JP4146762B2 - 光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法に関し、より詳細には、複数のシングルモード光ファイバを接続して構成された光ファイバ伝送路の任意の波長の光に対する損失を高精度に推定することを可能とする光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、光ファイバは通信用の低損失な伝送媒体として広く使用されており、光ファイバを用いて実際の光通信システムを設計するためには、伝送信号波長における損失値を精度良く評価することが求められる。例えば、シングルモード光ファイバ中の広い波長帯域内にある複数の波長の光を伝送信号として用いる経済的な通信技術であるCoarse-WDM(CWDM)などの波長多重光伝送システムを中継系および加入者系光ファイバネットワークヘ導入するにあたっては、接続点での光ファイバの曲げや光ファイバ同士の接続などの種々の影響をも考慮した上で、光ファイバ伝送路の広い波長領域における損失特性を高精度で把握することが重要になる。
【０００３】
システムの伝送損失特性の推定には、光ファイバ自体の損失や接続損失などの統計的ばらつきを考慮した損失設計値が用いられるが、このような従来の推定方法は最悪値評価に基づくものであり、さらに、その適用可能な波長も１．３１μｍおよび１．５５μｍに限定されている。従って、広い波長域の光を利用した光通信システムの損失設計を効率的に行うためには、接続点における光ファイバの曲げと光ファイバ同士の接続とを考慮したうえで、光ファイバ伝送路の任意の波長における損失を高精度に推定するための新たな方法の確立が重要になる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−３１５０２６号公報
【０００５】
【非特許文献１】
“光ファイバの低損失化” 信学論B-I., vol.J78-B-I, no.12, pp.724-735, Dec. 1995.
【０００６】
【非特許文献２】
川上他、“光ファイバとファイバ型デバイス”培風館、pp.69、（１９９６）．
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバの広い波長帯域の損失特牲を推定するための従来の方法としては、以下の第１および第２の方法が知られている。第１の方法は、光ファイバの損失要因ごとの損失特性を評価する近似関数を仮定し、各近似関数中の定数をいくつかの波長での損失測定値（実測値）に基づいて決定する方法である（例えば、非特許文献１参照）。また、第２の方法は、多数の光ファイバのそれぞれについて複数の異なる波長ごとに損失を測定し、評価波長における損失と任意の推定波長における損失との相関を表す基底ベクトルを求め、これを用いて被推定光ファイバの任意波長の損失値を求める方法である（特許文献１参照）。
【０００８】
以下に、これら従来の第１および第２の方法について説明する。まず、第１の方法について説明する。光ファイバ固有の主な損失要因としては、レーリ散乱損失α_Ｒ、赤外吸収損失α_ＩＲ、構造不整損失α_ＩＭ、ＯＨ基不純物の吸収による損失α_ＯＨなどがあり、光ファイバの全損失αはこれらの損失の和として与えられ、これら各損失は近似的に以下の式（１）〜（５）により表現される。
α_Ｒ（λ）＝ｋ_１／λ^４ …（１）
α_ＩＲ（λ）＝ｋ_２ｅｘｐ（−ｋ_３／λ） …（２）
α_ＩＭ（λ）＝ｋ_４ …（３）
α_ＯＨ（λ）＝Σα_ＯＨｎ （ｎ＝１〜４） …（４）
α_ＯＨ１（λ）＝Ｐ_１ｅｘｐ[−｛（１／λ−１／λ_１）／σ_１｝^２] （ｎ＝１）
α_ＯＨｎ（λ）＝Ｐ_ｎ／[１＋｛（１／λ−１／λ_ｎ）／σ_ｎ｝^２] （ｎ＝２〜４）
α（λ）＝α_Ｒ（λ）＋α_ＩＲ（λ）＋α_ＩＭ（λ）＋ｋ_５α_ＯＨ（λ） …（５）
【０００９】
従って、光ファイバの全損失αを与える式（５）には、ｋ_１〜ｋ_５、Ｐ_１〜Ｐ_４、λ_１〜λ_４およびσ_１〜σ_４の１７個の定数が含まれることとなり、全損失特性を推定するには上記１７個全ての定数を決定する必要がある。このため、一般的には１７以上の損失測定が必要とされるが、各光ファイバ毎に１７の異なる波長の光を用いて損失測定を実行するには多大な稼働を必要とする。
【００１０】
また、例えばｋ_１〜ｋ_５などの係数として文献値を用い、決定すべき係数の数を少なくして測定波長の数を減らす方法も考えられるが、そのような方法では光ファイバによる各係数値のばらつきの度合いや光ファイバの曲げによる損失特性の変化を考慮していないため推定精度が低下する。さらに、全損失αを与える式（５）には、実際の光伝送路において問題となる光コネクタや融着接続による損失に対応する項が含まれていないため、フィッテイングにより最適な係数値を定めても充分な推定精度は得られないという根本的な問題がある。
【００１１】
次に、第２の方法について説明する。特許文献１に開示されているように、この方法では複数の光ファイバの損失値を多くの波長ごとに事前に測定し、重回帰分析を施して波長ごとの損失値の相関を表す基底ベクトルを求め、これにより損失波長特性の推定を行う。この方法において高精度な推定を行うためには、被推定光ファイバにおいて、２〜５程度の波長の光を用いて光ファイバの実際の損失を測定・評価する必要がある。すなわち、この方法の問題点としては、多数の光ファイバに対して予め多くの波長の光による損失測定が必要であること、および、統計的な計算処理を含めて多くの手順を必要とすることなどが挙げられる。また、実際の光伝送路、特にユーザ宅へ繋がる加入者系の１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）ケーブル伝送路においては、ケーブルの布設条件が多様であり多くの分岐点や接続点が存在するため、曲げ損失と接続損失とが全損失の波長特性に与える影響が極めて大きい。そのため、光ファイバごとの損失波長特性のばらつきは極めて大きいものとならざるを得ない。このような加入者系のＳＭＦケーブル伝送路に第２の方法を適用すると、予め測定すべき複数の光ファイバの母集団の選び方によって、被推定光ファイバの損失推定値が異なり、高精度な推定が困難になるという原理的な問題点がある。
