JP3631653B2 - 群速度分散測定装置および群速度分散測定方法 - Google Patents
群速度分散測定装置および群速度分散測定方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送用ファイバの群速度分散を測定する群速度分散測定装置および群速度分散測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長距離光通信の分野では、光通信システムの高性能化に伴なって、光伝送用ファイバの波長分散特性の管理および制御が重要となりつつある。
一般に、光伝送用ファイバは、光通信波長帯（例えば１．５５μｍ帯）において負の群速度分散（ＧＶＤ：Ｇｒｏｕｐ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）をもち、このＧＶＤは光パルス信号の伝送特性の劣化要因となる。このため、光伝送路の分散特性を制御・補償する必要があり、光ファイバのもつ総分散量を測定することはきわめて重要である。
【０００３】
ＧＶＤの測定手法の一つに、波長を可変可能なＣＷ光源やパルス光源を用いて光伝搬時間の波長依存性を測定する手法がある。この手法では、波長をパラメータとした多点計測方式を採用するが、計測に時間を要し、リアルタイムでのＧＶＤ特性の制御が困難である。
【０００４】
これまでに、本発明者は、光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法を用いた新しいＧＶＤ測定法を提案した（吉田真人， 宮本敏行， 原武文， 中村孝一郎， 伊藤弘昌， “周波数シフト帰還型レーザを用いた光ファイバの群速度分散測定，” 信学技報， ＯＣＳ９８−１０３ （１９９９） ２５）。また、周波数チャープ光源として周波数シフト帰還型レーザ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋレーザ：ＦＳＦレーザ）を用いたＧＶＤ測定装置（宮本敏行， 吉田真人， 原武文， 中村孝一郎， 伊藤弘昌， “周波数シフト帰還型ファイバレーザを用いた群速度分散自動測定システム，” 春信学会， Ｃ−３ （１９９９））とを提案している。
【０００５】
本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法は、光伝搬時における光のチャープレートの変化量に基づいて、光伝送路のもつＧＶＤ値を直接算出するものであり、短時間で測定可能であるという特徴をもつ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１３は、本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法の概略を説明する模式図である。この図のＧＶＤ測定法は、自己遅延ヘテロダイン検波信号を測定対象としている。この測定方法は、ＦＳＦレーザから出射された周波数チャープ光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）１に伝搬させた後、ビート信号のスペクトルの広がりによりＧＶＤ値を算出するものである。
【０００７】
詳細には、光分岐手段１００の一方の第１端子には光源が接続され、第２端子には光電変換手段が接続される。また、他方の端子には、被測定光ファイバ１が接続される。光源から出力された周波数チャープ光（測定光）は、光分岐手段１００により２方向に分岐され、一方の周波数チャープ光は被測定光ファイバ１に入射される。このとき、被測定光ファイバ１中を伝播する測定光のチャープレートは、被測定ファイバ１の波長分散の影響により変化する。被測定光ファイバの出口端等からの反射光は、その入射端から出射され、光分岐手段１００を経て光電変換手段により受光され、ビート信号を受信する。受信されたビート信号により、ＧＶＤ値が算出される。
【０００８】
しかしながら、上述の測定法は、被測定光ファイバ長の揺らぎに起因した測定誤差が大きいという課題があり、測定精度に限界がある（例えば、０．３６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で短時間にＧＶＤを測定可能な群速度分散測定装置および群速度分散測定方法を提供することにある。すなわち、本発明は、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を被測定光ファイバに伝搬させる前後でのチャープ光間で生じるビート信号の周波数の差によりＧＶＤ値を算出することにより、従来のように計測用光源の波長をパラメータとして多点計測を行う方式と比較して、高速かつ短時間でＧＶＤ値を計測することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、周波数チャープ光源として、測定にＯＦＤＲ法を用いることにより、被測定光ファイバの入力端のみでの計測を可能とし、既設の光伝送網にも容易に適用可能とすることを目的とする。また、本発明は、レーザー共振器の安定化や発振スペクトル幅の広帯域化により、測定精度の改善を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の第１の解決手段によると、
所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するチャープ光生成手段と、
被測定光ファイバへ前記チャープ光生成手段により生成された周波数チャープ光が伝搬された際に、その伝播前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出する周波数変化量検出手段と、
前記周波数変化量検出手段により検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出する群速度分散検出手段と
を備えた群速度分散測定装置を提供する。
また、本発明の第２の解決手段によると、
所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するステップと、
被測定光ファイバへ前記生成するステップにより生成された周波数チャープ光を伝搬するステップと、
その伝播前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出するステップと、
検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出するステップと
を含む群速度分散測定方法を提供する。
【００１２】
また、本発明では、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光の被測定光ファイバへの伝搬前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出し、その検出結果に基づいて群速度分散値を求めるため、被測定光ファイバのもつ群速度分散値を簡易かつ短時間で測定できる。また、本発明では、測定にＯＦＤＲ法を用いるため、被測定光ファイバの入力端での計測が可能になり、既設の光伝送網にも容易に適用できる。また、本発明では、被測定光ファイバへの周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれにより、ビート周波数の変化量を検出することで、変化量を簡易に検出することができる。また、本発明では、複数回のスペクトル波形の観測結果を考慮に入れて中心周波数同士のずれを検出することにより、測定誤差を相殺することができる。
