
ている直線移動ステージの移動量を検知する手段が用意
されているような光遅延器１１では、光遅延器内では光
が往復しているとみなすことが出来るのでステージの移
動量を２倍にして光学長の変化分を得ることができる。

【００３７】光遅延器１１にその機能として光学長の変
化分を検知する手段が用意されていない場合は、何らか
の手段によってコーナキューブミラーが設置されている
ステージの移動量を検知すればよい。ステージがステッ
ピングモーターによって駆動される方式ならば、ステー
ジを移動させるためにステッピングモーターに送出した
電気パルス数をカウントすることにより、このパルス数
とステージのギア比とからステージの移動量を知ること
ができる。さらにまた、ステージの移動軸の延長線上に
基準点を設け、この基準点とステージとの間の距離をマ
イクロメータ等で測定する方法もある。これらの方法に
よって得られたステージの移動量を２倍して、光学長の
変化分を検知することができる。

【００３８】なお、厳密に光学長やその変化分を求める
ためには、ステージの移動量の２倍に空気の屈折率を乗
じなければならない。しかし、空気の屈折率はおよそ
１．０００３程度なので、通常は空気の屈折率を無視し
てもそれによる誤差は０．０３％を超えない。

【００３９】また、光遅延器１１の構成例として、導波
路の温度伸縮を用いた方式も考えられる。この場合も、
光学長の変化分を検知する何らかの手段が光遅延器１１
の機能として用意されている場合が一般的である。この
ような手段が用意されていない場合は、実際の長さの変
化分を検知して、これに導波路媒質の屈折率を乗じれば
よい。

【００４０】さらに光学長の可変手段として光検知器３
を移動させる方式を用いた場合もある。この場合、被測
定光部品からの光をレンズによってビーム状にして空間
に発射し、これを光検知器で受光する。光学長の変化分
を検出するためには、光遅延器の場合と同様に、光検知
器３の移動量を検知すればよい。すなわち、ステッピン
グモータに送出した電気パルス数をカウントする方法
や、外部に設けられた基準点と光検知器３との間の距離
を測定する方法などが考えられる。

【００４１】フィルタ４は、帯域通過フィルタであり、
前述のように本装置が基本周波数ｆの整数倍の周波数
（高調波）で発振することがないように、基本周波数ｆ
以外の成分を除去する手段として機能する。しかしなが
ら、本発明においては実施例装置が高周波で発振して
も、後述する波長分散の計算方法は影響されない。した
がって、多数の高調波成分が含まれることによるＳ／Ｎ
比の低下が許容される用途においては、実施例装置にお
いてフィルタ４は必須ではない。

【００４２】増幅器５は、光検知器３からの信号を受け
て、後段の振幅制限器６およびコンデンサ７に適切な信
号強度を提供するために、入力信号の強度を増幅し、そ
の信号を出力する。

【００４３】周波数カウンタ１０は、増幅器５によって
増幅された信号を受けて、発振周波数をカウントする。
なお、実際には、図１において、増幅器５と振幅制限器
６との間に例えばビームスプリッタ等の分波器が置か
れ、閉回路中の周波数信号を取り出す（図示せず）。

【００４４】振幅制限器６は、増幅された信号を受け
て、過度の振幅を持った信号を減衰させて、一定値以下
に振幅が制限された信号を出力する。コンデンサ７は、
振幅制限器６からの信号を受けて、信号の直流成分を取
り除いて交流成分のみを出力するとともに、半導体レー
ザ１のための直流電源９からの直流バイアス電流が、信
号の伝わる方向と逆方向、すなわち振幅制限器６の方向
へ流れてしまうことを防ぐ。

