JP3376251B2 - 光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法 - Google Patents
光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法Info
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- G01M11/31—Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信に
関し、特に光ファイバの色分散をマッピングするシステ
ムと方法に関する。
関し、特に光ファイバの色分散をマッピングするシステ
ムと方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバの色分散は、複数のカスケー
ド接続を行う光ファイバシステムのデザインに対し、重
要な役目を果たす。エルビウムドープの光ファイバ増幅
器の出現までは、システムは多かれ少なかれ線系であっ
た。したがって、光ファイバのスパンに亘って、システ
ム性能に影響を及ぼすものは、積み重なった分散だけで
あった。長距離に亘る伝送容量の要求を満たすために、
光信号の高度の処理が必要となるにつれて、光ファイバ
の非線系性の影響を最少にするおよび／または利用する
ために分散「マップ」が選択されるような分散管理がま
すます重要なツールとなりつつある。
ド接続を行う光ファイバシステムのデザインに対し、重
要な役目を果たす。エルビウムドープの光ファイバ増幅
器の出現までは、システムは多かれ少なかれ線系であっ
た。したがって、光ファイバのスパンに亘って、システ
ム性能に影響を及ぼすものは、積み重なった分散だけで
あった。長距離に亘る伝送容量の要求を満たすために、
光信号の高度の処理が必要となるにつれて、光ファイバ
の非線系性の影響を最少にするおよび／または利用する
ために分散「マップ」が選択されるような分散管理がま
すます重要なツールとなりつつある。
【０００３】分散シフトファイバ（dispersion-shifted
fiber（ＤＳＦ））においては、分散は光ファイバの場
所の関数として変化することが知られている。K. Inoue
著の論文 "Four-Wave Mixing in an Optical Fiber in
the Zero-Dispersion Wevelength Region", （J. Light
wave Technol., Vol. 10, pp. 1553-1561 (1992)）によ
れば、例えばＤＳＦの１０ｋｍ長さを２．５ｋｍの小区
間の４個に分割すると、この小区間に対する平均的なゼ
ロ分散波長は、少なくとも１ｎｍ変化し、これはあるア
プリケーションにとっては大きな変動である。したがっ
て、色分散の信頼性あるマップは、光ファイバのスパン
内の平均的分散を測定するだけでは得ることができな
い。
fiber（ＤＳＦ））においては、分散は光ファイバの場
所の関数として変化することが知られている。K. Inoue
著の論文 "Four-Wave Mixing in an Optical Fiber in
the Zero-Dispersion Wevelength Region", （J. Light
wave Technol., Vol. 10, pp. 1553-1561 (1992)）によ
れば、例えばＤＳＦの１０ｋｍ長さを２．５ｋｍの小区
間の４個に分割すると、この小区間に対する平均的なゼ
ロ分散波長は、少なくとも１ｎｍ変化し、これはあるア
プリケーションにとっては大きな変動である。したがっ
て、色分散の信頼性あるマップは、光ファイバのスパン
内の平均的分散を測定するだけでは得ることができな
い。
【０００４】そのためレーレイ後方散乱技術（Rayleigh
backscattering technique） を用いて、光ファイバの
スパンに沿って色分散の分布をマッピングすることが提
案されている。ゼロ分散が光ファイバのコアのサイズに
依存することに基づくこの分解的技術（destructive te
chnique） は、M. Ohashi, M. Tateda著の論文 "Novel
Technique for Measuring the Distributed Zero-Dispe
rsion Wavelength ofOptical Fibers", （Electron Let
ters., 29, 426-428 (1993)）に記載されている。
backscattering technique） を用いて、光ファイバの
スパンに沿って色分散の分布をマッピングすることが提
案されている。ゼロ分散が光ファイバのコアのサイズに
依存することに基づくこの分解的技術（destructive te
chnique） は、M. Ohashi, M. Tateda著の論文 "Novel
Technique for Measuring the Distributed Zero-Dispe
rsion Wavelength ofOptical Fibers", （Electron Let
ters., 29, 426-428 (1993)）に記載されている。
【０００５】光ファイバプリフォームのドーピングがそ
の全長に亘って、変化しない場合にはゼロ分散の変化
は、コアサイズの変化から推論できる。このコアサイズ
の変化は、レーレイ後方散乱光（Rayleigh backscatter
ed light）に対する捕獲比率を決定するために、光学時
間領域反射率測定法（optical time domain reflectome
try（ＯＴＤＲ））を用いて予測することができる。反
対方向で得られたＯＴＤＲの測定結果を加算することに
より、光ファイバの損失の影響を取り除き、捕獲比率の
変化を観測してその変化を用いてゼロ分散ファイバの変
動を決定できる。
の全長に亘って、変化しない場合にはゼロ分散の変化
は、コアサイズの変化から推論できる。このコアサイズ