【００１３】
また、本発明では、リング共振器内に周波数シフト素子を挿入し、ドップラ効果により周波数シフトを受けた１次回折光を帰還させることにより、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成することができる。また、本発明では、リング共振器内のバンドパスフィルタにより、発振波長を同調させることができる。また、本発明では、あるいは、前記周波数シフト素子として音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、その駆動周波数により発振波長を電子同調できる。また、本発明では、前記周波数シフト素子として媒体に光ファイバを用いた全ファイバ構成の音響光学素子を用い、測定装置を全ファイバ構成にできる。また、本発明では、時間に対して発振周波数がシフトするような周波数チャープ光を分岐し、一方の光に遅延を与えた後、他方の光と結合することにより、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る群速度分散測定装置および群速度分散測定方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は、主に、光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いてＧＶＤ測定を行っている。
【００１５】
まず、本発明の原理について説明する。周波数が時間に応じて変化するような周波数チャープ光が光ファイバ中を伝搬する際、光ファイバのもつＧＶＤの影響により、光のチャープレートγが変化する。ここで、チャープレートとは、周波数が変化する速さをいう。光ファイバ伝搬後のチャープレートγ’は次式で与えられる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
ここで、λ２γ２ＤＬ／ｃはチャープレートの変化量、λは周波数チャープ光源の中心波長、Ｄは光ファイバのＧＶＤ値、Ｌは光ファイバ長、ｃは光速である。（１）式は周波数チャープレートの変化量より光ファイバのＧＶＤ値を直接測定可能であることを示している。
【００１８】
図１は、本発明に係る群速度分散測定装置のＧＶＤ測定原理を説明する図である。本発明のＧＶＤ測定法では、光の自己ビート信号を用いている。この測定法では、遅延時間ΔＴからなる複数本の周波数チャープ光を光源とし、各周波数成分間で生じるビート信号の中心周波数を測定対象とする。
【００１９】
詳細には、サーキュレータ５の一方の第１端子（図中左上端子）には光源が接続され、第２端子（図中左下端子）には光電変換手段が接続される。また、他方の端子（図中右端子）には、被測定光ファイバ１が接続される。光源から出力された周波数チャープ光（測定光）は、サーキュレータ５により被測定光ファイバ１に入射される。このとき、被測定光ファイバ１中を伝播する測定光のチャープレートは、被測定ファイバ１の波長分散の影響により変化する。被測定光ファイバの出口端（又は、出口に設けられた反射鏡）等からの反射光は、被測定光ファイバ１の入射端から出射され、サーキュレータ５を経て光電変換手段により受光され、ビート信号を受信する。受信されたビート信号により、ＧＶＤ値が算出される。
【００２０】
被測定光ファイバ１の伝搬前後におけるビート周波数の変化量δｆＢより、ＧＶＤ値Ｄは次式で与えられる。
Ｄ＝ｃδｆＢ／λ２Ｌγ２ΔＴ ・・・（２）
【００２１】
（２）式に基づいてＧＶＤ値Ｄを求める場合、ビート周波数の読み取り精度により、ＧＶＤの総分散量ＤＬの測定精度が制限される。したがって、計測用光源としてはチャープの線形性が高く、周波数チャープ幅の広帯域な光源が有用である。
【００２２】
図２は、本発明に係る群速度分散測定装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。図２の群速度分散測定装置は、周波数チャープ光を生成するＦＳＦレーザ（ＦＳＦＬ：チャープ光生成手段）２と、周波数チャープ光を増幅する光増幅器（Ａｍｐ）３と、光カプラ４と、光信号の分岐制御を行うサーキュレータ５と、被測定光ファイバ１を伝搬する前後の光を受光する光検出器６と、光のスペクトル波形を観測するＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ：周波数変化量検出手段、スペクトル観測手段）７と、ＲＦＳＡ７の観測結果に基づいてＧＶＤ値を検出するコンピュータ（ＰＣ：中心周波数検出手段）とを備えている。なお、被測定光ファイバ１の出口端（サーキュレータ５と反対側の端子）又はその近傍には、反射鏡を設けるようにしてもよい。
【００２３】
この群速度分散測定装置では、ＦＳＦレーザ２から出射された複数本の周波数チャープ光の被測定光ファイバ１（例えば、ＳＭＦ、ファイバ長２０ｋｍ）への伝搬前後における、チャープ光間で生ずるビート信号を交互に観測し、これらビート信号のビート周波数の差よりＧＶＤ値を算出する。そのため、光検出器６とＲＦＳＡ７とは、切り替えスイッチを設けること、又は、時分割的に検出信号を伝送することなどにより、周波数チャープ光が被測定光ファイバ１を伝播する前及び伝播する後のビート周波数を、それぞれ検出することができる。
【００２４】
ここで、周波数チャープ光を発生するためのＦＳＦレーザ２について、詳説する。
図２におけるＦＳＦレーザ２は、共振器内部に周波数シフト素子である音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を挿入し、ドップラー効果によって周波数シフトされた１次回折光を帰還させて発振するレーザである。
【００２５】
本発明者は、ＦＳＦレーザ２の出力の瞬時周波数成分が時間とともにチャープする複数の成分（チャープ周波数コム）からなることを理論的・実験的に解明している。このような共振器では、定在波は存在できず、その瞬時周波数νｉ（ｔ） は（３）式で与えられる。
【００２６】
【数２】
（３）式において、ここで、τＲＴは共振器の周回時間（１／τＲＴは共振器の縦モード周波数）、νＦＳは共振器の周回当たりの周波数シフト量、ｑは整数である。
【００２７】
ＦＳＦレーザ２で用いられる周波数シフト帰還型の共振器では、ある瞬間に許される瞬時周波数は共振器縦モード周波数（１／τＲＴ）間隔毎に存在し、かつそれぞれの瞬時周波数成分（周波数コム成分）は、共振器周回当りの周波数シフト量に等しい割合（γ＝νＦＳ ／τＲＴ）で連続に周波数チャープを受けている。また、周波数チャープ幅νＢＷは利得媒質のスペクトル形状によりある一定の幅に制限され、各周波数成分は利得のスペクトル形状に従って強度変化しながら周波数チャープする。
【００２８】
図３は、ＦＳＦレーザ２の出力の瞬時周波数成分を模式的に表した図である。図中、グレー階調はその強度変化を示している。また、チャープレートγは、νＦＳ ／τＲＴとなっている。
【００２９】
ここで、ＦＳＦレーザを用いたＧＶＤ測定の原理について説明する。
ＦＳＦレーザの出力はチャープする周波数成分が等時間間隔ΔＴ＝１／νＦＳ にコム状に存在するチャープ周波数コムからなり、等周波数間隔に自己ビート信号が生ずる。このビート信号を用いて上述のような方式によりＧＶＤ測定をおこなう場合、（２）式の関係は次式で与えられる。
Ｄ＝ｃδｆＢＮτＲＴ ２／Ｎλ２ＬνＦＳ ・・・（４）