【００４５】直流電源９は、直流バイアス電流を発生
し、半導体レーザ１にその電流を送る。以下、第１実施
例における測定手順を説明する。まず、直流電源９によ
り半導体レーザ１に直流バイアス電流を供給し、半導体
レーザ１からレーザ光を出射させる。レーザ光の波長
は、半導体レーザ１の少なくとも２種類ある波長のう
ち、任意の１種類（以下、λとする）に設定する。この
レーザ光を被測定光部品２に導き、さらに被測定光部品
２を通過したレーザ光を光遅延器１１に導く。光遅延器
１１を通過したレーザ光を光電変換器である光検知器３
に導く。光電変換器である光検知器３から出力された電
気信号はフィルタ４、増幅器５、振幅制限器６、コンデ
ンサ７を介して半導体レーザ１に帰還される。

【００４６】半導体レーザ１から光電変換器である光検
知器３までの光の経路と光電変換器である光検知器３か
ら半導体レーザ１までの電気信号の経路とは、あわせて
一種の閉回路とみなすことができる。ここでフィルタ４
の遮断周波数、増幅器５の増幅率、振幅制限器６の制限
振幅などを適当な値に調節すると、この閉回路が発振す
る。発振の周波数は、基本周波数、すなわち閉回路を光
および電気信号が１周する周期に対応する周波数にな
る。光遅延器１１の光学長は適当な位置に設定した状態
で、この発振周波数を周波数カウンタ１０で測定する。
測定された発振周波数をｆとする。

【００４７】つぎに、恒温装置（図示せず）を操作して
半導体レーザ１の温度を変更して、半導体レーザ１の出
力波長を変化させる。このときの出力波長をλ＋Δλと
する。このとき、光遅延器１１の光学長を変更しなけれ
ば、従来技術と同じ原理で発振周波数が変化する。本実
施例では、発振周波数を最初の基本周波数ｆに保つよう
に光遅延器１１の光学長を調節する。発振周波数を基本
周波数ｆに保つために必要な光学長の変化分を、光遅延
器１１などの検知手段によって検知する。このようにし
て検知された光学長の変化分を△Ｌとする。

【００４８】このとき、(2) 式に対応する群遅延時間差
Δτと発振周波数の関係は(8) 式で与えられる。 ｆ＝１／（τ＋Δτ＋ΔＬ／ｃ＋Ｔ） …(8) ここで、ｃは光の速度（２９９７９２４５８ｍ／ｓ）で
ある。(1) 式および (8)式より、群遅延時間差Δτは
(9) 式で導かれる。

【００４９】 Δτ＝−ΔＬ／ｃ …(9) したがって、前述した(5) 式に対応して、本実施例にお
ける波長分数Ｄは(10)式で表される。

【００５０】 Ｄ≒Δτ／（Ｌ×Δλ）＝−ΔＬ／（ｃ×Ｌ×Δλ） …(10) 上式より、ｆ、ΔＬ、ＬおよびΔλを測定することによ
り波長分散Ｄが計算される。

【００５１】また、前述した(7) 式に対応して、被測定
光部品２の全分散量Ｄａは(11)式で表される。 Ｄａ≒Δτ／Δλ＝−ΔＬ／（ｃ×Δλ） …(11) 以上のような測定を行うことにより、従来の技術の課題
で述べられている電気部品の周波数特性による誤差の問
題は、本実施例では発生しない。しかし、光遅延器１１
の構成要素としてプリズムなどの波長分散特性を持つ材
料や装置を使用した場合や、光部品の結合に波長分散特
性を持つ光ファイバを使用した場合には、それらの波長
分散特性による誤差が生じる。本実施例ではこのような
誤差を以下に述べる方法で校正して抑制することができ
る。

【００５２】(9) 式で得られた群遅延時間差Δτは、被
測定光部品２のみによる群遅延時間差Δτ_M と、被測定
光部品２以外の光部品による群遅延時間差Δτ_L との和
であると考えられる。そこで被測定光部品２の入射端と
出射端を結合させて被測定光部品２を除いた波長分散測
定装置を構成し、上記と同様の測定を行なう。このとき
も発振周波数は、被測定光部品２を測定したときと同じ
周波数ｆを保つように、光遅延器１１の光学長を調節す
る。

