JP4388018B2

JP4388018B2 - 光ファイバおよび光ファイバの偏波モード分散測定方法

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Publication number: JP4388018B2
Application number: JP2005514867A
Authority: JP
Inventors: 龍一郎後藤; 庄二谷川; 昌一郎松尾; 邦治姫野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: CN100538310C; WO2005038425A1; RU2339982C2; KR100868373B1; JPWO2005038425A1; US7298934B2; KR20060069512A; RU2006113195A; US20060192942A1; EP1698919A1; EP1698919A4; CN1871502A

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよび光ファイバの偏波モード分散測定方法に関するものである。
本願は、２００３年１０月２２日に出願された日本国特許出願第２００３−３６１８１２号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の伝送速度の高速化、伝送距離の長距離化が進むにつれて、伝送路である光ファイバには、偏波モード分散（以下、「ＰＭＤ」と略す。）の低減が求められている。
光ファイバのＰＭＤは、光ファイバのコア形状の非真円性や、コアに生じる応力の非対称性などに起因して、光ファイバ内を伝搬する、直交する２つの固有偏波成分に群速度差が生じることによって起こるモード分散である。
【０００３】
ＰＭＤを決定するパラメータとしては、２つのものが挙げられる。一方は光ファイバの局所的な複屈折の大きさであり、他方は光ファイバの複屈折軸の方向が光ファイバの長手方向にどのように変化しているかを表す偏波モード結合である。
【０００４】
光ファイバの局所的な複屈折の大きさは、ビート長（以下、「Ｌ_Ｂ」と略す。）を用いて定量化することができる。このＬ_Ｂは、光ファイバ内に入射した任意の偏光状態が再び入射時の偏光状態に戻るまでの伝搬距離のことである。
また、光ファイバの局所的な複屈折を表すもう１つのパラメータとしては、モード複屈折率Ｂが挙げられる。このモード複屈折率ＢとＬ_Ｂとの間には、下記の式（１）で表される関係が成り立っている。
【０００５】
【数１】

【０００６】
上記の式（１）において、λは光の波長である。
光ファイバの長さが短い場合には、偏波モード結合は存在しないとみなすことができ、ＰＭＤは光速Ｃと光ファイバの長さＬの関数として、下記の式（２）で表される。
【０００７】
【数２】

【０００８】
上記の式（２）から、ＰＭＤは光ファイバの長さＬに比例して増加することが分かる。一方、光ファイバの長さＬが長い場合には、ＰＭＤは下記の式（３）で表される。
【０００９】
【数３】

【００１０】
上記の式（３）から、ＰＭＤは光ファイバの長さＬの平方根に比例して増加することが分かる。
上記の式（３）において、Ｌ_Ｃは平均結合長と呼ばれ、偏波モード結合の大きさを表すパラメータであり、偏波モード結合が大きいほど小さくなるものである。偏波モード結合の大きさは、主に光ファイバの捻じれや外部から加わる力などによって決定される。
光ファイバの長さＬがＬ_Ｃよりも短い場合には、上記の式（２）を用いてＰＭＤを表すことができる。一方、光ファイバの長さＬがＬ_Ｃよりも長い場合には、上記の式（３）を用いてＰＭＤを表すことができる。
【００１１】
上記の式（２）、（３）よりＬ_Ｂが短いほど、また、Ｌ_Ｃが長いほど、ＰＭＤが大きくなることが分かる。
【００１２】
通常、光ファイバは、ボビンに巻き付けられた状態で、光ケーブル化工程に移送されるか、または、光ファイバ単体として出荷、輸送されたりする。そのため、光ファイバは、ボビンに巻き付けられた状態でＰＭＤを測定できることが望ましい。
【００１３】
しかしながら、光ファイバをボビンに巻き付けることにより、光ファイバには曲げや側圧、捻じれなどの外乱が生じ、Ｌ_ＢやＬ_Ｃが変化するため、ＰＭＤは変動する。したがって、同一の光ファイバにおいて、輸送用のボビンに巻き付けられた光ファイバのＰＭＤと、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤとでは、全く異なる値を示す（例えば、非特許文献１参照。）。これにより、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤが増加し、規格によって定められたＰＭＤの上限を超えてしまうことがあり、問題となっていた。
【００１４】
また、光ファイバは２０ｋｍ〜１００ｋｍ程度の長さで光ケーブル化工程に出荷されるが、光ケーブル化時には、１ｋｍ〜１０ｋｍ程度の長さとなる。そのため、局所的にＰＭＤの大きい箇所があると、光ケーブル化前の全長のＰＭＤは小さくとも、分割されてケーブルとなった後、ＰＭＤが大きい箇所が発生する場合があり、問題となっていた。
【非特許文献１】
ＳｃｏｔｔＧｒｉｎｄｓｔａｆｆ，ＪｏｓｅｐｈＨｉｌｌ，ＯｍｉｄＤａｎｅｓｈｖａｒ，“ＥｘｔｒａｎｓｉｃＳｔｒｅｓｓＥｆｆｅｃｔｓｏｎＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣａｂｌｅｓ”，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｉｒｅ＆ＣａｂｌｅＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，１９９３，ｐｐ．６４７−６５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバを輸送用のボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる光ファイバの偏波モード分散測定方法、光ファイバ、および光ファイバケーブルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、光ファイバをボビンに巻き付けた場合のビート長と、該光ファイバを光ケーブル化した場合の平均結合長とから、該光ファイバを光ケーブル化した場合の偏波モード分散を推定する光ファイバの偏波モード分散測定方法を提供する。
【００１７】
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、Ｐ−ＯＴＤＲを用いて前記光ファイバのレーリー散乱光強度を測定し、該レーリー散乱光強度の波形を取得した区間長Ｌの中に、波形の極値がＮ個あるとき、下記の式（４）を用いて前記ビート長（Ｌ _Ｂ）を算出することが好ましい。
【００１８】
【数４】