ここで、δｆＢＮはＮ本隣り合う周波数コム成分間で生ずるビート信号の周波数変化量であり、Ｎをビートの次数と定義する。（４）式は、高次のビート信号を用いるほど高精度な測定が可能であることを示しており、光検出系の性能により測定精度が決まる。
【００３０】
図４はＦＳＦレーザ２の詳細構成を示すブロック図である。ＦＳＦレーザ２は、周波数シフト素子である音響光学素子（ＡＯＭ：伝搬媒質は、例えば、ＴｅＯ２）２１を用いて、リング状のレーザ共振器を構成している。このレーザ共振器内には、光ファイバとの整合性に優れたエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：例えば、Ｅｒ３＋ドープ量９００ｐｐｍ、ファイバ長１５ｍ）２２と、励起光源である半導体レーザ（ＬＤ：例えば、１．４８μｍ帯、最大励起電力６７ｍＷ）が入射される波長分割用光結合器（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒ）２３と、光アイソレータ（ＯＩ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｓｏｌａｔｏｒ ）２４と、出力カプラ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｕｐｌｅｒ、分岐比は、例えば、９０：１０（１０ｄＢ））２５と、偏波制御素子（ＰＣ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６と、コリメータ２７と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８とＡＯＭ２１を駆動する信号発生器（ＳＧ：Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２９を備える。
【００３１】
ＡＯＭ２１は一対のコリメータ２７の間に挿入されており、その回折効率を含む光結合効率は、例えば２５％である。共振器一周回当りの周波数シフト量νＦＳは、ＡＯＭ２１の駆動周波数に等しく、例えば１２０ＭＨｚであり、共振器縦モード周波数１／τＲＴは、例えば約７．６０ＭＨｚである。これにより、周波数が変化する速さを表すチャープレートγ＝νＦＳ ／τＲＴは９１２ＴＨｚ／ｓとなる。
【００３２】
図５は、図４のＦＳＦレーザ２の発振スペクトルを光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）で観測した結果を示す図である。この例では、レーザ出力光は、このスペクトル形状に沿って強度変化しながらチャープする周波数コム成分（チャープ周波数コム）からなり、発振スペクトル半値全幅より周波数チャープ幅νＢＷは９０ＧＨｚであった。また、発振波長λは共振器内に挿入したＢＰＦにより同調を行い、同調範囲１５３０〜１５６０ｎｍを得た。
【００３３】
なお、周波数シフト素子としてＡＯＭの代わりに音響光学波長可変フィルタ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）を用いるようにしてもよい。ＡＯＴＦは、狭帯域な波長透過特性をもつ周波数シフト素子である。ＡＯＴＦにより、発振波長の電子同調が可能となるので、共振器内のＢＰＦが不要となり、装置構成の簡素化が可能となる。
【００３４】
つぎに、ＧＶＤ測定の結果について説明する。本実施の形態において、一例として、１ＧＨｚの周波数帯域の光検出器とＮ＝１３１次のビート信号（Ｎ／τＲＴ＝９９５．６ＭＨｚ）を用いてＧＶＤ値の測定実験を行った。レーザの発振スペクトルはほぼガウス波形であるため、ＲＦＳＡ７より観測したビートスペクトルをガウス近似した波形により、ビート信号の中心周波数を求めた。より詳細には、図４のＦＳＦレーザ２のレーザ共振器内に挿入したバンドパスフィルタ（ＢＳＦ）２８により発振波長を同調し、上述した（２）式に基づいて光通信波長帯（例えば、１５３０〜１５６０ｎｍ）におけるＧＶＤ値を測定した。
【００３５】
図６は、被測定光ファイバ１に周波数チャープ光を伝搬させる前後における光の自己ビート信号のスペクトル波形図である。実線は実測波形、破線はガウス近似波形をそれぞれ示す。ここでは、一例として、各ビートスペクトルは５０回平均した波形であり、計測時間は１５秒以下である。ＳＭＦ伝搬後における中心周波数の変化量δｆＢ１３１は、δｆＢ１３１＝＋５．００ｋＨｚであり、この値を（４）式（又は（２）式）に代入すると、ＧＶＤ値Ｄは、Ｄ＝ １７．０±０．１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと求まる。
【００３６】
図７は、ＧＶＤの測定結果を示す図であり、出力波長とＧＶＤ値との関係を示している。図示のように、ＧＶＤ値は波長にほぼ線形に変化しており、本方式の妥当性が実証できる。なお、波長１５４０ｎｍ付近において利得媒質であるＥＤＦの利得が低いため、発振スペクトル幅が狭まり、ＧＶＤの測定精度が幾分低下しているものの、概して大きな影響はなく、線形性が認められる。
【００３７】
図８は、ＧＶＤ測定を１００回行った結果を示すヒストグラム図である。この例では、測定値の標準分散値は０．１４ ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。測定精度の劣化要因としては、共振器長の変動による自己ビート信号の中心周波数の読み取り誤差が挙げられる。測定に高次の自己ビート信号を用いることにより、ＧＶＤの影響による中心周波数の変動量が増大し測定感度は向上するが、同時に共振器長の変動による測定誤差が大きくなる場合がある。測定精度の改善法としては、共振器長の安定化、光検出系の周波数帯域の拡大、光ファイバ伝搬前後における光のビート信号を同時計測することなどが挙げられる。
【００３８】
つぎに、本発明の他の実施の形態及び変形例について説明する。
本発明において、自動的に周波数変化量を求めるために、周波数変化量検出手段として、ビート信号のスペクトル波形を観測するスペクトル観測手段と、スペクトル観測手段により観測されたスペクトル波形を近似することによりビート信号の中心周波数を検出する中心周波数検出手段とを備えるようにしてもよい。そして、周波数変化量検出手段は、被測定光ファイバへの周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれにより、ビート周波数の変化量を検出することができる。さらに、中心周波数検出手段は、スペクトル観測手段による複数回のスペクトル波形の観測結果に基づいて、周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれを検出するようにしてもよい。
【００３９】
また、図９に、本発明に係る群速度分散測定装置の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図を示す。ここでは、第１及び第２の周波数カウンタ６１及び６２をさらに備える。第１及び第２の周波数カウンタ６１及び６２は、被測定ファイバへの伝搬前及び伝播後における光の自己ビート信号の中心周波数を測定する。これにより、被測定光ファイバ伝播前後のビート信号を同時に測定することができる。また、各周波数カウンタ６１及び６２は、それらの入力側にバンドパスフィルタ６３及び６４をそれぞれ設け、所望の信号のみを入力する。周波数カウンタ６１及び６２によるビート周波数の測定結果に基づいてＧＶＤ値を検出するコンピュータ（ＰＣ）８を備えている。