【００５３】このときの(9) 式で得られた値は被測定光
部品２以外の光部品による群遅延時間差Δτ_L である。
したがって、実際に被測定光部品２を挿入した時に得ら
れた群遅延時間差ΔτからこのΔτ_L を差し引くことに
より、被測定光部品２のみによる群遅延時間差Δτ_M が
求められる。この求められた群遅延時間差Δτ_M および
(10)式より、被測定光部品２のみの波長分散Ｄが得られ
る。以上が校正の方法である。

【００５４】なお、従来技術において同様に被測定光部
品２の入射端と出力端を短絡させると、全体の光学長が
短くなったことによって本来の測定時より繰り返し周波
数が高くなるので、電気部品に周波数特性が全くない場
合を除いて、被測定光部品２以外の波長分散特性を校正
することができない。

【００５５】ところで、従来技術の項目でも述べたよう
に、波長分散は数学的には群遅延時間差の波長に対する
微分で表される。この微分量が直接得られるような波長
分散の測定方法も存在し、その方法を用いてもよいが、
本実施例では、直接的に測定されるのは群遅延時間差で
ある。ここまでに述べられてきた方法は、群遅延時間差
の波長に対する微分を差分に置き換えた近似式により、
かつ、２種類の異なる波長における測定のみから波長分
散を求める方法である。

【００５６】しかし、波長の数を２種類より多くし、そ
れぞれの波長のあいだの群遅延時間差をそれぞれ測定す
れば、近似の精度が向上する。例えば、３種類の波長λ
−Δλ、λおよびλ＋Δλにおいて、発振周波数を一定
値ｆに保つために必要な光遅延器１１の光学長の変化分
がそれぞれ、−ΔＬ₁ 、０、およびΔＬ₂ と測定された
とする。この３組の測定値を２次関数で近似すれば、波
長λにおける被測定光部品２の波長分散Ｄは(12)式で計
算される。

【００５７】 Ｄ≒−（ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ）／（２×ｃ×Ｌ×Δλ） …(12) また、被測定光部品２の全分散量Ｄａは、前述した(11)
式に対応して(13)式で計算される。

【００５８】 Ｄａ≒−（ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ）／（２×ｃ×Δλ） …(13) なお、２組の測定がある場合の(10)式または(11)式や、
３組の測定がある場合の(12)式または(13)式、さらに多
数の測定がある場合のそれに対応する計算式によって、
波長分散Ｄまたは全分散量Ｄａを計算する手段は、測定
後に測定者が計算する方式でもよいが、測定装置にこの
計算手順を組込むことも当然に可能である。

【００５９】さらに、周波数カウンタ１０によって測定
される発振周波数を一定に保つように光遅延器１１の光
学長を調節する操作も、測定者が手動で行う方式でもよ
いが、測定装置に組込むことも当然に可能である。

【００６０】（第２実施例）図２は本発明の第２実施例
に係わる遅延器を用いた光部品の波長分散測定装置の概
略構成図である。

【００６１】この第２実施例の基本的な構成は図１に示
した第１の実施例と同じであるが、相違点として周波数
カウンタ１０の代りに発振器１２と周波数位相比較器１
３、そして周波数位相比較器１３からの信号を受け、閉
回路の信号と発振器１２からの信号との周波数及び位相
差を表示する回路である周波数位相差表示器１４を設け
ている。これらの発振器１２、周波数位相比較器１３及
び周波数位相差表示器１４は特別なものではなく、一般
に市販されているものでよい。