の変化は、レーレイ後方散乱光（Rayleigh backscatter
ed light）に対する捕獲比率を決定するために、光学時
間領域反射率測定法（optical time domain reflectome
try（ＯＴＤＲ））を用いて予測することができる。反
対方向で得られたＯＴＤＲの測定結果を加算することに
より、光ファイバの損失の影響を取り除き、捕獲比率の
変化を観測してその変化を用いてゼロ分散ファイバの変
動を決定できる。
【０００６】近年ゼロ分散よりも長い波長における変調
−不安定−導入ゲイン（modulation-instability-induc
ed gain） から局部的分散ゼロを決定する非分解的（no
n-destructive） 分散測定法が発表された。波長λp の
強いポンプパルスと波長λsの弱い信号パルスとが同時
にテスト用ファイバに注入され、そしてこのλpとλsの
波長差は約５〜１０ｎｍである。この後方散乱された信
号光がＯＴＤＲにより観測される。ポンプ波長がゼロ分
散に近いが、異常分散領域にある場合には、変調の不安
定性がプローブパルスに対し、ＯＴＤＲトレースで観測
されるゲインを与えてしまう。
−不安定−導入ゲイン（modulation-instability-induc
ed gain） から局部的分散ゼロを決定する非分解的（no
n-destructive） 分散測定法が発表された。波長λp の
強いポンプパルスと波長λsの弱い信号パルスとが同時
にテスト用ファイバに注入され、そしてこのλpとλsの
波長差は約５〜１０ｎｍである。この後方散乱された信
号光がＯＴＤＲにより観測される。ポンプ波長がゼロ分
散に近いが、異常分散領域にある場合には、変調の不安
定性がプローブパルスに対し、ＯＴＤＲトレースで観測
されるゲインを与えてしまう。
【０００７】かくして、ある特定の距離におけるＯＴＤ
Ｒの光ファイバ内への傾斜の減少は、ポンプ信号は光フ
ァイバ内のその点における異常分散の影響を受けている
ことを意味する。ファイバの分散をマッピングするため
に、ポンプ波長とプローブ波長とは、λp−λsの差を一
定に維持しながら掃引され、その結果得られたＯＴＤＲ
トレースが記録される。光ファイバ内の特定ポイントの
ゼロ分散は、変調−不安定ゲインが観測されるポンプ波
長の短波長側である。この技術は、０．２ｎｍの波長解
像度と約１ｋｍの空間解像度を示す。
Ｒの光ファイバ内への傾斜の減少は、ポンプ信号は光フ
ァイバ内のその点における異常分散の影響を受けている
ことを意味する。ファイバの分散をマッピングするため
に、ポンプ波長とプローブ波長とは、λp−λsの差を一
定に維持しながら掃引され、その結果得られたＯＴＤＲ
トレースが記録される。光ファイバ内の特定ポイントの
ゼロ分散は、変調−不安定ゲインが観測されるポンプ波
長の短波長側である。この技術は、０．２ｎｍの波長解
像度と約１ｋｍの空間解像度を示す。
【０００８】現在提案されている別の技術は、ゼロ分散
を決定するために、部分的に縮退した４光子ミキシング
を用いている。本質的にこのミキシングは、光ファイバ
内を伝播する角周波数がωp とωs がポンプ波と信号波
からアイドルな波（idler wave）を生成する。周波数ω
i＝２ωp−ωs のこのアイドル波のパワーは、処理が位
相マッチングしたとき、即ちΔβ＝２β（ωp）−β
（ωs）−β（ωi）＝０の時に最大となる、ここでβ
（ω）は伝播定数である。一次近似として位相マッチン
グは、ωp が光ファイバのゼロ分散に設定されたときに
発生する。
を決定するために、部分的に縮退した４光子ミキシング
を用いている。本質的にこのミキシングは、光ファイバ
内を伝播する角周波数がωp とωs がポンプ波と信号波
からアイドルな波（idler wave）を生成する。周波数ω
i＝２ωp−ωs のこのアイドル波のパワーは、処理が位
相マッチングしたとき、即ちΔβ＝２β（ωp）−β
（ωs）−β（ωi）＝０の時に最大となる、ここでβ
（ω）は伝播定数である。一次近似として位相マッチン
グは、ωp が光ファイバのゼロ分散に設定されたときに
発生する。
【０００９】このためωp を回転し、アイドルパワーの
最大値を探すことによりゼロ分散波長を測定できる。最
少識別距離（distance resolution） は、大幅に分離し
た波長の信号パルスとポンプパルスを用いることにより
得られる。特にポンプパルスと信号パルスの群速度の差
によりポンプパルスは、信号パルスを追い越してしまう
（ポンプ波長は光ファイバのゼロ分散に近いものと仮定
すると）。十分な群速度分散と、十分な短パルスでもっ
てパルスのオーバラップ領域は、ある有益な距離で発生
する。その結果ωp とωs のパルスのタイミングを調整
することによりこのオーバラップは、光ファイバ内のあ
る所望点で発生する。
最大値を探すことによりゼロ分散波長を測定できる。最
少識別距離（distance resolution） は、大幅に分離し
た波長の信号パルスとポンプパルスを用いることにより
得られる。特にポンプパルスと信号パルスの群速度の差
によりポンプパルスは、信号パルスを追い越してしまう
（ポンプ波長は光ファイバのゼロ分散に近いものと仮定
すると）。十分な群速度分散と、十分な短パルスでもっ
てパルスのオーバラップ領域は、ある有益な距離で発生
する。その結果ωp とωs のパルスのタイミングを調整
することによりこのオーバラップは、光ファイバ内のあ
る所望点で発生する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記に述べた従来技術
でもゼロ分散波長を測定することができる。しかし、従
来技術はかなり広い波長範囲に亘ってデータを集めその
結果たった１つの分散マップを作るための測定は長時間
を要する。さらに、測定されるべきファイバの両端にア
クセスする必要がある。したがって本発明の目的は、色
分散パラメータを光ファイバのある区間の距離の関数と
して測定するシステムと方法を提供することである。
でもゼロ分散波長を測定することができる。しかし、従