【００１２】
本発明は、これらの従来方法が抱える問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のシングルモード光ファイバを接続して構成された光ファイバ伝送路の任意の波長における光損失を高精度に推定することを可能とする光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数のシングルモード光ファイバが接続されて構成されている光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法であって、波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）と、接続損失α_Ｃ（λ）と、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失α_Ｂ（λ）の和損失との総和として近似する次式（ａ）を導出する第１のステップと、１．３６０以上１．４６０μｍ未満であるＥバンド帯域にない３つの異なる波長（λ_ａ、λ_ｂおよびλ_ｃ）の光ごとの前記光ファイバ伝送路の損失を実測して損失実測値α_Ｍ（λ）を求める第２のステップと、前記第２のステップで得られた損失実測値α_Ｍ（λ_ａ）、α_Ｍ（λ_ｂ）およびα_Ｍ（λ_ｃ）を基に次式（ｂ）〜（ｄ）を満足する係数ｋ_８を決定する第３のステップと、前記第３のステップで得られた係数ｋ_８の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求める第４のステップと、を備え、前記波長λ _ａ は１．３６０μｍ未満であり、前記波長λ _ｂ は１．４６０以上１．６２５μｍ未満であり、前記波長λ _ｃ は１．６２５μｍ以上であることを特徴とする。
α_Ｔ（λ）＝α_Ｒ（λ）＋ｋ_８α_Ｃ（λ）＋（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））…（ａ）
α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｒ（λ_ａ）＝ｋ_８α_Ｃ（λ_ａ）…（ｂ）
α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝（α_ＩＲ（λ_ｂ）＋α_Ｂ（λ_ｂ））…（ｃ）
α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝（α_ＩＲ（λ_ｃ）＋α_Ｂ（λ_ｃ））…（ｄ）
【００１４】
請求項２に記載の発明は、複数のシングルモード光ファイバが接続されて構成されている光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法であって、波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）と、接続損失α_Ｃ（λ）と、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）と、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失αＢ（λ）の和損失との総和として近似する次式（ｅ）を導出する第１のステップと、１．３６０以上１．４６０μｍ未満であるＥバンド帯域にない３つの異なる波長（λ_ａ、λ_ｂ、およびλ _ｃ ）ならびにＥバンド帯域にある波長（λ _ｄ ）の光ごとの前記光ファイバ伝送路の損失を実測して損失実測値α_Ｍ（λ）を求める第２のステップと、前記第２のステップで得られた損失実測値α_Ｍ（λ_ａ）、α_Ｍ（λ_ｂ）、α_Ｍ（λ_ｃ）およびα_Ｍ（λ_ｄ）を基に次式（ｆ）〜（ｉ）を満足する係数ｋ_８および係数ｋ_５を決定する第３のステップと、前記第３のステップで得られた係数ｋ_８およびｋ_５の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求める第４のステップと、を備え、前記波長λ _ａ は１．３６０μｍ未満であり、前記波長λ _ｂ は１．４６０以上１．６２５μｍ未満であり、前記波長λ _ｃ は１．６２５μｍ以上であることを特徴とする。
α_Ｔ（λ）＝α_Ｒ（λ）＋ｋ_８α_Ｃ（λ）＋ｋ_５ α _ＯＨ （λ）＋（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））…（ｅ）
α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｒ（λ_ａ）＝ｋ_８α_Ｃ（λ_ａ）…（ｆ）
α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝（α_ＩＲ（λ_ｂ）＋α_Ｂ（λ_ｂ））…（ｇ）
α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝（α_ＩＲ（λ_ｃ）＋α_Ｂ（λ_ｃ））…（ｈ）