【００６２】本実施例での測定手順は次のようになる。
まず、第１実施例と同じように発振させ、このとき周波
数位相差表示器１４に表示される周波数及び位相差が零
になるように発振器１２の発振周波数を調整する。次
に、半導体レーザ１の波長をΔλだけ変えると波長分散
によって群遅延時間差Δτが変わって基本周波数ｆの周
波数及び位相が変わり、周波数位相差表示器１４に周波
数及び位相差が表示される。したがってこれが再び零に
なるように光遅延器１１を調整するとその遅延量が群遅
延時間差Δτとなる。なお、ここでいう周波数位相比較
器は一般的な位相同期ループ回路に使われているものと
同じである。

【００６３】次に、図２に示す第２実施例を用いて、例
として長さ１００ｍの光ファイバの波長分布を測定した
ときの測定結果について述べる。この実施例において
は、測定精度を制限する要因は、光学長の変化分の測定
精度であると考えられる。この光学長の変化分の測定精
度を１μｍ、半導体レーザ１の波長可変範囲を５ｎｍと
すると、波長分散の測定精度はおよそ０，００７ｐｓｅ
ｃ／ｎｍ／ｋｍ程度になる。

【００６４】これに対して、従来技術において、同様な
条件のもとでの理論的な測定精度は、課題の項で述べら
れているとおり、０．５ｐｓｅｃ／ｎｍ／ｋｍ程度であ
ったので、この第２実施例の測定精度は従来技術に対し
ておよそ２桁近く改善されている。

【００６５】このように、周波数位相比較器１３及び周
波数位相差表示器１４を用いて閉回路の信号と発振器１
２からの信号との周波数及び位相差を比較することによ
って、より高い精度で被測定光部品２の波長分散を測定
できる。

【００６６】（第３実施例）図４は本発明の第３実施例
に係わる遅延器を用いた光部品の波長分散測定装置の概
略構成図である。

【００６７】この第３実施例においては、光電変換器で
ある光検知器３から光源である半導体レーザ１までの電
気長を可変としている。すなわち、第３実施例の構成は
図１の第１実施例の構成とほぼ同様であり、相違点は、
第１実施例における光遅延器１１がなく、代りに電気長
を可変する手段が光電変換器である光検知器３から光源
である半導体レーザ１までの間に挿入されている点であ
る。そして、この電気長を可変する手段として電気遅延
器１５が採用されている。

【００６８】この電気遅延器１５は図５に示す直線型の
電気遅延器と図６に示す折り返し型の電気遅延器とが実
用化されている。図５（ａ）は直線型の電気遅延器の軸
方向断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ
−Ａ´線位置で切断した場合の径方向断面図である。こ
の直線型の電気遅延器は筒状の固定部１８とこの固定部
１８に対して挿脱自動に設けられた可動部１７とからな
り、可動部１７の左側端に電気信号を入力するための入
力端１６が形成され、固定部１８の右側端に電気信号を
出力するための出力端１９が形成されている。なお、可
動部１７の外側導体と固定部１８の外側導体２１とは接
触しており、固定部１８における外側導体２１と内部導
体２０との間には絶縁体２２が充填されている。

【００６９】そして、可動部１７の固定部１８に挿入す
る長さを調整することによって、可動部１７の内部導体
２０が固定部１８の内部導体２０に接触する接触長さを
変化させて、入力端１６と出力端１９との間の電気長を
変化させる。

【００７０】図６（ａ）は折り返し型の電気遅延器の軸
方向断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＡ
−Ａ´線位置で切断した場合に断面図である。この折り
返し型の電気遅延器においては、電気信号を入力するた
めの入力端２３と電気信号を出力するための出力端２４
が外部導体２５を構成する筐体の同一側面に取付けられ
ている。そして、入力端子２３及び出力端子２４に接続
された一対の内部導体２６が筐体内に収納されている。
そして、この一対の内部導体２６どうしを電気的に接続
する短絡板２７が設けられている。なお、この一対の内
部導体２６の他端は外部導体２５を構成する筐体の対向
面に絶縁体２８して筐体の反対側の対向面に取付けられ
ている。