来技術はかなり広い波長範囲に亘ってデータを集めその
結果たった１つの分散マップを作るための測定は長時間
を要する。さらに、測定されるべきファイバの両端にア
クセスする必要がある。したがって本発明の目的は、色
分散パラメータを光ファイバのある区間の距離の関数と
して測定するシステムと方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施例によれ
ば、第１と第２の光パルスをテスト用ファイバに繰り返
し注入して、ファイバ内の４波ミキシングプロセスによ
りプローブ信号を生成する。波ベクトル位相ミスマッチ
により、プローブ信号のパワーは、光ファイバ内の距離
の関数として測定できる空間周波数でもって発振する。
この強度発振は、光ファイバの入力端で検知できるレー
レイ後方散乱光内の時間的変動として測定できる。本発
明によれば、第１と第２の光信号波長の一方あるいは両
方の分散パラメータは、光ファイバの長さの関数として
この強度発振の測定値から直接得ることができる。そし
てこの情報から他のある波長におけるマップを抽出でき
る。
ば、第１と第２の光パルスをテスト用ファイバに繰り返
し注入して、ファイバ内の４波ミキシングプロセスによ
りプローブ信号を生成する。波ベクトル位相ミスマッチ
により、プローブ信号のパワーは、光ファイバ内の距離
の関数として測定できる空間周波数でもって発振する。
この強度発振は、光ファイバの入力端で検知できるレー
レイ後方散乱光内の時間的変動として測定できる。本発
明によれば、第１と第２の光信号波長の一方あるいは両
方の分散パラメータは、光ファイバの長さの関数として
この強度発振の測定値から直接得ることができる。そし
てこの情報から他のある波長におけるマップを抽出でき
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明によれば、固定波長λ1 ，
λ2 の強いマイクロ秒以下のパルスが同時にテスト用の
ファイバ内に注入され、その結果これらパルスはファイ
バの各部分内にシーケンシャルにストーク（Stokes）波
長λS とアンチストーク（anti-Stokes） 波長λA のそ
れぞれのＦＷＭプロダクトフィールドを生成する。
λ2 の強いマイクロ秒以下のパルスが同時にテスト用の
ファイバ内に注入され、その結果これらパルスはファイ
バの各部分内にシーケンシャルにストーク（Stokes）波
長λS とアンチストーク（anti-Stokes） 波長λA のそ
れぞれのＦＷＭプロダクトフィールドを生成する。
【００１３】このようにして生成されたプローブ信号内
の強度発振の周波数を測定することにより、詳細な分散
マップＤ（λi ，ｚ）が直接得られる。ここで、Ｄは分
散パラメータで、λi は使用される前述した２つの固定
波長ソースの一方の波長であり、ｚは光ファイバに沿っ
た特定点までの距離を表す。本発明により詳細な分散マ
ップを得るために用いられる代表的システムを説明する
前に関連する基本的原理を簡単に述べる。
の強度発振の周波数を測定することにより、詳細な分散
マップＤ（λi ，ｚ）が直接得られる。ここで、Ｄは分
散パラメータで、λi は使用される前述した２つの固定
波長ソースの一方の波長であり、ｚは光ファイバに沿っ
た特定点までの距離を表す。本発明により詳細な分散マ
ップを得るために用いられる代表的システムを説明する
前に関連する基本的原理を簡単に述べる。
【００１４】色分散
光ファイバの分散関係式は、次式で表される。
【数１】
ここで、ｋ0 と全ての微分は、（任意の）周波数ω0 で
の値である。ωに関連する分散関係式の１次微分は逆群
速度であり、その２次微分は対応する分散である。分散
パラメータＤは逆群速度の波長微分である。
の値である。ωに関連する分散関係式の１次微分は逆群
速度であり、その２次微分は対応する分散である。分散
パラメータＤは逆群速度の波長微分である。
【数２】
【００１５】４波ミキシングプロセス
基本的に本発明は、分散パラメータＤ（λi）は、 図１
に示された２つの４波ミキシングプロセスの一方の波長
ベクトルのミスマッチに正比例するという発明者の知見
に基づいている。この第１のミキシングプロセスでは、
まず角度周波数ω1 の２つのフォトンは、角度周波数ω
2 の１つのフォトンと組み合わされてωS のストーク
（Stokes）フォトンを形成する。
に示された２つの４波ミキシングプロセスの一方の波長
ベクトルのミスマッチに正比例するという発明者の知見
に基づいている。この第１のミキシングプロセスでは、
まず角度周波数ω1 の２つのフォトンは、角度周波数ω
2 の１つのフォトンと組み合わされてωS のストーク
（Stokes）フォトンを形成する。
【００１６】これとは対称的に第２のミキシングプロセ
スにおいては、角度周波数ω2 の２つのフォトンが角度
周波数ω1 の１つのフォトンと組み合わされてωA のア
ンチストーク（anti-Stokes） のフォトンを形成する。
このためエネルギ変換の為に、図１の全てのスペクトラ
ム項は、δωで均一に離間している。
スにおいては、角度周波数ω2 の２つのフォトンが角度
周波数ω1 の１つのフォトンと組み合わされてωA のア
ンチストーク（anti-Stokes） のフォトンを形成する。
このためエネルギ変換の為に、図１の全てのスペクトラ
ム項は、δωで均一に離間している。
【００１７】この４波ミキシングの原理に関する詳細な
説明は、本発明者らの論文 "Pseude-phase-matched fou
r-wave mixing in soliton WDM transmission", Opt. L
ett.21, 396 (1996) を参照されたい。
説明は、本発明者らの論文 "Pseude-phase-matched fou
r-wave mixing in soliton WDM transmission", Opt. L
ett.21, 396 (1996) を参照されたい。
【００１８】波長ベクトルミスマッチ
前述の第１と第２のミキシングプロセスにおける波ベク