α_Ｍ（λ_ｄ）−α_Ｒ（λ_ｄ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｄ）＝（α_ＩＲ（λ_ｄ）＋α_Ｂ（λ_ｄ））＋ｋ_５α_ＯＨ（λ_ｄ）…（ｉ）
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法において、前記赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）と曲げ損失α_Ｂ（λ）の和損失（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））を次式（ｊ）により近似して、係数ｋ_６およびｋ_７を次式（ｋ）および（ｌ）により決定する第５のステップをさらに備え、前記第４のステップは、当該係数ｋ_６およびｋ_７の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求めるものであることを特徴とする。
（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ）…（ｊ）
α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ_ｂ）…（ｋ）
α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ_ｃ）…（ｌ）
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法において、前記レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）の波長依存性をα_Ｒ（λ）＝ｋ_１／λ^４により近似し、前記光ファイバ伝送路に設けられた接続点の数と予め定められた基準数とを比較し、前記接続点数が前記基準数以上の場合には前記係数ｋ_１の値を前記シングルモード光ファイバの統計的平均値として決定する一方、前記接続点数が前記基準数未満の場合には前記係数ｋ_１を次式（ｍ）を満足する値に決定する第６のステップを備え、前記第４のステップは、前記第６のステップで得られた係数ｋ_１の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求めるものであることを特徴とする。
α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｍ（λ_ｂ）＝ｋ_１（１／λ_ａ ^４−１／λ_ｂ ^４）…（ｍ）
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。先ず、本発明の基礎をなす損失推定評価式の導出について説明する。ここでは、複数の１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）により構成された光伝送路を仮定して損失推定評価式の導出を説明する。この損失推定評価式の導出に際しては、光ファイバの接続損失と曲げ損失の波長依存性を定式化する必要がある。
【００１９】
接続損失の要因としては、光ファイバの突合せ部において生じる光ファイバ端面間の間隔や光ファイバの突合せの「角度ずれ」または「軸ずれ」などがあるが、現状では一般に「軸ずれ」が主な損失要因となっている。同種類の光ファイバ間の接続の場合には、軸ずれ量をｄ（μｍ）、光ファイバのモードフィールド径を一定の値であるＷ（μｍ）と仮定すると、軸ずれによる接続損失α_Ｃ（ｄＢ）は、次式（６）で与えられる。
α_Ｃ＝４．３４ｄ^２／Ｗ^２ …（６）
【００２０】
従って、複数の接続点が存在するときの波長λに対する接続損失α_Ｃの波長依存性α_Ｃ（λ）は、モードフィールド径の波長依存性Ｗ（λ）を用いて次式（７）で表すことができる。
α_Ｃ（λ）＝Ｗ（１．３１μｍ）^２／Ｗ（λ）^２ …（７）
ここで、α_Ｃ（λ）は１．３１μｍの値で規格化している。
【００２１】
Ｗ（λ）は光ファイバのコア径ａと規格化周波数の波長依存性Ｖ（λ）を用いて、一般に次式（８）で精度良く近似され、Ｖ（λ）は光ファイバのコア径ａとコアとクラッドの屈折率の波長依存性ｎ_１（λ）およびｎ_２（λ）ならびに円周率πを用いて次式（９）で与えられる。
Ｗ（λ）＝ａ（０．６５＋１．６１９・Ｖ（λ）^−１．５＋２．８７９・Ｖ（λ）^−６） …（８）
Ｖ（λ）＝πａ（ｎ_１（λ）^２−ｎ_２（λ）^２）^０．５／λ …（９）
【００２２】
従って、α_Ｃ（λ）は、対象とされている光伝送路を構成するシングルモード光ファイバの構造パラメータａ、ｎ_１（λ）およびｎ_２（λ）の関数となるが、一般にＳＭＦについてはこれらのパラメータ全てにほぼ一定の設計値が存在するので、それらの値を式（７）〜（９）に代入してα_Ｃ（λ）を得ることができる。
【００２３】
このような取扱いの妥当性は以下のようにして検証される。一例として、コア径ａをＳＭＦの平均的な値であるａ＝４．５μｍとし、ｎ_１（λ）としてＧｅＯ_２ドープ石英ガラスの文献値、ｎ_２（λ）として純石英ガラスの文献値を非特許文献２から引用してα_Ｃ（λ）を求める。
【００２４】
図１はこのような条件で求めた接続損失α_Ｃ（λ）の波長依存性を説明するための図で、この図に示すようにα_Ｃ（λ）は波長に対して直線的な減少傾向を示し、波長１．５５μｍではα_Ｃの値は０．７８である。
【００２５】