【００４０】
以下に、チャープ光生成手段の他の実施の形態を示す。これらのチャープ光生成手段は、上述の測定装置におけるＦＳＦレーザ２に置換され得る構成である。
【００４１】
図１０に、チャープ光生成手段の他の実施の形態２の構成図を示す。図４における周波数チャープ素子として音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）２００を用い、ＢＰＦ２８を省略したものである。駆動信号源である信号発生器２９をＰＣ８で制御することで、発振波長を電子制御できる。
【００４２】
図１１に、チャープ光生成手段の他の実施の形態３の構成図を示す。図４における周波数チャープ素子として、媒体に光ファイバを用いた全ファイバ構成の音響光学素子（Ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ ＡＯＭ）３００を用い、コリメータ２７を省略したものであるり、測定装置を全ファイバ構成にできる。
【００４３】
図１２に、チャープ光生成手段の他の実施の形態４の構成図を示す。
チャープ光生成手段４００は、時間に対して発振周波数がシフトするような周波数チャープ光源４０１と、周波数チャープ光源４０１を分岐し、一方の光に遅延４０３を与えた後、他方の光と結合する光分岐結合部４０２を備える。このような構成により、少なくとも２つの周波数チャープ光を生成することができる。
【００４４】
なお、周波数チャープ光源は、時間に対して発振周波数がシフトするような光源であれば、適宜のものを採用することができる。また、以上のべたように、被測定光ファイバ１の入射側で測定する場合のほかに、出口側に測定系を設けるようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡易な構成で短時間にＧＶＤを測定可能な群速度分散測定装置および群速度分散測定方法を提供することができる。すなわち、本発明によれば、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を被測定光ファイバに伝搬させる前後でのチャープ光間で生ずるビート信号の周波数の差によりＧＶＤ値を算出するため、従来のように計測用光源の波長をパラメータとして多点計測を行う方式と比較して、短時間でＧＶＤ値を計測できる。
【００４６】
また、測定にＯＦＤＲ法を用いるため、被測定光ファイバの入力端での計測が可能となり、また、既設の光伝送網にも容易に適用可能である。また、本発明によれば、レーザー共振器長の安定化や周波数チャープ幅の広帯域化により、測定精度の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る群速度分散測定装置のＧＶＤ測定原理を説明する図。
【図２】本発明に係る群速度分散測定装置の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図３】ＦＳＦレーザ出力の瞬時周波数成分を模式的に表した図。
【図４】ＦＳＦレーザの詳細構成を示すブロック図。
【図５】図４のＦＳＦレーザの発振スペクトルを光スペクトラムアナライザで観測した結果を示す図。
【図６】被測定光ファイバに周波数チャープ光を伝搬させる前後におけるチャープ光間で生ずるビート信号のスペクトル波形図。
【図７】ＧＶＤの測定結果を示す図。
【図８】ＧＶＤ測定を１００回行った結果を示すヒストグラム図。
【図９】本発明に係る群速度分散測定装置の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図１０】チャープ光生成手段の第２の実施の形態の構成図を示す。
【図１１】チャープ光生成手段の第３の実施の形態の構成図を示す。
【図１２】チャープ光生成手段の第４の実施の形態の構成図を示す。
【図１３】本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法の概略を説明する模式図。
【符号の説明】
１ 被測定光ファイバ（ＦＵＴ）
２ ＦＳＦレーザ（ＦＳＦＬ）
３ 光増幅器（ＡＭＰ）
４ 光カプラ
５ サーキュレータ
６ 光検出器
７ ＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ）
２１ 音響光学素子（ＡＯＭ）
２２ エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）
２３ 波長分割用光結合器（ＷＤＭ）
２４ 光アイソレータ（ＯＩ）
２５ 出力カプラ
２６ 偏波制御素子（ＰＣ）
２７ コリメータ
２８ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２９ 信号発生器（ＳＧ）
６１ 第１の周波数カウンタ
６２ 第２の周波数カウンタ
６３ 第１のバンドバスフィルタ
６４ 第２のバンドパスフィルタ
２００ 音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）
３００ 全ファイバ構成音響光学素子
４００ 複数本の周波数チャープ光発生系
４０１ 周波数チャープ光源
４０２ 光カプラ
４０３ 遅延素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送用ファイバの群速度分散を測定する群速度分散測定装置および群速度分散測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長距離光通信の分野では、光通信システムの高性能化に伴なって、光伝送用ファイバの波長分散特性の管理および制御が重要となりつつある。
一般に、光伝送用ファイバは、光通信波長帯（例えば１．５５μｍ帯）において負の群速度分散（ＧＶＤ：Ｇｒｏｕｐ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）をもち、このＧＶＤは光パルス信号の伝送特性の劣化要因となる。このため、光伝送路の分散特性を制御・補償する必要があり、光ファイバのもつ総分散量を測定することはきわめて重要である。
【０００３】
ＧＶＤの測定手法の一つに、波長を可変可能なＣＷ光源やパルス光源を用いて光伝搬時間の波長依存性を測定する手法がある。この手法では、波長をパラメータとした多点計測方式を採用するが、計測に時間を要し、リアルタイムでのＧＶＤ特性の制御が困難である。
【０００４】
これまでに、本発明者は、光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）法を用いた新しいＧＶＤ測定法を提案した（吉田真人， 宮本敏行， 原武文， 中村孝一郎， 伊藤弘昌， “周波数シフト帰還型レーザを用いた光ファイバの群速度分散測定，” 信学技報， ＯＣＳ９８−１０３ （１９９９） ２５）。また、周波数チャープ光源として周波数シフト帰還型レーザ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋレーザ：ＦＳＦレーザ）を用いたＧＶＤ測定装置（宮本敏行， 吉田真人， 原武文， 中村孝一郎， 伊藤弘昌， “周波数シフト帰還型ファイバレーザを用いた群速度分散自動測定システム，” 春信学会， Ｃ−３ （１９９９））とを提案している。
【０００５】