トルミスマッチδｋは、それぞれ分散パラメータＤ（λ
1）とＤ（λ2）に正比例している。例えば、第１ミキシ
ングプロセスの場合には、この波ベクトルミスマッチ
は、次式に示すように分散パラメータＤ（λ1） に関連
づけられる。
トルミスマッチδｋは、それぞれ分散パラメータＤ（λ
1）とＤ（λ2）に正比例している。例えば、第１ミキシ
ングプロセスの場合には、この波ベクトルミスマッチ
は、次式に示すように分散パラメータＤ（λ1） に関連
づけられる。
【数３】
【００１９】（３）式の最終形式は、正確なものである
がその理由は、本発明の方法によれば、条件δω／ω＝
−δλ／λ＜＜１は、常に満足されるからである。三次
分散δ3ｋ／δω3：δＤ／δλが寄与する（３）式内の
正味項は、理想的にはゼロである。より高次の分散の影
響は、常に理想的にはゼロではないが無視し得る。その
理由は、微分の大きさとδλが小さいためである。
がその理由は、本発明の方法によれば、条件δω／ω＝
−δλ／λ＜＜１は、常に満足されるからである。三次
分散δ3ｋ／δω3：δＤ／δλが寄与する（３）式内の
正味項は、理想的にはゼロである。より高次の分散の影
響は、常に理想的にはゼロではないが無視し得る。その
理由は、微分の大きさとδλが小さいためである。
【００２０】信号パワーの計算
前述したように本発明の方法は、２つの光信号を放射
し、それにより光ファイバの各部分に連続的にストーク
波長λS とアンチストーク波長λA で、それぞれのＡＦ
ＷＭプロダクトフィールドを生成する。前述の位相ミス
マッチ（δｋ）の為にストーク信号ＰS（ｚ） の対応す
るパワーは、次式で表される空間周波数でもって発振す
る。
し、それにより光ファイバの各部分に連続的にストーク
波長λS とアンチストーク波長λA で、それぞれのＡＦ
ＷＭプロダクトフィールドを生成する。前述の位相ミス
マッチ（δｋ）の為にストーク信号ＰS（ｚ） の対応す
るパワーは、次式で表される空間周波数でもって発振す
る。
【数４】
【００２１】したがって、ストーク信号のパワー内の強
度発振の周波数ＦS（ｚ） を測定することにより、空間
解像度ΛS を有する分散マップＤ（λ1，ｚ） を得るこ
とができる。当然のことながら、同時にアンチストーク
信号のパワー内の強度発振の周波数ＦA（ｚ） を測定す
ることにより、分散マップＤ（λ2，ｚ） を得ることも
できる。
度発振の周波数ＦS（ｚ） を測定することにより、空間
解像度ΛS を有する分散マップＤ（λ1，ｚ） を得るこ
とができる。当然のことながら、同時にアンチストーク
信号のパワー内の強度発振の周波数ＦA（ｚ） を測定す
ることにより、分散マップＤ（λ2，ｚ） を得ることも
できる。
【００２２】その結果、テスト用の光ファイバ内に入射
された信号の一方、あるいは両方に対する正確な分散マ
ップは、本発明の教示を適用することにより容易に得る
ことができる。さらにまた３次分散定数（分散マップＤ
（λ1，ｚ），Ｄ（λ2，ｚ）の測定値を比較することに
より容易に決定できる）を知ることにより、測定された
分散マップのいずれかは他の所望のいずれにでも容易に
変換できる。
された信号の一方、あるいは両方に対する正確な分散マ
ップは、本発明の教示を適用することにより容易に得る
ことができる。さらにまた３次分散定数（分散マップＤ
（λ1，ｚ），Ｄ（λ2，ｚ）の測定値を比較することに
より容易に決定できる）を知ることにより、測定された
分散マップのいずれかは他の所望のいずれにでも容易に
変換できる。
【００２３】様々な技術を用いて前述の強度発振を測定
できる。例えば、この強度発振は、テスト用ファイバの
入力端におけるレーレイ後方散乱現象にも観測できる。
信号は次式の時間周波数で変動する。
できる。例えば、この強度発振は、テスト用ファイバの
入力端におけるレーレイ後方散乱現象にも観測できる。
信号は次式の時間周波数で変動する。
【数５】
ここでｎは、光ファイバの有効屈折率で、ｔは光ファイ
バの入力点からある点ｚに行き、そして戻るまでの周回
時間即ち次式で表される。
バの入力点からある点ｚに行き、そして戻るまでの周回
時間即ち次式で表される。
【数６】
【００２４】屈折率が１．４６に対しては、δｔは１ｋ
ｍの光ファイバに対して９．７３μｓである。式（４）
と（５）を組み合わせると分散マップは、波長λ1 の第
１入力信号に対して得られる。
ｍの光ファイバに対して９．７３μｓである。式（４）
と（５）を組み合わせると分散マップは、波長λ1 の第
１入力信号に対して得られる。
【数７】
以下に詳述するように、（７）式により示される周波数
は、通常数十から数百ｋＨｚの範囲内にある。
は、通常数十から数百ｋＨｚの範囲内にある。
【００２５】光ファイバの公知の損失と散乱特性と前述
の４波ミキシングプロセスを理解することにより、レー
レイ後方散乱された信号の強度を予測できる。λ1 とλ
2 の入力パルスが同極性であり、λS とλA の初期信号
が存在しない場合にはストーク波長λS における信号パ
ワーは、次式で表される。
の４波ミキシングプロセスを理解することにより、レー
レイ後方散乱された信号の強度を予測できる。λ1 とλ
2 の入力パルスが同極性であり、λS とλA の初期信号
が存在しない場合にはストーク波長λS における信号パ
ワーは、次式で表される。
【数８】
【００２６】上記と同様の式がアンチストーク波長λA
の信号パワーＰA（ｚ） についても得られる。（８）式
中Ｐ1 0とＰ2 0は、光ファイバの入力点におけるパルスパ
ワーであり、Ａeff は光ファイバのコアの有効面積で，
ｎ2は非線系屈折率係数（ｎ2はシリカ製ガラスファイバ
に対しては２．７×１０-8μｍ2 ／Ｗ）で、Ｒはレーレ
イ後方散乱係数で、δｚはある所定時間におけるパルス
により占有される光ファイバ長で、αは光ファイバの損
失係数である。
の信号パワーＰA（ｚ） についても得られる。（８）式
中Ｐ1 0とＰ2 0は、光ファイバの入力点におけるパルスパ
ワーであり、Ａeff は光ファイバのコアの有効面積で，
ｎ2は非線系屈折率係数（ｎ2はシリカ製ガラスファイバ