図２は複数のＳＭＦから構成された光伝送路の光コネクタ接続点について、波長１．３１μｍおよび１．５５μｍで接続損失を実際に測定した結果を説明するため図で、この図から判るように、両波長での接続損失は直線的な相関関係を示している。この図における直線の傾きは、波長１．３１μｍと１．５５μｍとでの接続損失の比を意味するが、この傾きの値は０．８２であり、図１に示した算出結果における波長１．５５μｍでのα_Ｃの値０．７８に５％程度の誤差範囲で一致しており、この結果は、本発明が採用する上記α_Ｃ（λ）の導出方法およびそれにより得られる値の妥当性を示している。
【００２６】
一方、曲げ損失α_Ｂ（λ）が発生する波長領域は、ＳＭＦでは通常１．５μｍよりも長い波長領域である。ただし、この波長領域では赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）も増大するため、この両者の和を１つの式で近似できれば便利である。一方、実際の光伝送路の接続点などの箇所で発生している光ファイバの曲げの半径は３０ｍｍ程度と考えられる。そこで、赤外吸収損失と曲げ損失の和が次式（１０）により近似可能であると仮定して、現実的な範囲での曲げが加わったＳＭＦの１．５μｍ以上での損失特性の解析を実行する。
α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ）＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ） …（１０）
ここで、ｋ_６およびｋ_７は係数である。
【００２７】
図３は、３０ｍｍの曲げ半径で光ファイバを１００回巻き付けした際のＳＭＦの損失の波長依存性を説明するための図で、この図において横軸は波長の逆数とし、α_ＩＲ（λ）とα_Ｂ（λ）が支配的損失要因となる波長範囲である１．５３〜１．６５μｍについてプロットしている。この図より、両者は直線的な関係で近似可能であり、ＳＭＦ光伝送路の赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）と曲げ損失α_Ｂ（λ）との和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））に対する近似的取扱いとして式（１０）が妥当なものであることを示している。
【００２８】
これら赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失α_Ｂ（λ）のほかに考慮すべき損失成分としては、構造不整損失α_ＩＭ（式（３））およびＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（式（４））がある。これらの取扱いを決定するために以下の検討を行なった。具体的には、ボビンに巻いた接続点の全く無いＳＭＦの損失波長特性を測定し、これらの損失成分の影響について検討した。
【００２９】
図４は、実測により得られた損失曲線を、接続点や曲げの無い場合の近似式である式（５）を用いてフィッテイングし成分分離を実行した結果を説明するための図である。この図に示した結果より、ＳＭＦではα_ＩＭ（λ）の絶対値は通常０．０１ｄＢ／ｋｍのオーダの値となる。一方、接続点を複数含んだ光伝送路の接続損失は、接続点１カ所当たりの通常の値は０．１ｄＢ程度である。従って、複数の接続点を含む光伝送路ではα_Ｃ（λ）に比較してα_ＩＭ（λ）は小さく、近似を行なう上で事実上無視できることとなる。
【００３０】
また、フィッテイングの結果、α_ＯＨ（λ）についての係数であるＰ_ｎ、λ_ｎおよびσ_ｎは表１のように決定された。
【００３１】
【表１】

【００３２】
これらの係数値は一例であるが、コアガラスの組成がほぼ一定の場合には、ガラス中のＯＨ基吸収特性の変化は無視できるので、表１に掲げた各係数の値をＳＭＦ全般に対する良好な近似値として用いることができる。
【００３３】
上述した取扱いの妥当性に基づけば、接続点を含むＳＭＦ光伝送路の損失α_Ｔ（λ）の損失推定評価式は次式（１１）により与えられることとなる。

【００３４】
α_Ｃ（λ）は上式（７）〜（９）から、α_ＯＨ（λ）は上式（４）および表１に掲げた係数から決定できるので、対象とされている光伝送路について、ｋ_１、ｋ_５、ｋ_６、ｋ_７およびｋ_８の５つの係数値を決定すれば、損失推定値α_Ｔ（λ）を算出することができることになる。
【００３５】
なお、これまではＳＭＦを例として本発明の基礎となる理論的取扱いを説明したが、１．５５μｍ分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）などにより構成された伝送路についても式（１１）は適用可能であり、式（７）〜（９）を用いてα_Ｃ（λ）を導出する際に、各種の光ファイバに固有のコア径ａとコアとクラッドの屈折率ｎ_１（λ）およびｎ_２（λ）の値を代入すればよい。
【００３６】
また、式（９）は光ファイバの比屈折率差△（λ）を用いて次式（１２）のように変形できる。
Ｖ（λ）＝πａ・ｎ_１（λ）△（λ）／λ …（１２）
【００３７】
さらに、石英系光ファイバではコアの屈折率ｎ_１（λ）と比屈折率差△（λ）の波長依存性は小さいので、ｎ_１（λ）と△（λ）の代わりに、例えば波長１．３１μｍでの定数値であるｎ_１（１．３１μｍ）および△（１．３１μｍ）を用いることも可能である。
【００３８】
図５は、本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法の手順例を説明するためのフローチャートである。本発明においては、先ず、対象となるシングルモード光ファイバ伝送路の損失推定評価式である上式（１１）を導出する（Ｓ１１）。