【００１９】
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、Ｐ−ＯＴＤＲの分解能を、ボビンに巻き付けられる光ファイバにおいて想定される最短のビート長よりも短くすることが好ましい。
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、ボビンに巻き付けたことにより誘起される光ファイバの複屈折の大きさが、光ファイバが本来有している内部の複屈折の大きさよりも小さくなるように、ボビンの半径Ｒと、ボビンに光ファイバを巻き付ける際の張力とを設定して光ファイバをボビンに巻き付けることが好ましい。
［００２０］
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、ボビンに巻き付けたことにより誘起される光ファイバの複屈折の大きさが、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさよりも小さくなるように、ボビンの半径Ｒと、ボビンに光ファイバを巻き付ける際の張力とを設定して光ファイバをボビンに巻き付けることが好ましい。
【００２１】
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、ボビンの半径Ｒと、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさＢとが、下記の式（５）を満たすようにボビンの半径Ｒを設定して、光ファイバをボビンに巻き付けることが好ましい。
【００２２】
【数５】

［００２３］
（式中、ｎは光ファイバを構成しているガラス材料（通常は石英ガラス）の屈折率、ｐ_１１とｐ_１２は光ファイバを構成しているガラス材料のポッケルス係数、νは光ファイバを構成しているガラス材料のポアソン比、ｒは光ファイバのガラス部の半径をそれぞれ表す。）
【００２４】
上記の光ファイバの偏波モード分散測定方法において、光ファイバ長手方向のＰＭＤを測定することが望ましい。
【００３１】
本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、光ファイバをボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる。
【００３２】
本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、光ファイバをボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後に光ファイバのＰＭＤが規格内であるかどうかを判定することができる。
【００３３】
本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、自由な状態での測定のための光ファイバを準備する必要がないため、光ファイバを有効に利用できる。
【００３４】
本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、付近の光ファイバの偏波モード分散の測定結果によって、測定結果を代用することなく、出荷される光ファイバそのものの偏波モード分散が測定されるため、よりよい品質の光ファイバを提供できる。
【００３５】
本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法は、光ファイバ長手方向のＰＭＤの値を測定することができるため、局所的にＰＭＤの大きな部分を発見、除去することができる。そのため、よりよい品質の光ファイバを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】異なる大きさの内部の複屈折を有する２つの光ファイバに、外部から力を加えて、大きさの異なる複屈折を誘起した際に、平均複屈折の大きさを計算した結果を示すグラフである。
【図２】光ファイバのＰＭＤの計算結果を示すグラフである。
【図３】Ｐ−ＯＴＤＲを用いて実際に測定されたレーリー散乱光強度の波形の一例を示すグラフである。
【図４】光ファイバの、ボビンに巻いた状態でのビート長と、その光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの関係を示すグラフである。
【図５】光ファイバの、ボビンに巻いた状態でのＰＭＤと、その光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの関係を示すグラフである。
【図６】光ファイバの構造の一例を示す断面図である。
【図７】光ファイバ芯線の構造の一例を示す断面図である。
【図８】光ファイバケーブルの構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…光ファイバ、２…コア部、３…クラッド部、４…１次被覆（保護層）、５…２次被覆（保護層）、１０…光ファイバ芯線、１１…テンションメンバ、１２…ルースチューブ、１３…ジェリー、１４…ジェリー、１５…押え巻き、１６…引き裂き紐、１７…シース、２０…光ファイバケーブル
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の光ファイバの偏波モード分散測定方法について詳細に説明する。
【００３９】
まず、光ファイバをボビンに巻き付けることにより、ビート長Ｌ_Ｂと平均結合長Ｌ_Ｃがどのように変化するかを個別に検討する。