に対しては２．７×１０-8μｍ2 ／Ｗ）で、Ｒはレーレ
イ後方散乱係数で、δｚはある所定時間におけるパルス
により占有される光ファイバ長で、αは光ファイバの損
失係数である。
【００２７】指数関数の損失項内の４の倍数は、（１）
Ｐ1 2Ｐ2 の積はｅｘｐ（−３αｚ）で減少し、（２）光
ファイバの所定点ｚにおけるレーレイ後方散乱は、光フ
ァイバ入力に戻る際にｅｘｐ（−αｚ）のさらなる損失
係数を受けるという事実から派生している。（８）式か
ら１Ｗのオーダーのパルス入力パワー（Ｐ1 0とＰ2 0）に
おいては、数十ｋｍ長さまでの光ファイバのスパンを測
定するのに十分な信号強度が存在する。
Ｐ1 2Ｐ2 の積はｅｘｐ（−３αｚ）で減少し、（２）光
ファイバの所定点ｚにおけるレーレイ後方散乱は、光フ
ァイバ入力に戻る際にｅｘｐ（−αｚ）のさらなる損失
係数を受けるという事実から派生している。（８）式か
ら１Ｗのオーダーのパルス入力パワー（Ｐ1 0とＰ2 0）に
おいては、数十ｋｍ長さまでの光ファイバのスパンを測
定するのに十分な信号強度が存在する。
【００２８】次に図２において、長距離伝送用の現在の
ところ最大の関心事である波長のバンド幅は、１５５２
と１５６０ｎｍの間にあるエルビウムファイバ増幅器の
広領域で平坦なゲインピークに対応している。「分散が
テーパー状」のファイバスパンを用いるソリトン伝送に
おいては、ゼロ分散の波長λ0 は約１５４２から１５５
３ｎｍの間の範囲内にあり、「ノンリターントゥゼロシ
ステム」（"non-return-to-zero systems"（ＮＲＺ））
においては、λ0 は幾分長めの波長のところにある。
ところ最大の関心事である波長のバンド幅は、１５５２
と１５６０ｎｍの間にあるエルビウムファイバ増幅器の
広領域で平坦なゲインピークに対応している。「分散が
テーパー状」のファイバスパンを用いるソリトン伝送に
おいては、ゼロ分散の波長λ0 は約１５４２から１５５
３ｎｍの間の範囲内にあり、「ノンリターントゥゼロシ
ステム」（"non-return-to-zero systems"（ＮＲＺ））
においては、λ0 は幾分長めの波長のところにある。
【００２９】いくつかの理由により入力波長、即ち測定
用波長λ1 ，λ2 は、λ0 に対する最短の予測値の短波
長側にあるのが必要ではないが望ましい。例えばこの関
係により、それぞれのパワーレベルに係わらず「変調の
不安定性（modulational instability）」が存在しなく
なる。１Ｗに近付くパワーレベルにおいては、このこと
はλ1 とλ2 がλ0 より大きい場合には当てはまらな
い。さらに信号は、分散パラメータＤの符号には依存し
ていないので、分散マップは、Ｄ＝０の一側に常にない
限り不明確となる。最後に空間解像度は、Ｄ（λ1） が
ゼロに近付くにつれて不明瞭となる。
用波長λ1 ，λ2 は、λ0 に対する最短の予測値の短波
長側にあるのが必要ではないが望ましい。例えばこの関
係により、それぞれのパワーレベルに係わらず「変調の
不安定性（modulational instability）」が存在しなく
なる。１Ｗに近付くパワーレベルにおいては、このこと
はλ1 とλ2 がλ0 より大きい場合には当てはまらな
い。さらに信号は、分散パラメータＤの符号には依存し
ていないので、分散マップは、Ｄ＝０の一側に常にない
限り不明確となる。最後に空間解像度は、Ｄ（λ1） が
ゼロに近付くにつれて不明瞭となる。
【００３０】さらに本発明によれば、例えばλ1 とλ2
は図２に示すように、エルビウムドープ増幅器のゲイン
ピークである１５３０ｎｍの近傍にあるよう選択された
場合に優れた効果が得られる。当然のことながら問題と
なっている波長バンド幅が、λ0 に対する最短の予測値
のさらに短波長側にない場合には、λ0 のバンド幅が例
えば１５１５ｎｍを中心とするような一般的な場合では
ないが測定波長信号の入力パワーレベルは、変調不安定
性のしきい値以下、即ち約２００ｍｗ以下に低減しなけ
ればならない。別法として異なる特性ゲインカーブを有
する増幅器を用いることもできる。
は図２に示すように、エルビウムドープ増幅器のゲイン
ピークである１５３０ｎｍの近傍にあるよう選択された
場合に優れた効果が得られる。当然のことながら問題と
なっている波長バンド幅が、λ0 に対する最短の予測値
のさらに短波長側にない場合には、λ0 のバンド幅が例
えば１５１５ｎｍを中心とするような一般的な場合では
ないが測定波長信号の入力パワーレベルは、変調不安定
性のしきい値以下、即ち約２００ｍｗ以下に低減しなけ
ればならない。別法として異なる特性ゲインカーブを有
する増幅器を用いることもできる。
【００３１】波ベクトルミスマッチδｋに対しては、非
線系の寄与分が存在し、一次（ストーク）のミキシング
プロセスに対するものは次式で与えられる。
線系の寄与分が存在し、一次（ストーク）のミキシング
プロセスに対するものは次式で与えられる。
【数９】
二次（アンチストーク）ミキシングプロセスに対しても
同様の式（添え字１，２をちょうど逆にしたもの）が得
られる。（９）においては、γは次式で与えられる。
同様の式（添え字１，２をちょうど逆にしたもの）が得
られる。（９）においては、γは次式で与えられる。
【数１０】
【００３２】一次ミキシングプロセスに対しては、Ｐ2
＝２Ｐ1の場合には、δｋnlはゼロである。同様に二次
ミキシングプロセスに対しては、Ｐ1＝２Ｐ2の場合に
は、δｋnlはゼロである。しかし、これらの条件の一方
が正確には満足されない場合でもδｋnlは、全ての分散
パラメータＤに対し、線系のδｋの一部に過ぎず極めて
ゼロに近い。その理由は、γは非常に小さく、例えば
２．５Ｗ-1ｋｍ-1である。ここでＡeff＝５０μｍ2で、
λは約１５３０ｎｍとする。
＝２Ｐ1の場合には、δｋnlはゼロである。同様に二次
ミキシングプロセスに対しては、Ｐ1＝２Ｐ2の場合に
は、δｋnlはゼロである。しかし、これらの条件の一方
が正確には満足されない場合でもδｋnlは、全ての分散