本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法は、光伝搬時における光のチャープレートの変化量に基づいて、光伝送路のもつＧＶＤ値を直接算出するものであり、短時間で測定可能であるという特徴をもつ。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図１３は、本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法の概略を説明する模式図である。この図のＧＶＤ測定法は、自己遅延ヘテロダイン検波信号を測定対象としている。この測定方法は、ＦＳＦレーザから出射された周波数チャープ光を被測定光ファイバ（ＦＵＴ）１に伝搬させた後、ビート信号のスペクトルの広がりによりＧＶＤ値を算出するものである。
【０００７】
詳細には、光分岐手段１００の一方の第１端子には光源が接続され、第２端子には光電変換手段が接続される。また、他方の端子には、被測定光ファイバ１が接続される。光源から出力された周波数チャープ光（測定光）は、光分岐手段１００により２方向に分岐され、一方の周波数チャープ光は被測定光ファイバ１に入射される。このとき、被測定光ファイバ１中を伝播する測定光のチャープレートは、被測定ファイバ１の波長分散の影響により変化する。被測定光ファイバの出口端等からの反射光は、その入射端から出射され、光分岐手段１００を経て光電変換手段により受光され、ビート信号を受信する。受信されたビート信号により、ＧＶＤ値が算出される。
【０００８】
しかしながら、上述の測定法は、被測定光ファイバ長の揺らぎに起因した測定誤差が大きいという課題があり、測定精度に限界がある（例えば、０．３６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）。
【０００９】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で短時間にＧＶＤを測定可能な群速度分散測定装置および群速度分散測定方法を提供することにある。すなわち、本発明は、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を被測定光ファイバに伝搬させる前後でのチャープ光間で生じるビート信号の周波数の差によりＧＶＤ値を算出することにより、従来のように計測用光源の波長をパラメータとして多点計測を行う方式と比較して、高速かつ短時間でＧＶＤ値を計測することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、周波数チャープ光源として、測定にＯＦＤＲ法を用いることにより、被測定光ファイバの入力端のみでの計測を可能とし、既設の光伝送網にも容易に適用可能とすることを目的とする。また、本発明は、レーザー共振器の安定化や発振スペクトル幅の広帯域化により、測定精度の改善を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の第１の解決手段によると、
所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するチャープ光生成手段と、
被測定光ファイバへ前記チャープ光生成手段により生成された周波数チャープ光が伝搬された際に、その伝播前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出する周波数変化量検出手段と、
前記周波数変化量検出手段により検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出する群速度分散検出手段と
を備えた群速度分散測定装置を提供する。
また、本発明の第２の解決手段によると、
所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するステップと、
被測定光ファイバへ前記生成するステップにより生成された周波数チャープ光を伝搬するステップと、
その伝播前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出するステップと、
検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出するステップと
を含む群速度分散測定方法を提供する。
【００１２】
また、本発明では、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光の被測定光ファイバへの伝搬前後におけるチャープ光間で生じるビート信号の周波数の変化量を検出し、その検出結果に基づいて群速度分散値を求めるため、被測定光ファイバのもつ群速度分散値を簡易かつ短時間で測定できる。また、本発明では、測定にＯＦＤＲ法を用いるため、被測定光ファイバの入力端での計測が可能になり、既設の光伝送網にも容易に適用できる。また、本発明では、被測定光ファイバへの周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれにより、ビート周波数の変化量を検出することで、変化量を簡易に検出することができる。また、本発明では、複数回のスペクトル波形の観測結果を考慮に入れて中心周波数同士のずれを検出することにより、測定誤差を相殺することができる。
【００１３】
また、本発明では、リング共振器内に周波数シフト素子を挿入し、ドップラ効果により周波数シフトを受けた１次回折光を帰還させることにより、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成することができる。また、本発明では、リング共振器内のバンドパスフィルタにより、発振波長を同調させることができる。また、本発明では、あるいは、前記周波数シフト素子として音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ：Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、その駆動周波数により発振波長を電子同調できる。また、本発明では、前記周波数シフト素子として媒体に光ファイバを用いた全ファイバ構成の音響光学素子を用い、測定装置を全ファイバ構成にできる。また、本発明では、時間に対して発振周波数がシフトするような周波数チャープ光を分岐し、一方の光に遅延を与えた後、他方の光と結合することにより、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る群速度分散測定装置および群速度分散測定方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は、主に、光周波数領域リフレクトメトリ（ＯＦＤＲ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いてＧＶＤ測定を行っている。
【００１５】
まず、本発明の原理について説明する。周波数が時間に応じて変化するような周波数チャープ光が光ファイバ中を伝搬する際、光ファイバのもつＧＶＤの影響により、光のチャープレートγが変化する。ここで、チャープレートとは、周波数が変化する速さをいう。光ファイバ伝搬後のチャープレートγ’は次式で与えられる。
【００１６】
【数１】
ここで、λ２γ２ＤＬ／ｃはチャープレートの変化量、λは周波数チャープ光源の中心波長、Ｄは光ファイバのＧＶＤ値、Ｌは光ファイバ長、ｃは光速である。（１）式は周波数チャープレートの変化量より光ファイバのＧＶＤ値を直接測定可能であることを示している。
【００１８】