Ｌ_Ｂは、光ファイバをボビンに巻き付けるときの曲げ半径、張力や側圧の影響により、ほぼボビンの半径方向に外部から複屈折が誘起されることにより変化する。
Ｌ_Ｃは、光ファイバをボビンに巻き付けたときに、光ファイバが捻じれたり、光ファイバ同士が触れ合ったりすることにより変化する。
【００４０】
ここで、光ファイバをボビンに巻き付けた後のＬ_Ｂの変化について、光ファイバ内部の複屈折と、外部から誘起された光ファイバの複屈折との関係から検討する。
光ファイバをボビンに巻き付けることにより、外部から誘起される複屈折の向きは、ほぼボビンの半径方向であるのに対して、光ファイバ内部の複屈折軸の角度はあらゆる角度を取り得る。
【００４１】
そのため、側圧が加えられた際の光ファイバの平均複屈折は、様々な角度から側圧が加えられた際の平均と考えられる。
図１は、異なる大きさの内部の複屈折を有する２つの光ファイバに、外部から力を加えて、大きさの異なる複屈折を誘起した際に、平均複屈折の大きさを計算した結果を示すグラフである。
【００４２】
図１の結果から、内部の複屈折の大きさよりも外部から誘起される複屈折の大きさが小さい場合には、平均複屈折の大きさはほとんど変化せず、内部の複屈折よりも外部から誘起される複屈折の大きさの方が大きくなると、平均複屈折の大きさは外部から誘起される複屈折の大きさとほぼ等しくなり、終には、平均複屈折の大きさは外部から誘起される複屈折の大きさよりも大きくなる。しかしながら、側圧が加わることにより、外部から複屈折が誘起された後の平均複屈折の大きさは、内部の複屈折の大きさよりも小さくなることはない。したがって、光ファイバをボビンに巻き付けることにより、平均のＬ_Ｂは必ず短くなり、これは、ＰＭＤを大きくする方向に働く。
【００４３】
一方、光ファイバをボビンに巻き付けた後のＬ_Ｃは、ボビンに巻き付けられた際の光ファイバの捻じれや、光ファイバ同士が触れ合うことにより、非常に短くなる。したがって、光ファイバをボビンに巻き付けることによるＬ_Ｃの変化は、ＰＭＤを小さくする方向に働く。
【００４４】
したがって、Ｌ_Ｂの変化の影響よりもＬ_Ｃの変化の影響が大きい場合には、光ファイバをボビンに巻き付けたときにＰＭＤが低下することになり、光ファイバを光ケーブル化して自由な状態に置くと、ＰＭＤが大きくなって問題となる。
【００４５】
以下に、ＰＭＤの計算例を示す。
例えば、光ファイバの長さを１０００ｍ、この光ファイバを０．１ｍｍの微小区間に分割したときに、この微小区間では直線複屈折のみを有すると仮定し、ジョーンズマトリクス法（ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、１９９２年９月、４巻、９号、ｐ．１０６６−１０６９参照）を用いてシミュレーションにより、光ファイバのＰＭＤの変化を計算した。
【００４６】
自由な状態に置かれた場合に、Ｌ_Ｂが１０ｍと２０ｍ、Ｌ_Ｃが３０ｍの光ファイバをボビンに巻き付けた際に、Ｌ_Ｃが短くなるとともに、ボビンの径方向に複屈折が誘起されることにより、光ファイバのＰＭＤがどのように変化するかを計算した。
【００４７】
いずれの光ファイバも、ボビンに巻き付けることにより、Ｌ_Ｃが３ｍになるようにした。計算に用いた平均結合長は、光ファイバを自由な状態に置いた場合と、ボビンに巻き付けた場合の典型的な値である。光ファイバのＰＭＤの計算結果を図２に示す。
【００４８】
図２の結果から、光ファイバをボビンに巻き付けることによって、外部から誘起される複屈折の大きさが小さい場合には、ボビンに巻き付けられた状態の光ファイバのＰＭＤは、自由な状態に置かれた場合よりも小さくなることが分かる。
【００４９】
また、自由な状態に置かれた場合の光ファイバのＬ_Ｂが異なると、外部から誘起される複屈折の大きさに対するＰＭＤの変化の大きさが異なることも分かる。そのため、光ファイバが自由な状態に置かれた場合には、ＰＭＤが異なる値であるにもかかわらず、外部から誘起される複屈折の大きさによっては、両者のＰＭＤが同じ値となることがある。そして、これよりも大きな複屈折が誘起された場合には、両者のＰＭＤの大小関係は、自由な状態に置かれた場合と逆転する。つまり、ボビンに巻き付けた光ファイバのＰＭＤを測定することのみで、自由な状態に置かれた光ファイバのＰＭＤを推定することは不可能である。
【００５０】
ここで、発明者らが知りたいのは、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤの大きさであるが、光ファイバケーブルは、光ファイバにかかる外力を極力小さくするような構造となっているため、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤは、自由な状態に置かれた光ファイバのＰＭＤとほぼ同等である。
よって、ボビンに巻き付けたＰＭＤを測定するのみで、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することは不可能である。
【００５１】
しかしながら、ボビンに巻き付けた状態で光ファイバのＬ_Ｂが分かれば、光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｂがそれよりも短くならないことが分かった。そのため、光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｃが分かれば、下記の式（２）を用いて、光ケーブル化後のＰＭＤを推定することができる。
【００５２】
【数６】