パラメータＤに対し、線系のδｋの一部に過ぎず極めて
ゼロに近い。その理由は、γは非常に小さく、例えば
２．５Ｗ-1ｋｍ-1である。ここでＡeff＝５０μｍ2で、
λは約１５３０ｎｍとする。
【００３３】図３において本発明の分散マップ測定シス
テム１０が示されている。同図において、固定入力信号
λ1 ，λ2 がそれぞれｃｗソース１２，１４により生成
される。この実施例においては、ｃｗソース１２，１４
はそれぞれ１５３２．６ｎｍと１５３６．１５ｎｍのパ
ルスを与えるよう同調されたダイオードレーザとして構
成されている（波長差は３．５５ｎｍである）。
テム１０が示されている。同図において、固定入力信号
λ1 ，λ2 がそれぞれｃｗソース１２，１４により生成
される。この実施例においては、ｃｗソース１２，１４
はそれぞれ１５３２．６ｎｍと１５３６．１５ｎｍのパ
ルスを与えるよう同調されたダイオードレーザとして構
成されている（波長差は３．５５ｎｍである）。
【００３４】この波長は単なる例示であり、これらは光
パルス生成を含む光信号生成デバイスにより適宜生成で
きる。直交極性は潜在的に信号強度を十分の１以下に低
減することができるので、ｃｗソース１２と１４は同極
性で十分の信号強度を提供するものとする。ｃｗソース
１２，１４に出力されたｃｗ信号は、組み合わされて位
相変調器１６に入力される。
パルス生成を含む光信号生成デバイスにより適宜生成で
きる。直交極性は潜在的に信号強度を十分の１以下に低
減することができるので、ｃｗソース１２と１４は同極
性で十分の信号強度を提供するものとする。ｃｗソース
１２，１４に出力されたｃｗ信号は、組み合わされて位
相変調器１６に入力される。
【００３５】必ずしも必要なことではないが、位相変調
器は入力信号から、励起パルスの有限時間幅から発生す
る高周波（約１ＭＨｚ）変調を取り除くのが好ましい。
この位相変調器の出力は増幅器１８により増幅され、パ
ルス生成器２２に接続された音響光学変調器２０がこの
ｃｗソースの出力をλ1 のパルスとλ2 のパルスに成形
する。
器は入力信号から、励起パルスの有限時間幅から発生す
る高周波（約１ＭＨｚ）変調を取り除くのが好ましい。
この位相変調器の出力は増幅器１８により増幅され、パ
ルス生成器２２に接続された音響光学変調器２０がこの
ｃｗソースの出力をλ1 のパルスとλ2 のパルスに成形
する。
【００３６】音響光学変調器２０の出力は光増幅器２４
に与えられる。この光増幅器２４は、実施例ではエルビ
ウムドープ（erbium doped fiber amplifier（ＥＤＦ
Ａ））である。光増幅器２４は、パルス信号を１Ｗ近傍
のピークパワーレベルにまで上げるのに十分なゲインを
与える。光増幅器２４の出力点におけるパルスパワー
は、１Ｗのオーダーであるにもかかわらず、この増幅器
の低デューティサイクルと、エネルギ蓄積性能により増
幅器へのポンプパワーはわずか数十ｍｗのオーダーが可
能となる。
に与えられる。この光増幅器２４は、実施例ではエルビ
ウムドープ（erbium doped fiber amplifier（ＥＤＦ
Ａ））である。光増幅器２４は、パルス信号を１Ｗ近傍
のピークパワーレベルにまで上げるのに十分なゲインを
与える。光増幅器２４の出力点におけるパルスパワー
は、１Ｗのオーダーであるにもかかわらず、この増幅器
の低デューティサイクルと、エネルギ蓄積性能により増
幅器へのポンプパワーはわずか数十ｍｗのオーダーが可
能となる。
【００３７】３ポート光学サーキュレータ２６はこのパ
ルスをＦで示されたテスト用ファイバに入力し、可調受
信装置２８へのレーレイ後方散乱信号を検出する。図３
に示された装置においては、この可調受信装置２８はＥ
ＤＦＡプレ増幅器３０を有し、このＥＤＦＡプレ増幅器
３０は後方散乱された信号の後続の処理が可能となる十
分のゲインを与える。所望の後方散乱信号（ストーク波
長あるいはアンチストーク波長のいずれか）への同調
は、検出用にある信号を光検出器３４に通過させる可調
狭バンド光学フィルタ３２により行われる。
ルスをＦで示されたテスト用ファイバに入力し、可調受
信装置２８へのレーレイ後方散乱信号を検出する。図３
に示された装置においては、この可調受信装置２８はＥ
ＤＦＡプレ増幅器３０を有し、このＥＤＦＡプレ増幅器
３０は後方散乱された信号の後続の処理が可能となる十
分のゲインを与える。所望の後方散乱信号（ストーク波
長あるいはアンチストーク波長のいずれか）への同調
は、検出用にある信号を光検出器３４に通過させる可調
狭バンド光学フィルタ３２により行われる。
【００３８】このような光学フィルタは、例えば２０Ｇ
Ｈｚのバンド幅と１６ｎｍの自由スペクトラル領域のピ
エゾ同調ファブリペローエタロンを同調可能な１ｎｍの
バンド幅の干渉フィルタ（いずれも図示せず）でもって
カスケード接続することにより構成される。光検出器３
４の出力は、バンドパスフィルタ３６によりフィルタ処
理され、増幅器３７により増幅され、サンプリングオシ
ロスコープ３８に与えられる。
Ｈｚのバンド幅と１６ｎｍの自由スペクトラル領域のピ
エゾ同調ファブリペローエタロンを同調可能な１ｎｍの
バンド幅の干渉フィルタ（いずれも図示せず）でもって
カスケード接続することにより構成される。光検出器３
４の出力は、バンドパスフィルタ３６によりフィルタ処
理され、増幅器３７により増幅され、サンプリングオシ
ロスコープ３８に与えられる。
【００３９】図４は、図３の装置を用いてテスト用のフ
ァイバの３４．４ｋｍ長の分散テーパー型の光ファイバ
から戻ってきた信号のサンプルを示す。このサンプル
は、λS ＝１５３９．７０ｎｍの信号電圧波形で０．２
秒以下の必要とされる全平均時間でもって数百回繰り返
された平均である。高強度入力端は、０ｋｍである。優
れたＳＮ比が光ファイバスパンの遠隔点でも観測され
た。
ァイバの３４．４ｋｍ長の分散テーパー型の光ファイバ
から戻ってきた信号のサンプルを示す。このサンプル
は、λS ＝１５３９．７０ｎｍの信号電圧波形で０．２
秒以下の必要とされる全平均時間でもって数百回繰り返