図１は、本発明に係る群速度分散測定装置のＧＶＤ測定原理を説明する図である。本発明のＧＶＤ測定法では、光の自己ビート信号を用いている。この測定法では、遅延時間ΔＴからなる複数本の周波数チャープ光を光源とし、各周波数成分間で生じるビート信号の中心周波数を測定対象とする。
【００１９】
詳細には、サーキュレータ５の一方の第１端子（図中左上端子）には光源が接続され、第２端子（図中左下端子）には光電変換手段が接続される。また、他方の端子（図中右端子）には、被測定光ファイバ１が接続される。光源から出力された周波数チャープ光（測定光）は、サーキュレータ５により被測定光ファイバ１に入射される。このとき、被測定光ファイバ１中を伝播する測定光のチャープレートは、被測定ファイバ１の波長分散の影響により変化する。被測定光ファイバの出口端（又は、出口に設けられた反射鏡）等からの反射光は、被測定光ファイバ１の入射端から出射され、サーキュレータ５を経て光電変換手段により受光され、ビート信号を受信する。受信されたビート信号により、ＧＶＤ値が算出される。
【００２０】
被測定光ファイバ１の伝搬前後におけるビート周波数の変化量δｆＢより、ＧＶＤ値Ｄは次式で与えられる。
Ｄ＝ｃδｆＢ／λ２Ｌγ２ΔＴ ・・・（２）
【００２１】
（２）式に基づいてＧＶＤ値Ｄを求める場合、ビート周波数の読み取り精度により、ＧＶＤの総分散量ＤＬの測定精度が制限される。したがって、計測用光源としてはチャープの線形性が高く、周波数チャープ幅の広帯域な光源が有用である。
【００２２】
図２は、本発明に係る群速度分散測定装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。図２の群速度分散測定装置は、周波数チャープ光を生成するＦＳＦレーザ（ＦＳＦＬ：チャープ光生成手段）２と、周波数チャープ光を増幅する光増幅器（Ａｍｐ）３と、光カプラ４と、光信号の分岐制御を行うサーキュレータ５と、被測定光ファイバ１を伝搬する前後の光を受光する光検出器６と、光のスペクトル波形を観測するＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ：周波数変化量検出手段、スペクトル観測手段）７と、ＲＦＳＡ７の観測結果に基づいてＧＶＤ値を検出するコンピュータ（ＰＣ：中心周波数検出手段）とを備えている。なお、被測定光ファイバ１の出口端（サーキュレータ５と反対側の端子）又はその近傍には、反射鏡を設けるようにしてもよい。
【００２３】
この群速度分散測定装置では、ＦＳＦレーザ２から出射された複数本の周波数チャープ光の被測定光ファイバ１（例えば、ＳＭＦ、ファイバ長２０ｋｍ）への伝搬前後における、チャープ光間で生ずるビート信号を交互に観測し、これらビート信号のビート周波数の差よりＧＶＤ値を算出する。そのため、光検出器６とＲＦＳＡ７とは、切り替えスイッチを設けること、又は、時分割的に検出信号を伝送することなどにより、周波数チャープ光が被測定光ファイバ１を伝播する前及び伝播する後のビート周波数を、それぞれ検出することができる。
【００２４】
ここで、周波数チャープ光を発生するためのＦＳＦレーザ２について、詳説する。
図２におけるＦＳＦレーザ２は、共振器内部に周波数シフト素子である音響光学変調器（ＡＯＭ：Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を挿入し、ドップラー効果によって周波数シフトされた１次回折光を帰還させて発振するレーザである。
【００２５】
本発明者は、ＦＳＦレーザ２の出力の瞬時周波数成分が時間とともにチャープする複数の成分（チャープ周波数コム）からなることを理論的・実験的に解明している。このような共振器では、定在波は存在できず、その瞬時周波数νｉ（ｔ） は（３）式で与えられる。
【００２６】
【数２】
（３）式において、ここで、τＲＴは共振器の周回時間（１／τＲＴは共振器の縦モード周波数）、νＦＳは共振器の周回当たりの周波数シフト量、ｑは整数である。
【００２７】
ＦＳＦレーザ２で用いられる周波数シフト帰還型の共振器では、ある瞬間に許される瞬時周波数は共振器縦モード周波数（１／τＲＴ）間隔毎に存在し、かつそれぞれの瞬時周波数成分（周波数コム成分）は、共振器周回当りの周波数シフト量に等しい割合（γ＝νＦＳ ／τＲＴ）で連続に周波数チャープを受けている。また、周波数チャープ幅νＢＷは利得媒質のスペクトル形状によりある一定の幅に制限され、各周波数成分は利得のスペクトル形状に従って強度変化しながら周波数チャープする。
【００２８】
図３は、ＦＳＦレーザ２の出力の瞬時周波数成分を模式的に表した図である。図中、グレー階調はその強度変化を示している。また、チャープレートγは、νＦＳ ／τＲＴとなっている。
【００２９】
ここで、ＦＳＦレーザを用いたＧＶＤ測定の原理について説明する。
ＦＳＦレーザの出力はチャープする周波数成分が等時間間隔ΔＴ＝１／νＦＳ にコム状に存在するチャープ周波数コムからなり、等周波数間隔に自己ビート信号が生ずる。このビート信号を用いて上述のような方式によりＧＶＤ測定をおこなう場合、（２）式の関係は次式で与えられる。
Ｄ＝ｃδｆＢＮτＲＴ ２／Ｎλ２ＬνＦＳ ・・・（４）
ここで、δｆＢＮはＮ本隣り合う周波数コム成分間で生ずるビート信号の周波数変化量であり、Ｎをビートの次数と定義する。（４）式は、高次のビート信号を用いるほど高精度な測定が可能であることを示しており、光検出系の性能により測定精度が決まる。
【００３０】
図４はＦＳＦレーザ２の詳細構成を示すブロック図である。ＦＳＦレーザ２は、周波数シフト素子である音響光学素子（ＡＯＭ：伝搬媒質は、例えば、ＴｅＯ２）２１を用いて、リング状のレーザ共振器を構成している。このレーザ共振器内には、光ファイバとの整合性に優れたエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ：例えば、Ｅｒ３＋ドープ量９００ｐｐｍ、ファイバ長１５ｍ）２２と、励起光源である半導体レーザ（ＬＤ：例えば、１．４８μｍ帯、最大励起電力６７ｍＷ）が入射される波長分割用光結合器（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒ）２３と、光アイソレータ（ＯＩ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｓｏｌａｔｏｒ ）２４と、出力カプラ（Ｏｕｔｐｕｔ Ｃｏｕｐｌｅｒ、分岐比は、例えば、９０：１０（１０ｄＢ））２５と、偏波制御素子（ＰＣ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６と、コリメータ２７と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２８とＡＯＭ２１を駆動する信号発生器（ＳＧ：Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２９を備える。
【００３１】
ＡＯＭ２１は一対のコリメータ２７の間に挿入されており、その回折効率を含む光結合効率は、例えば２５％である。共振器一周回当りの周波数シフト量νＦＳは、ＡＯＭ２１の駆動周波数に等しく、例えば１２０ＭＨｚであり、共振器縦モード周波数１／τＲＴは、例えば約７．６０ＭＨｚである。これにより、周波数が変化する速さを表すチャープレートγ＝νＦＳ ／τＲＴは９１２ＴＨｚ／ｓとなる。
【００３２】