【００３９】
次に、任意波長での損失推定を実行するか或いはＥバンドを除く波長での損失推定を実行するかの判断を行ない、任意波長での損失推定を行なう場合には４つの評価波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）による損失測定を実行し、Ｅバンドを除く波長での損失推定を行なう場合には３つの評価波長（λ_ａ、λ_ｂおよびλ_ｃ）による損失測定を実行する（Ｓ１２）。ここで、Ｅバンドを除く波長での損失推定を行なう場合に３つの評価波長による損失測定で充分な理由は、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）が支配的な損失要因となるＥバンド（１．３６０μｍ以上１．４６０μｍ未満の波長帯域）は現在の商用光伝送システムではほとんど伝送波長の対象とされていないため、損失特性を知る実効性がないためである。
【００４０】
さらに、光伝送路に含まれる接続点の数と使用される接続方法による場合分けを行う（Ｓ１３）。この場合分けにおける類別の内容は、対象となる光伝送路に応じて適宜異なり得るものであり最も適当な場合分けが行なわれるものであることはいうまでもない。図５に示した例では、伝送路中の接続点が少数であり少数の光ファイバが融着のみにより接続されている場合（ケース１）と、伝送路中の接続点が多数であり多数のファイバが融着と光コネクタにより接続されている場合（ケース２）とに場合分けされる。そして、各場合について定められる一連の手順（ケース１につきＳ１４、Ｓ１６、および、Ｓ１７またはＳ１８、ケース２につきＳ１５、Ｓ１６、および、Ｓ１７またはＳ１８）に従って、後述する各式に基づいて推定評価式に含まれる５つの係数（ｋ_１，ｋ_８，ｋ_６，ｋ_７およびｋ_５）を決定し、推定値α_Ｔ（λ）を算出する（Ｓ１９）。
【００４１】
以下に、複数のＳＭＦから構成された光伝送路を例に、推定評価式に含まれる５つの係数（ｋ_１，ｋ_８，ｋ_６，ｋ_７およびｋ_５）の決定方法について具体的に説明する。
【００４２】
図６は、損失推定に用いる４つの測定評価波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）に対する４種の損失成分（レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）、接続損失α_Ｃ（λ）、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）と曲げ損失α_Ｂ（λ）の和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））、および、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ））の各々の成分の波長依存性を説明するための図である。これら４つの損失成分はそれぞれ特徴的な波長依存性を有し、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）と接続損失α_Ｃ（λ）は短波長側となるほど増大し、これとは逆に、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）と曲げ損失α_Ｂの和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））は長波長側になるほど増大する。また、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）はＥバンド中の１．３８〜１．３９μｍにピークをもち、長短両側の波長域に向かって急激に減衰する。
【００４３】
これらの各損失成分が上記のような特徴的振る舞いをするため、実測により得られた損失値α_Ｍ（λ）（λ＝λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）と損失推定値α_Ｔ（λ）との間には、次式（１３）〜（１６）式が良い近似で成立する。

【００４４】
従って、最初にレーリ散乱損失α_Ｒ（λ）の絶対値、つまり一般にレーリ散乱係数と呼ばれる係数ｋ_１を決定すれば、式（１３）と波長λ_ａでの損失測定値から係数ｋ_８が求まりα_Ｃ（λ）の絶対値が決定される。また、式（１４）と式（１５）および波長λ_ｂとλ_ｃにおける損失測定値から、係数ｋ_６とｋ_７が求まり（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））の絶対値が決定される。さらに、式（１６）と波長λ_ｄでの損失測定値から係数ｋ_５が求まりα_ＯＨ（λ）の絶対値が決定される。このようにして５つの係数が決定されると式（１１）により損失推定値α_Ｔ（λ）を得ることができる。
【００４５】
図５に示した２つのケースにおける係数ｋ_１の決定は、以下のようにして実行される。伝送路中の接続点が少数であり少数のファイバが融着のみによって接続されている場合（ケース１）は、接続損失α_Ｃ（λ）の絶対値が小さいので、図６において、波長λ＝λ_ａおよびλ＝λ_ｂでは、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）が最も支配的となる。従って、近似的な関係式である次式（１７）により係数ｋ_１を決定することが可能である（Ｓ１４）。
α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｍ（λ_ｂ）＝ｋ_１（１／λ_ａ ^４−１／λ_ｂ ^４） …（１７）