【００７１】そして、短絡板２７を図中矢印方向に移動
させることによつて、入力端２３と出力端２４との間の
電気長を変化させる。なお、図５，図６に示した電気遅
延器１５の設置位置については図４の実線の細線で示さ
れる電気の信号経路のなかのどの位置であってもよい。

【００７２】ところで、実施の形態の項で述べたよう
に、本明細書では電気長を電気信号の伝搬時間に光速を
乗じたものと定義している。この定義は、電気信号の伝
搬時間を光学長と同様に取り扱うためのものである。

【００７３】電気信号の伝搬時間は電気路線の物理的な
長さを電気信号の伝搬速度で割ったものであるので、電
気長は電気線路の物理的な長さに、光速と電気信号の伝
搬速度の比（以下、変換係数と表す）を乗じたものに相
当する。この変換係数は電気線路の形状や外部導体と内
部導体の間にある絶縁体の誘電率に依存する。本明細書
ではこの変換係数を既知量として扱うが、これが既知で
ないときは、別にネットワークアナライザなどを用いて
物理的長さに対する群遅延特性を測定し、計算によって
この変換係数を求めることができる。

【００７４】また、電気長の変化分を検出する手段は、
光学長の変化分を検知する手段と同様であり、さまざま
な手段が考えられるが、たとえば専用コントローラやパ
ソコンなどから電気長やその変化分を設定することので
きる電気遅延器１５を用いれば、その設定値を変化させ
ることは、電気長の変化分を検知したことと同義であ
る。

【００７５】電気遅延器１５に電気長の変化分を検知す
る手段が用意されていない場合は、何らかの手段によっ
て図５の可動部１７または図６の短絡板２７の移動量を
検知すればよい。例えば、これらがステッピングモータ
ーによって駆動される方式ならば、ステッピングモータ
ーに送出した電気パルス数をカウントすることにより、
このパルス数とステージのギア比とからステージの移動
量を知ることができる。さらにまた、ステージの移動軸
の延長線上に基準点を設け、この基準点とステージとの
間の距離をマイクロメータ等で測定する方法もある。こ
れらの方法によって得られたステージの移動量に、電気
長への変換係数を乗じて、電気長の変化分を検知するこ
とができる。なお当然ながら、図６に示す折り返し型で
は短絡板２７の移動量を２倍したものに変換係数を乗じ
なければならない。

【００７６】測定方法は第１の実施例とほとんど同様で
ある。発振周波数を一定値に保つために、第１，第２実
施例では光学長を調節したが、第３の実施例では電気長
を調節する点だけが異なる。上記のような検知手段によ
って検知された電気長の変化分をΔＬとすれば、前述し
た(10)式により波長分散Ｄを、また、(11)式により被測
定光部品２の全分散量Ｄａを得ることができる。

【００７７】以上、第１実施例として光源である半導体
レーザ１から光電変換器である光検知器３までの光学長
を可変する手段を、第２実施例として周波数位相比較器
１３、発振器１２および周波数位相差表示器１４を用い
る手段を、第３実施例として光電変換器から光源までの
電気長を可変する手段をそれぞれ説明してきたが、本発
明は上記第１〜第３の各実施例に限定されるものではな
い。すなわち、第３実施例において周波数カウンタ１０
の代りに周波数位相比較器１３、発振器１２および周波
数位相差表示器１４を用いることも当然に可能である。

【００７８】

【発明の効果】本発明の遅延器を用いた光部品の波長分
散測定装置においては、閉回路の光学長さ又は電気長さ
を調整して発振周波数を一定値に固定することによっ
て、従来技術の課題であった電気的帰還部の周波数特性
の問題が解決されている。すなわち、本発明では、発振
波長を変化させたときも、電気回路の周波数は同一であ
る。このため、測定において電気回路の群遅延特性の影
響を受けることなく、純粋に波長分散による光学長の変
化のみを抽出することができる。その結果、被測定光部
品２に対する波長分散の測定精度を大幅に向上できる。