図５は、図４のＦＳＦレーザ２の発振スペクトルを光スペクトラムアナライザ（ＯＳＡ）で観測した結果を示す図である。この例では、レーザ出力光は、このスペクトル形状に沿って強度変化しながらチャープする周波数コム成分（チャープ周波数コム）からなり、発振スペクトル半値全幅より周波数チャープ幅νＢＷは９０ＧＨｚであった。また、発振波長λは共振器内に挿入したＢＰＦにより同調を行い、同調範囲１５３０〜１５６０ｎｍを得た。
【００３３】
なお、周波数シフト素子としてＡＯＭの代わりに音響光学波長可変フィルタ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ：ＡＯＴＦ）を用いるようにしてもよい。ＡＯＴＦは、狭帯域な波長透過特性をもつ周波数シフト素子である。ＡＯＴＦにより、発振波長の電子同調が可能となるので、共振器内のＢＰＦが不要となり、装置構成の簡素化が可能となる。
【００３４】
つぎに、ＧＶＤ測定の結果について説明する。本実施の形態において、一例として、１ＧＨｚの周波数帯域の光検出器とＮ＝１３１次のビート信号（Ｎ／τＲＴ＝９９５．６ＭＨｚ）を用いてＧＶＤ値の測定実験を行った。レーザの発振スペクトルはほぼガウス波形であるため、ＲＦＳＡ７より観測したビートスペクトルをガウス近似した波形により、ビート信号の中心周波数を求めた。より詳細には、図４のＦＳＦレーザ２のレーザ共振器内に挿入したバンドパスフィルタ（ＢＳＦ）２８により発振波長を同調し、上述した（２）式に基づいて光通信波長帯（例えば、１５３０〜１５６０ｎｍ）におけるＧＶＤ値を測定した。
【００３５】
図６は、被測定光ファイバ１に周波数チャープ光を伝搬させる前後における光の自己ビート信号のスペクトル波形図である。実線は実測波形、破線はガウス近似波形をそれぞれ示す。ここでは、一例として、各ビートスペクトルは５０回平均した波形であり、計測時間は１５秒以下である。ＳＭＦ伝搬後における中心周波数の変化量δｆＢ１３１は、δｆＢ１３１＝＋５．００ｋＨｚであり、この値を（４）式（又は（２）式）に代入すると、ＧＶＤ値Ｄは、Ｄ＝ １７．０±０．１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと求まる。
【００３６】
図７は、ＧＶＤの測定結果を示す図であり、出力波長とＧＶＤ値との関係を示している。図示のように、ＧＶＤ値は波長にほぼ線形に変化しており、本方式の妥当性が実証できる。なお、波長１５４０ｎｍ付近において利得媒質であるＥＤＦの利得が低いため、発振スペクトル幅が狭まり、ＧＶＤの測定精度が幾分低下しているものの、概して大きな影響はなく、線形性が認められる。
【００３７】
図８は、ＧＶＤ測定を１００回行った結果を示すヒストグラム図である。この例では、測定値の標準分散値は０．１４ ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。測定精度の劣化要因としては、共振器長の変動による自己ビート信号の中心周波数の読み取り誤差が挙げられる。測定に高次の自己ビート信号を用いることにより、ＧＶＤの影響による中心周波数の変動量が増大し測定感度は向上するが、同時に共振器長の変動による測定誤差が大きくなる場合がある。測定精度の改善法としては、共振器長の安定化、光検出系の周波数帯域の拡大、光ファイバ伝搬前後における光のビート信号を同時計測することなどが挙げられる。
【００３８】
つぎに、本発明の他の実施の形態及び変形例について説明する。
本発明において、自動的に周波数変化量を求めるために、周波数変化量検出手段として、ビート信号のスペクトル波形を観測するスペクトル観測手段と、スペクトル観測手段により観測されたスペクトル波形を近似することによりビート信号の中心周波数を検出する中心周波数検出手段とを備えるようにしてもよい。そして、周波数変化量検出手段は、被測定光ファイバへの周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれにより、ビート周波数の変化量を検出することができる。さらに、中心周波数検出手段は、スペクトル観測手段による複数回のスペクトル波形の観測結果に基づいて、周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれを検出するようにしてもよい。
【００３９】
また、図９に、本発明に係る群速度分散測定装置の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図を示す。ここでは、第１及び第２の周波数カウンタ６１及び６２をさらに備える。第１及び第２の周波数カウンタ６１及び６２は、被測定ファイバへの伝搬前及び伝播後における光の自己ビート信号の中心周波数を測定する。これにより、被測定光ファイバ伝播前後のビート信号を同時に測定することができる。また、各周波数カウンタ６１及び６２は、それらの入力側にバンドパスフィルタ６３及び６４をそれぞれ設け、所望の信号のみを入力する。周波数カウンタ６１及び６２によるビート周波数の測定結果に基づいてＧＶＤ値を検出するコンピュータ（ＰＣ）８を備えている。
【００４０】
以下に、チャープ光生成手段の他の実施の形態を示す。これらのチャープ光生成手段は、上述の測定装置におけるＦＳＦレーザ２に置換され得る構成である。
【００４１】
図１０に、チャープ光生成手段の他の実施の形態２の構成図を示す。図４における周波数チャープ素子として音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）２００を用い、ＢＰＦ２８を省略したものである。駆動信号源である信号発生器２９をＰＣ８で制御することで、発振波長を電子制御できる。
【００４２】
図１１に、チャープ光生成手段の他の実施の形態３の構成図を示す。図４における周波数チャープ素子として、媒体に光ファイバを用いた全ファイバ構成の音響光学素子（Ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ ＡＯＭ）３００を用い、コリメータ２７を省略したものであるり、測定装置を全ファイバ構成にできる。
【００４３】
図１２に、チャープ光生成手段の他の実施の形態４の構成図を示す。
チャープ光生成手段４００は、時間に対して発振周波数がシフトするような周波数チャープ光源４０１と、周波数チャープ光源４０１を分岐し、一方の光に遅延４０３を与えた後、他方の光と結合する光分岐結合部４０２を備える。このような構成により、少なくとも２つの周波数チャープ光を生成することができる。
【００４４】
なお、周波数チャープ光源は、時間に対して発振周波数がシフトするような光源であれば、適宜のものを採用することができる。また、以上のべたように、被測定光ファイバ１の入射側で測定する場合のほかに、出口側に測定系を設けるようにしても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、簡易な構成で短時間にＧＶＤを測定可能な群速度分散測定装置および群速度分散測定方法を提供することができる。すなわち、本発明によれば、等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を被測定光ファイバに伝搬させる前後でのチャープ光間で生ずるビート信号の周波数の差によりＧＶＤ値を算出するため、従来のように計測用光源の波長をパラメータとして多点計測を行う方式と比較して、短時間でＧＶＤ値を計測できる。
【００４６】