された平均である。高強度入力端は、０ｋｍである。優
れたＳＮ比が光ファイバスパンの遠隔点でも観測され
た。
【００４０】その原因の一部は、ＥＤＦＡプレ増幅器３
０（図３）の入力点に示されたノイズを計算するのに用
いられる狭い有効バンド幅に起因する。この狭い有効バ
ンド幅は、連続した受信機内の２つのフィルタのバンド
幅２０ＧＨｚと２５０ｋＨｚの幾何平均から得られた７
０ＭＨｚである。同様な結果は、λA ＝１５２９．０５
ｎｍのアンチストーク信号波形についても得られる。
０（図３）の入力点に示されたノイズを計算するのに用
いられる狭い有効バンド幅に起因する。この狭い有効バ
ンド幅は、連続した受信機内の２つのフィルタのバンド
幅２０ＧＨｚと２５０ｋＨｚの幾何平均から得られた７
０ＭＨｚである。同様な結果は、λA ＝１５２９．０５
ｎｍのアンチストーク信号波形についても得られる。
【００４１】次に図５において、上記した同一の分散が
テーパー状の光ファイバスパンのほぼ分散マップＤ（１
５５７，ｚ）を示す。これは、（１）ストーク信号と、
（２）アンチストーク信号から推論されたものと、
（３）１５５７ｎｍの共通波長に変換されたものを示
す。点線のカーブは理想的な指数関数のテーパーに適合
する。同様な結果は、光ファイバを５個の小部分に分割
する従来の分解的技術によっても得られる。
テーパー状の光ファイバスパンのほぼ分散マップＤ（１
５５７，ｚ）を示す。これは、（１）ストーク信号と、
（２）アンチストーク信号から推論されたものと、
（３）１５５７ｎｍの共通波長に変換されたものを示
す。点線のカーブは理想的な指数関数のテーパーに適合
する。同様な結果は、光ファイバを５個の小部分に分割
する従来の分解的技術によっても得られる。
【００４２】本発明の方法によって得られた結果は、従
来の分解的検査方法の結果に比較して好ましいものであ
る。即ち、従来の分解的検査方法は、図５の水平方向の
実線で示されている。変換するために、三次の分散値
が、ストーク信号とアンチストーク信号の比較から決定
されたように用いられた。この三次の分散値は、スパン
全体に亘って、厳密な意味で一定ではない。
来の分解的検査方法の結果に比較して好ましいものであ
る。即ち、従来の分解的検査方法は、図５の水平方向の
実線で示されている。変換するために、三次の分散値
が、ストーク信号とアンチストーク信号の比較から決定
されたように用いられた。この三次の分散値は、スパン
全体に亘って、厳密な意味で一定ではない。
【００４３】図５に示された分散マップを決定するため
に、λ1 とλ2 のポンプ光強度は、λS で測定するため
にそれぞれ２：１の比率に、そしてλA で測定するため
に１：２の比率になるよう調整された。上記の（９）式
から波ベクトルミスマッチへの非線系寄与分は、識別で
きなかった。この予測は、ネットポンプパワーが減少す
るにつれて２：１のパワー比が維持される限り、観測さ
れた周波数中にいかなる測定可能な変動もないことによ
り確認された。
に、λ1 とλ2 のポンプ光強度は、λS で測定するため
にそれぞれ２：１の比率に、そしてλA で測定するため
に１：２の比率になるよう調整された。上記の（９）式
から波ベクトルミスマッチへの非線系寄与分は、識別で
きなかった。この予測は、ネットポンプパワーが減少す
るにつれて２：１のパワー比が維持される限り、観測さ
れた周波数中にいかなる測定可能な変動もないことによ
り確認された。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法によれ
ば、長い光ファイバスパンの分散マップを±０．０３ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍ以上の精度で、且つ１ｋｍ未満の空間解
像度でもって分散マップの測定が容易となる。
ば、長い光ファイバスパンの分散マップを±０．０３ｐ
ｓ／ｎｍ−ｋｍ以上の精度で、且つ１ｋｍ未満の空間解
像度でもって分散マップの測定が容易となる。
【図１】本発明により用いられる４波ミキシングプロセ
スのスペクトラムを表す図
スのスペクトラムを表す図
【図２】エルビウムドープの光ファイバ増幅器のゲイン
プロファイルに関連して、伝送用の最も試験可能なバン
ドと、分散パラメータマップの測定用に最も適した波長
を表す図
プロファイルに関連して、伝送用の最も試験可能なバン
ドと、分散パラメータマップの測定用に最も適した波長
を表す図
【図３】本発明の一実施例による色分散特性の測定シス
テムを表すブロック図
テムを表すブロック図
【図４】光ファイバの「分散がテーパー状」のスパンか
ら戻った信号のいくつかのサンプルを表すグラフ
ら戻った信号のいくつかのサンプルを表すグラフ
【図５】本発明の方法により得られた分散マップと従来
の分解技法により得られた分散マップの比較を表す図
の分解技法により得られた分散マップの比較を表す図
１０ 本発明の分散マップ測定システム
１２ 第１ｃｗソース
１４ 第２ｃｗソース
１６ 位相変調器
１８ 増幅器
２０ 音響光学変調器
２２ パルス生成器
２４ 光増幅器
２６ ３ポート光学サーキュレータ
２８ 可調受信装置
３０ ＥＤＦＡプレ増幅器
３２ 可調狭バンド光学フィルタ
３４ 光検出器
３６ バンドパスフィルタ
３７ 増幅器
３８ サンプリングオシロスコープ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 パヴェル エム．マミーシェフ
アメリカ合衆国，07748 ニュージャー
ジー，ミドルタウン，ノルウッド ドラ
イブ 1210
(72)発明者 リン フレデリック モレナウアー
アメリカ合衆国，07722 ニュージャー
ジー，コルツ ネック，キャリッジ ヒ
ル ドライブ 11
(56)参考文献 特開 平７−294381（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01M 11/02
G02F 1/35
Claims (10)
- 【請求項１】 光ファイバスパン内の色分散をマッピン