【００４６】
一方、伝送路中の接続点が多数であり多数のファイバが融着と光コネクタによって接続されている場合（ケース２）は、予め求めた同種類のシングルモード光ファイバのレーリ散乱係数の統計的平均値を、推定対象である伝送路のｋ_１の値として用いることができる（Ｓ１５）。本例では相当数のＳＭＦのレーリ散乱係数の平均値である０．９７ｄＢ／ｋｍ／μｍ^４をｋ_１として用いている。
【００４７】
このようにして係数ｋ_１を決定すれば、既に説明した手順に従って、式（１３）〜（１５）により係数ｋ_６〜ｋ_８が順次決定される（Ｓ１６）。
【００４８】
さらに、係数ｋ_５の決定がなされるが、この決定方法は任意波長での損失推定を実行中であるかＥバンドを除く波長での損失推定を実行中であるかにより異なり、任意波長での損失推定を実行中の場合には式（１６）に基づく決定がなされる（Ｓ１７）一方、Ｅバンドを除く波長での損失推定を実行中の場合にはＯＨ基吸収損失α_ＯＨの影響が無視できる波長領域については係数ｋ_５＝０と仮定する（Ｓ１８）。このようにして５つの係数全てが決定され、損失推定値α_Ｔ（λ）を算出できる（Ｓ１９）。
【００４９】
このように、本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法においては、複数のシングルモード光ファイバから構成される光伝送路の推定損失値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）、接続損失α_Ｃ（λ）、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失α_Ｂ（λ）の和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））、および、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）の４つの主要な損失成分の総和として式（１１）により定式化する。これらの損失成分はそれぞれが特有の波長依存性を有しているので、損失の測定評価を行う波長を適切に選定すれば、４つの波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）での損失測定値を用いて推定評価式である式（１１）中の未確定な５つの係数（ｋ_１，ｋ_８，ｋ_６，ｋ_７およびｋ_５）を決定し対象とする光伝送路の任意波長での損失の推定値α_Ｔ（λ）を導出することができる。また、３つの波長での損失測定値を用いて推定評価式（１１）中のｋ_５以外の未確定な４つの係数を決定し、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）の影響が無視できる波長領域については係数ｋ_５＝０と仮定することで、Ｅバンド以外の任意波長の損失の推定値α_Ｔ（λ）を導出することができる。
【００５０】
（実施例）
上述のケース１に相当する場合として、融着のみでＳＭＦを接続して構成した４５本のＳＭＦ伝送路の損失特性の推定を行った。なお、このＳＭＦ伝送路の融着接続点の数は伝送路１ｋｍあたり０．５個程度であり、損失は１．２〜１．７μｍの波長領域において０．００５μｍ間隔で測定した。
【００５１】
図７は、本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法による推定結果を説明するための図で、図中の実線が本発明の方法により得られた損失推定曲線であり白丸が損失測定値である。この推定曲線は、測定値の中からλ_ａ＝１．３１μｍ、λ_ｂ＝１．５５μｍ、λ_ａ＝１．６５μｍおよびλ_ａ＝１．３８５μｍの４つの波長に対応する測定値を選び、これらを基に推定を実行した結果である。この図に示すように、評価波長以外の実測値（白丸）と推定値（黒線）とは極めて良い一致を示しており本発明の有効性が確認できる。
【００５２】
また図８は、４５本のＳＭＦ伝送路についての相対誤差（＝（推定値−実測値）／実測値（％））の最大値、最小値および平均値を説明するための図である。この図に示すように、伝送波長であるＯ〜Ｌバンドおよび監視波長として使用されるＵバンドのすべてのバンドにおいて、相対誤差が±７％以内という良好な堆定精度が得られることが確認できる。
【００５３】
さらに図９は、Ｅバンドの推定が不要な場合を想定してλ_ｄを評価波長から除外し、λ_ａ＝１．３１μｍ、λ_ｂ＝１．５５μｍおよびλ_ａ＝１．６５μｍの３波長を評価波長として推定を実行した際の、相対誤差の最大値、最小値および平均値を説明するための図である。この図から、Ｅバンド以外の全てのバンドで相対誤差が±７％以内という良好な推定精度が得られることが確認される。
【００５４】
上述の第２のケースに相当する場合として、融着と光コネクタの両方でＳＭＦを接続して構成された５０本のＳＭＦ伝送路の損失特性の推定を行った。この伝送路の融着接続点と光コネクタ接続点の数はそれぞれ伝送路１ｋｍあたり１個程度であり、損失は１．２〜１．７μｍの波長領域において０．００５μｍ間隔で測定した。なお、評価波長はケース１の場合と同様に、λ_ａ＝１．３１μｍ、λ_ｂ＝１．５５μｍ、λ_ａ＝１．６５μｍおよびλ_ａ＝１．３８５μｍの４つの波長とした。
【００５５】