【００５３】
光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｃは、光ファイバケーブルの構造、光ファイバや光ファイバケーブルに用いられる樹脂の材質や表面性といった主に外的要因によって決まる。したがって、別途、Ｌ_Ｃ測定用の光ファイバを用いることなく、前もって、同じ構造、同じ材質、同じ表面性の樹脂からなる他の光ファイバケーブル内の同種光ファイバを用いて、Ｌ_Ｃを測定しておくことで、光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｃを知ることができる。
【００５４】
次に、具体的な光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｃの測定方法の例を以下に述べる。
最初に光ファイバケーブル全長の光ファイバのＰＭＤを測定し、続いて５ｍ程度の区間を取り出して再び光ファイバのＰＭＤを測定する。
５ｍ程度の短い光ファイバケーブルでは、偏波モード結合は存在しないとみなすことができ、上記の式（２）を用いて、Ｌ_Ｂを求めることができる。
ここで求めたＬ_Ｂと、光ファイバケーブル全長の光ファイバのＰＭＤから、下記の式（３）を用いて、Ｌ_Ｃを求めることができる。
【００５５】
【数７】

【００５６】
よって、上記の式（２）、（３）から、光ファイバをボビンに巻き付けた状態でＬ_Ｂと、先に算出したＬ_Ｃより、光ケーブル化後のＰＭＤを推定することができる。
【００５７】
次に、Ｐ−ＯＴＤＲ（ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＲｅｆｒｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いて、被測定光ファイバを光ケーブル化した後のＰＭＤを推定する方法について説明する。
【００５８】
この方法では、Ｐ−ＯＴＤＲを用いることで、被測定光ファイバがボビンに巻き付けられている状態でＬ_ＢとＬ_Ｃとを独立に測定することが可能である。具体的には、文献Ａ（Ｆ．Ｃｏｒｓｉ，ＡＧａｌｔａｒｏｓｓａ，ａｎｄＬ．Ｐａｌｍｉｅｒｉ，“ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｉｎｇｌｅ−ＭｏｄｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＵｓｉｎｇＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔ．１９９８，ｐｐ．１８３２−１８４３）や、文献Ｂ（Ｍ．Ｗｕｉｌｐａｒｔ，Ｇ．Ｒａｖｅｔ，Ｐ．Ｍｅｇｒｅｔ，ａｎｄＭ．ｂｌｏｎｄｅｌ，“ＰＭＤｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗｉｔｈａｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＯＴＤＲ”，ＥＣＯＣ２００２）に記載されているような手法を用いることができる。
【００５９】
図３は、Ｐ−ＯＴＤＲを用いて実際に測定されたレーリー散乱光強度の波形の一例を示すグラフである。
上記の文献Ａ、文献Ｂによれば、Ｌ_Ｂの算出方法の一つに、Ｐ−ＯＴＤＲを用いて測定されたレーリー散乱光強度の波形を取得した区間長Ｌの中に、波形の極値がＮ個あるとき、下記の式（４）を用いてＬ_Ｂを算出する方法がある。
【００６０】
【数８】