グする方法において、 （Ａ）第１波長の第１光学信号と第２波長の第２光学信
号とを同時に光ファイバの第１端内に放射し、これによ
り前記第１波長の２光子と前記第２波長の１光子とを結
合する４波ミキシングプロセスを介して、パワーが発振
するプローブ信号を生成するステップと、 （Ｂ）前記光ファイバに沿ったそれぞれ異なる位置で前
記プローブ信号の一部のパワーの発振の周波数を測定す
るステップと、 （Ｃ）前記第１波長と第２波長の少なくとも一方に対
し、前記（Ｂ）の測定ステップにより得られた測定値か
ら色分散パラメータを得るステップとからなることを特
徴とする光ファイバスパン内の色分散をマッピングする
方法。 - 【請求項２】 前記プローブ信号は、ストーク（Stoke
s）信号であることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記第２波長は、第１波長よりも短く、
前記第１波長と第２波長のパワー比率は約１：２である
ことを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項４】 前記プローブ信号は、アンチストーク
（anti-Stokes） 信号であることを特徴とする請求項１
の方法。 - 【請求項５】 前記第２波長は、第１波長よりも短く、
前記第１波長と第２波長の間の注入パワー比率は約２：
１であることを特徴とする請求項４の方法。 - 【請求項６】 色分散パラメータが前記第１波長と第２
波長の各々に対し得られ、 （Ｄ）このようにして得られた２つの色分散パラメータ
の間の差から三次分散パラメータを計算するステップを
さらに有することを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項７】 前記（Ｂ）の測定ステップは、光ファイ
バの第１端におけるプローブ信号のレーレイ後方散乱サ
ンプルを観測することにより行われることを特徴とする
請求項１の方法。 - 【請求項８】 前記（Ｂ）の測定ステップは、プローブ
信号の複数の側面散乱サンプル（side-scattered sampl
es）を観測することにより行われることを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項９】 前記第１と第２の波長は、テスト用光フ
ァイバのスパンのゼロ分散の最短予測波長よりも短いこ
とを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項１０】 前記（Ａ）の放射ステップは、前記第
１と第２の波長でもってパルスを繰り返し放射すること
を含むことを特徴とする請求項１の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/682,229 US5956131A (en) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | System and method for mapping chromatic dispersion in optical fibers |
| US682229 | 1996-07-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1083006A JPH1083006A (ja) | 1998-03-31 |
| JP3376251B2 true JP3376251B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=24738772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19166097A Expired - Fee Related JP3376251B2 (ja) | 1996-07-17 | 1997-07-16 | 光ファイバスパン内の色分散をマッピングする方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5956131A (ja) |
| EP (1) | EP0819926B1 (ja) |
| JP (1) | JP3376251B2 (ja) |
| CA (1) | CA2206413A1 (ja) |
| DE (1) | DE69710524T2 (ja) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19808601A1 (de) * | 1998-02-28 | 1999-09-09 | Deutsche Telekom Ag | Messverfahren für Einzelfasern von Kabeln |
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| US6323950B1 (en) * | 1999-09-28 | 2001-11-27 | Lucent Technologies, Inc. | Chromatic dispersion measurement for optical components |
| KR100337132B1 (ko) * | 1999-10-15 | 2002-05-18 | 윤덕용 | 광 신호 대 잡음비를 측정하는 장치 및 방법 |
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| JP2002236078A (ja) | 2001-02-07 | 2002-08-23 | Ando Electric Co Ltd | 波長分散分布測定器、及びその測定方法 |
| JP2002243589A (ja) | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Ando Electric Co Ltd | 波長分散分布測定装置及び方法 |
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