その推定の結果、Ｏ〜Ｌバンドでは相対誤差が±９％以内、Ｕバンドでは±１２％以内と良好な推定精度が得られた。さらに、Ｅバンドの推定が不必要な場合を想定してλ_ｄを評価波長から除外し、λ_ａ＝１．３１μｍ、λ_ｂ＝１．５５μｍおよびλ_ａ＝１．６５μｍの３波長を評価波長として推定を実行した結果、ＯバンドおよびＣ〜Ｌバンドでは相対誤差が±９％以内、Ｕバンドでは±１２％以内と良好な推定精度が得られた。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法においては、複数のシングルモード光ファイを接続して構成される光伝送路の推定損失値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）、接続損失α_Ｃ（λ）、赤外吸収損失α_ＩＲおよび曲げ損失α_Ｂの和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））、および、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）の４つの主要な損失成分の総和として式（１１）により定式化する。これらの損失成分はそれぞれが特有の波長依存性を有しているので、損失の測定評価を行う波長を適切に選定すれば、４つの波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）での損失測定値を用いて推定評価式である式（１１）中の未確定な５つの係数（ｋ_１，ｋ_８，ｋ_６，ｋ_７およびｋ_５）を決定し対象とする光伝送路の任意波長での損失の推定値α_Ｔ（λ）を導出することができる。また、３つの波長での損失測定値を用いて推定評価式（１１）中のｋ_５以外の未確定な４つの係数を決定し、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）の影響が無視できる波長領域については係数ｋ_５＝０と仮定することで、Ｅバンド以外の任意波長の損失の推定値α_Ｔ（λ）を導出することができる。
【００５７】
このような取扱いにより、複数のシングルモード光ファイバを接続して構成された光ファイバ伝送路の任意の波長における光損失を高精度に推定することを可能とする光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接続損失α_Ｃ（λ）の波長依存性を説明するための図である。
【図２】複数のＳＭＦから構成された光伝送路の光コネクタ接続点について、波長１．３１μｍおよび１．５５μｍで接続損失を実際に測定した結果を説明するため図である。
【図３】３０ｍｍの曲げ半径で光ファイバを１００回巻き付けした際のＳＭＦの損失の波長依存性を説明するための図である。
【図４】接続点や曲げの無い場合の近似式である式（５）を用いてフィッティングによる成分分離を実行した結果を説明するための図である。
【図５】本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法の手順を説明するためのフローチャートである。
【図６】損失推定に用いる４つの測定評価波長（λ_ａ、λ_ｂ、λ_ｃおよびλ_ｄ）に対する４種の損失成分（レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）、接続損失α_Ｃ（λ）、赤外吸収損失α_ＩＲと曲げ損失α_Ｂの和（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））、および、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ））の各々の波長依存性を説明するための図である。
【図７】本発明の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法による推定結果を説明するための図である。
【図８】４５本のＳＭＦ伝送路についての相対誤差（＝（推定値−実測値）／実測値（％））の最大値、最小値および平均値を説明するための図である。
【図９】３波長を評価波長として推定を実行した際の、相対誤差の最大値、最小値および平均値を説明するための図である。

Claims (4)

1. 複数のシングルモード光ファイバが接続されて構成されている光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法であって、
   波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）と、接続損失α_Ｃ（λ）と、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失α_Ｂ（λ）の和損失との総和として近似する次式（ａ）を導出する第１のステップと、
   １．３６０以上１．４６０μｍ未満であるＥバンド帯域にない３つの異なる波長（λ_ａ、λ_ｂおよびλ_ｃ）の光ごとの前記光ファイバ伝送路の損失を実測して損失実測値α_Ｍ（λ）を求める第２のステップと、
   前記第２のステップで得られた損失実測値α_Ｍ（λ_ａ）、α_Ｍ（λ_ｂ）およびα_Ｍ（λ_ｃ）を基に次式（ｂ）〜（ｄ）を満足する係数ｋ_８を決定する第３のステップと、
   前記第３のステップで得られた係数ｋ_８の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求める第４のステップと、
   を備え、
   前記波長λ _ａ は１．３６０μｍ未満であり、前記波長λ _ｂ は１．４６０以上１．６２５μｍ未満であり、前記波長λ _ｃ は１．６２５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法。
   α_Ｔ（λ）＝α_Ｒ（λ）＋ｋ_８α_Ｃ（λ）＋（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））…（ａ）