【００７９】また、発振周波数が同一であることを確認
する手段として周波数位相比較器１３を用いた場合、一
般的な周波数位相比較器１３でも位相差は０．０１度位
まで検出できるので周波数カウンタ１０を用いる方法よ
り高精度に測定できる。

【００８０】また、従来の技術において述べた測定方式
では、測定誤差を生ずるため、フィルタ４によって基本
周波数ｆで発振するようにしているが、実際の測定にお
いては、群遅延時間τは被測定光部品２によってまちま
ちであり、τが変わると(1)式によって基本周波数ｆも
変化するので、これに合わせてフィルタ４の中心周波数
を変更する必要があり、測定に煩雑さが生じていた。ま
たｆが変わると前述のように電気信号の群遅延時間差Δ
Ｔも変わるので、τの異なる複数の被測定光部品２（例
えば長さだけが異なる同一種類の光ファイバなど）の測
定結果が厳密には比較できなかった。

【００８１】これに対して、本発明では、フィルタ４が
省略可能であるため、群遅延時間τの異なる複数の被測
定光部品２の測定が容易になるとともに、自動測定装置
とすることも可能である。また、その測定結果に前述の
誤差が発生せず、測定結果の厳密な比較が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係わる遅延器を用いた
光部品の波長分散測定装置の概略構成を示す図である。

【図２】 本発明の第２実施例に係わる遅延器を用いた
光部品の波長分散測定装置の概略構成を示す図である。

【図３】 コーナキューブミラーを用いた光遅延器の動
作原理及び概略構成を示す図である。

【図４】 本発明の第３実施例に係わる遅延器を用いた
光部品の波長分散測定装置の概略構成を示す図である。

【図５】 直線型の電気遅延器の概略構成を示す図であ
る。

【図６】 折り返し型の電気遅延器の概略構成を示す図
である。

【図７】 従来の光部品の波長分散測定装置の概略構成
を示す図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ ２ 被測定光部品 ３ 光検知器 ４ フィルタ ５ 増幅器 ６ 振幅制限器 ７ コンデンサ ８ 波長計 ９ 直流電源 １０ 周波数カウンタ １１ 光遅延器 １２ 発振器 １３ 周波数位相比較器 １４ 周波数位相差表示器 １５ 電気遅延器 １６ 入力端 １７ 可動部 １８ 固定部 １９ 出力端 ２０ 内部導体 ２１ 外部導体 ２３ 入力端 １４ 出力端 ２７ 短絡板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 崇記 東京都港区南麻布五丁目10番27号 アン リツ株式会社内 (72)発明者 高良 秀彦 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 川西 悟基 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 猿渡 正俊 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特公 平２−33971（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許5619320（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定光部品に少なくとも２種類の既知
   の光波長を選択可能な光源から出射された光を通過さ
   せ、その通過された光を光電変換器により電気信号に変
   換し、その電気信号を前記光源の励起電流に帰還するこ
   とにより前記光波長に対応した発振周波数をそれぞれ発
   生させる閉回路を持った光部品の波長分散測定装置にお
   いて、 前記光波長に対応した発振周波数をそれぞれ発生させた
   時、前記発振周波数を一定に保つように前記光源から前
   記光電変換器までの光学長を可変する手段（１１、３）
   又は前記光電変換器から前記光源までの電気長を可変す
   る手段（１５）と、 前記光学長の変化分を検知する手段（１１）又は電気長
   の変化分を検知する手段（１５）とを備え、 前記の少なくとも２種類の既知の波長と前記検知された
   光学長の変化分とに基づいて、又は前記の少なくとも２
   種類の既知の波長と前記検知された電気長の変化分とに
   基づいて、当該被測定光部品の波長分散特性を演算する
   ことを特徴とする遅延器を用いた光部品の波長分散測定
   装置。