【００６１】
図３に示すような波形を有する光ファイバの場合、１００ｍの区間において極値が１９個あるため、Ｌ_Ｂは２１ｍであることが分かる。このように、Ｐ−ＯＴＤＲを用いてボビンに巻き付けられた光ファイバのＬ_Ｂを測定し、別途、自由な状態における光ファイバケーブルのＬ_Ｃを測定しておくことで、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる。
なお、ここではＬ_Ｂを算出する方法として上記の式（４）を用いたが、Ｌ_Ｂの算出方法はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いることもできる。
［００６２］
ここで、上記の文献Ａ、文献Ｂでは、Ｐ−ＯＴＤＲを用いて、自由な状態における被測定光ファイバのＬ_ＢとＬ_Ｃを測定していた。一方、本発明にあっては、光ファイバをボビンに巻き付けてＬ_Ｂを測定し、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定しているという点で、従来の方法とは異なっている。
［００６３］
次に、被測定光ファイバのＬ_Ｂと、ＰＭＤの測定に使用するＯＴＤＲの分解能との関係について説明する。
偏波保持ファイバを除くシングルモードファイバでは、Ｌ_Ｂは通常１０ｃｍ以上であるため、ＯＴＤＲの分解能が１０ｃｍよりも短ければ、どのようなシングルモードファイバであっても、Ｌ_ＢとＬ_Ｃとを独立に測定することができる。
【００６４】
このような用途においては、例えば、フォトンカウンティングＯＴＤＲといった技術を用いれば、１ｃｍ以下の分解能を得ることができるため、偏波保持ファイバ以外のいかなるシングルモードファイバにも適用することができる。
なお、測定の対象となるモードのみを選択的に励振および受光する手段を用いることで、Ｐ−ＯＴＤＲを用いたＰＭＤの測定方法をマルチモードファイバにも適用することができる。
【００６５】
次に、ボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる光ファイバについて説明する。
ボビンに巻き付けたことにより誘起される光ファイバの複屈折の大きさが、内部の複屈折の大きさより小さい場合には、前述のように、ボビンに巻き付けた時の光ファイバの複屈折の大きさは、光ケーブル化後の光ファイバの複屈折の大きさとほとんど変わらない。
したがって、ボビンに巻き付けた状態で測定した光ファイバのＬ_Ｂは、光ケーブル化後の光ファイバのＬ_Ｂとほぼ等しい。よって、先に同種の光ファイバを用いて光ファイバケーブルのＬ_Ｃを測定しておけば、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる光ファイバを提供することができる。
【００６６】
光ケーブル化後のＬ_Ｃは、主に、光ファイバ内部の複屈折と、光ファイバケーブルの構造によって発生する外力とによって決定される。多くの場合、Ｌ_ＢによらずＬ_Ｃは一定と考えて問題ない。しかし、Ｌ_Ｂが短い場合、つまり光ファイバ内部の複屈折が大きい場合、光ファイバに外力がかかっても偏波モード結合が誘起されにくくなり、Ｌ_Ｃが一定と見なせない場合が存在する。しかしその場合も、Ｌ_ＣをＬ_Ｂの関数として取得しておけば、本方法を適用することが可能である。
【００６７】
特開平１１−２０８９９８号公報では、ボビンに巻き付けた光ファイバのＰＭＤと、自由な状態に置かれた光ファイバのＰＭＤとが一致するように、光ファイバを巻き取る方法が開示されている。しかしながら、上述したように、自由な状態に置かれた光ファイバの内部の複屈折より、ボビンに巻き付けた光ファイバのＰＭＤの変化の仕方は変わるため、この方法においては、前もって自由な状態に置かれた光ファイバの内部の複屈折を知らなければ巻き取り方法を決定できない。
［００６８］
そのため、光ファイバ毎にＬ_Ｂが異なる場合、すなわち、実際の製造工程においては、その効果は、本発明で得られる効果よりも小さい。
［００６９］
次に、ボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後に光ケーブルのＰＭＤの規格を満たすかどうかを判定できる光ファイバについて説明する。
光ファイバをボビンに巻き付けたことにより、誘起される複屈折の大きさが、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさよりも小さいことが分かれば、光ケーブル化後の複屈折が光ファイバの規格上許容される内部の複屈折より小さいことが分かる。
［００７０］
よって、光ファイバをボビンに巻き付けた状態で、誘起される複屈折の大きさと、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさとを測定することにより、この光ファイバが、光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすかどうかを判定することができる。
なお、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の最大値は、定められたＰＭＤの上限値と、光ファイバケーブルの平均結合長から、上記の式（１）、（３）を用いて算出することができる。
［００７１］
次に、光ファイバをボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後に光ファイバケーブルにおける光ファイバのＰＭＤの規格を満たすかどうかを判定できるボビンの半径について説明する。
文献Ｃ（Ｒ．Ｕｌｒｉｃｈ，Ｓ．Ｃ．Ｒａｓｈｌｅｉｇｈ，ａｎｄＷ．Ｅｉｃｋｈｏｆｆ，“Ｂｅｎｄｉｎｇ−ｉｎｄｕｃｅｄｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｉｎｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓ”，Ｏｐｔｉｃｓｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５，Ｎｏ．６，Ｊｕｎｅ１９８０，ｐｐ．２７３−２７５）によれば、光ファイバをボビンに巻き付けた際の曲げにより誘起される複屈折Ｂは、光ファイバの屈折率ｎ、ポッケルス係数ｐ_１１、ｐ_１２、ポアソン比ν、光ファイバの半径ｒおよびボビンの半径Ｒから、下記の式（６）で表される。
【００７２】
【数９】