   α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｒ（λ_ａ）＝ｋ_８α_Ｃ（λ_ａ）…（ｂ）
   α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝（α_ＩＲ（λ_ｂ）＋α_Ｂ（λ_ｂ））…（ｃ）
   α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝（α_ＩＲ（λ_ｃ）＋α_Ｂ（λ_ｃ））…（ｄ）
2. 複数のシングルモード光ファイバが接続されて構成されている光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法であって、
   波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を、レーリ散乱損失α_Ｒ（λ）と、接続損失α_Ｃ（λ）と、ＯＨ基吸収損失α_ＯＨ（λ）と、赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）および曲げ損失α_Ｂ（λ）の和損失との総和として近似する次式（ｅ）を導出する第１のステップと、
   １．３６０以上１．４６０μｍ未満であるＥバンド帯域にない３つの異なる波長（λ_ａ、λ_ｂ、およびλ _ｃ ）ならびにＥバンド帯域にある波長（λ _ｄ ）の光ごとの前記光ファイバ伝送路の損失を実測して損失実測値α_Ｍ（λ）を求める第２のステップと、
   前記第２のステップで得られた損失実測値α_Ｍ（λ_ａ）、α_Ｍ（λ_ｂ）、α_Ｍ（λ_ｃ）およびα_Ｍ（λ_ｄ）を基に次式（ｆ）〜（ｉ）を満足する係数ｋ_８および係数ｋ_５を決定する第３のステップと、
   前記第３のステップで得られた係数ｋ_８およびｋ_５の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求める第４のステップと、
   を備え、
   前記波長λ _ａ は１．３６０μｍ未満であり、前記波長λ _ｂ は１．４６０以上１．６２５μｍ未満であり、前記波長λ _ｃ は１．６２５μｍ以上であることを特徴とする光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法。
   α_Ｔ（λ）＝α_Ｒ（λ）＋ｋ_８α_Ｃ（λ）＋ｋ_５ α _ＯＨ （λ）＋（α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））…（ｅ）
   α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｒ（λ_ａ）＝ｋ_８α_Ｃ（λ_ａ）…（ｆ）
   α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝（α_ＩＲ（λ_ｂ）＋α_Ｂ（λ_ｂ））…（ｇ）
   α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝（α_ＩＲ（λ_ｃ）＋α_Ｂ（λ_ｃ））…（ｈ）
   α_Ｍ（λ_ｄ）−α_Ｒ（λ_ｄ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｄ）＝（α_ＩＲ（λ_ｄ）＋α_Ｂ（λ_ｄ））＋ｋ_５α_ＯＨ（λ_ｄ）…（ｉ）
3. 前記赤外吸収損失α_ＩＲ（λ）と曲げ損失α_Ｂ（λ）の和損失（α_{Ｉ Ｒ}（λ）＋α_Ｂ（λ））を次式（ｊ）により近似して、係数ｋ_６およびｋ_７を次式（ｋ）および（ｌ）により決定する第５のステップをさらに備え、
   前記第４のステップは、当該係数ｋ_６およびｋ_７の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求めるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法。
   （α_ＩＲ（λ）＋α_Ｂ（λ））＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ）…（ｊ）
   α_Ｍ（λ_ｂ）−α_Ｒ（λ_ｂ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｂ）＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ_ｂ）…（ｋ）
   α_Ｍ（λ_ｃ）−α_Ｒ（λ_ｃ）−ｋ_８α_Ｃ（λ_ｃ）＝ｋ_６ｅｘｐ（−ｋ_７／λ_ｃ）…（ｌ）
4. 前記レーリ散乱損失α_Ｒの波長λの光に対する波長依存性をα_Ｒ（λ）＝ｋ_１／λ^４により近似し、前記光ファイバ伝送路に設けられた接続点の数と予め定められた基準数とを比較し、前記接続点数が前記基準数以上の場合には前記係数ｋ_１の値を前記シングルモード光ファイバの統計的平均値として決定する一方、前記接続点数が前記基準数未満の場合には前記係数ｋ_１を次式（ｍ）を満足する値に決定する第６のステップを備え、
   前記第４のステップは、前記第６のステップで得られた係数ｋ_１の値を用いて波長λの光に対する損失推定値α_Ｔ（λ）を求めるものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の光ファイバ伝送路の損失波長特性の推定方法。
   α_Ｍ（λ_ａ）−α_Ｍ（λ_ｂ）＝ｋ_１（１／λ_ａ ^４−１／λ_ｂ ^４）…（ｍ）

Images