また、測定にＯＦＤＲ法を用いるため、被測定光ファイバの入力端での計測が可能となり、また、既設の光伝送網にも容易に適用可能である。また、本発明によれば、レーザー共振器長の安定化や周波数チャープ幅の広帯域化により、測定精度の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る群速度分散測定装置のＧＶＤ測定原理を説明する図。
【図２】本発明に係る群速度分散測定装置の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図３】ＦＳＦレーザ出力の瞬時周波数成分を模式的に表した図。
【図４】ＦＳＦレーザの詳細構成を示すブロック図。
【図５】図４のＦＳＦレーザの発振スペクトルを光スペクトラムアナライザで観測した結果を示す図。
【図６】被測定光ファイバに周波数チャープ光を伝搬させる前後におけるチャープ光間で生ずるビート信号のスペクトル波形図。
【図７】ＧＶＤの測定結果を示す図。
【図８】ＧＶＤ測定を１００回行った結果を示すヒストグラム図。
【図９】本発明に係る群速度分散測定装置の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図１０】チャープ光生成手段の第２の実施の形態の構成図を示す。
【図１１】チャープ光生成手段の第３の実施の形態の構成図を示す。
【図１２】チャープ光生成手段の第４の実施の形態の構成図を示す。
【図１３】本発明者がこれまでに提案したＧＶＤ測定法の概略を説明する模式図。
【符号の説明】
１ 被測定光ファイバ（ＦＵＴ）
２ ＦＳＦレーザ（ＦＳＦＬ）
３ 光増幅器（ＡＭＰ）
４ 光カプラ
５ サーキュレータ
６ 光検出器
７ ＲＦスペクトルアナライザ（ＲＦＳＡ）
２１ 音響光学素子（ＡＯＭ）
２２ エルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）
２３ 波長分割用光結合器（ＷＤＭ）
２４ 光アイソレータ（ＯＩ）
２５ 出力カプラ
２６ 偏波制御素子（ＰＣ）
２７ コリメータ
２８ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２９ 信号発生器（ＳＧ）
６１ 第１の周波数カウンタ
６２ 第２の周波数カウンタ
６３ 第１のバンドバスフィルタ
６４ 第２のバンドパスフィルタ
２００ 音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）
３００ 全ファイバ構成音響光学素子
４００ 複数本の周波数チャープ光発生系
４０１ 周波数チャープ光源
４０２ 光カプラ
４０３ 遅延素子
Claims (13)
- 所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するチャープ光生成手段と、
被測定光ファイバへ前記チャープ光生成手段により生成された周波数チャープ光が伝搬された際に、複数本の周波数チャープ光間の伝搬前のビート周波数と複数本の周波数チャープ光間の伝搬後のビート周波数との周波数変化量を検出する周波数変化量検出手段と、
前記周波数変化量検出手段により検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出する群速度分散検出手段とを備えた群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
周波数をシフトするための周波数シフト素子を有し、周波数シフトされた回折光を帰還させて周波数チャープ光を生成することを特徴とする請求項１に記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
利得媒質、励起光源、光結合器、及び、周波数シフト素子をリング状に接続したリング共振器を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
前記リング共振器内の光波が前記周波数シフト素子により共振器周回毎に受ける周波数シフト量に等しい割合で周波数が変化する周波数チャープ光を生成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
バンドパスフィルタをさらに備え、
周波数チャープ光の発振波長を同調させることを特徴とする請求項３又は４に記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
周波数シフト素子として音響光学波長可変フィルタを用い、その駆動周波数により発振波長を同調させることを特徴とする請求項３又は４に記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
周波数シフト素子として媒体に光ファイバを用いた音響光学素子を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の群速度分散測定装置。 - 前記チャープ光生成手段は、
時間に対して発振周波数がシフトするような周波数チャープ光源と、
前記周波数チャープ光源を分岐し、一方の光に遅延を与えた後、他方の光と結合する光分岐結合部とを備え、
少なくとも２つの周波数チャープ光を生成することを特徴とする請求項１に記載の群速度分散測定装置。 - 前記周波数変化量検出手段は、
ビート信号のスペクトル波形を観測するスペクトル観測手段と、
前記スペクトル観測手段により観測されたスペクトル波形を近似することによりビート信号の中心周波数を検出する中心周波数検出手段と
を備え、
前記周波数変化量検出手段は、被測定光ファイバへの周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれにより、ビート周波数の変化量を検出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の群速度分散測定装置。 - 前記周波数変化量検出手段は、
複数本の周波数チャープ光間の伝搬前のビート周波数を検出する第１の検出手段と、
複数本の周波数チャープ光間の伝搬後のビート周波数を検出する第２の検出手段と、
前記第１又は第２の検出手段を切り替える切り替え手段と
を備え、
前記切り替え手段により切り替えることで、周波数チャープ光の伝搬前後における中心周波数同士のずれを検出することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の群速度分散測定装置。 - 前記周波数変化量検出手段は、
被測定ファイバへの伝搬前及び伝播後における光の自己ビート信号の中心周波数を測定する第１及び第２の周波数カウンタを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の群速度分散測定装置。 - 所定周波数間隔にある少なくとも２つの又は等周波数間隔にある複数本の周波数チャープ光を生成するステップと、
被測定光ファイバへ前記生成するステップにより生成された周波数チャープ光を伝搬するステップと、
複数本の周波数チャープ光間の伝搬前のビート周波数と複数本の周波数チャープ光間の伝搬後のビート周波数との周波数の変化量を検出するステップと、
検出された変化量に基づいて、被測定光ファイバの群速度分散値を検出するステップと
を含む群速度分散測定方法。 - 前記検出するステップは、
隣り合う又は複数離れた周波数成分間で生じるビート周波数の変化量を検出することを特徴とする請求項１２に記載の群速度分散測定方法。
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