【００７３】
上記の式（６）から、光ファイバの曲げにより誘起される複屈折の大きさＢが、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさより小さければ、光ファイバをボビンに巻き付けた状態における測定で、その光ファイバが光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすかどうかを判定することができる。
よって、ボビンの半径Ｒは、下記の式（５）の関係を満たすことが好ましい。
【００７４】
【数１０】

［００７５］
ここで、Ｂ’は光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさの最大値であり、定められたＰＭＤの上限値と、光ファイバケーブルの平均結合長から、上記の式（１）、（３）を用いて算出することができる。
［００７６］
ここで、ボビンが、光ファイバへの張力を一時的に緩めることが可能な構造になっていれば、張力により光ファイバ内部に発生する複屈折の影響を除去することができて好ましい。
［００７７］
ここで、光ファイバ長手方向のＰＭＤの分布を推定すると好ましい。
［００７８］
本発明以前には、光ファイバを切断することなくビート長の測定を行う測定方法が存在しなかった。そのため、本発明の方法を用いることで初めて、光ケーブル化工程以前に、光ケーブル化後のＰＭＤを知ることができるファイバを提供することができる。
［００７９］
また、本方法は、光ファイバの長手方向にビート長の測定が可能であるため、部分的にビート長が短い個所が存在する場合でも、特定することができる。そして、本発明の方法を用い、光ファイバのビート長が部分的に短くなる個所を特定することで初めて、その原因の特定および製造工程の改善を行うことができる。その結果、光ケーブル化工程で光ファイバが分割された後でも、全ての光ファイバケーブルにおいて良好なＰＭＤを得ることができる光ファイバを提供することができる。
［００８０］
４０Ｇｂ／ｓ伝送においては、光ファイバのＰＭＤは０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であることが好ましい。また、伝送路は複数本の光ファイバによって構成されるため、少なくとも、伝送路全体としては、ＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であることが求められる。発明者が、さまざまな構造の光ファイバ、光ファイバケーブルの組み合わせを用いて調査を行ったところ、光ケーブル化後のビート長が１５ｍ以上の光ファイバを連結して１つの伝送路とした場合には、伝送路全体として、ＰＭＤを０．１ｐｓ／√ｋｍ以下とすることが出来た。また、光ケーブル化後のビート長が３０ｍ以上の光ファイバについては、個別の光ファイバで、すべてＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であった。よって、本発明の方法を用いて測定したビート長は１５ｍ以上であることが好ましく、３０ｍ以上であることがより好ましい。
【００８１】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００８２】
ケーブル化前の被測定光ファイバを、直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで３０００ｍ巻き付けた。この被測定光ファイバの内部の複屈折の大きさを測定したところ、Ｌ_Ｂは３０ｍであった。
一方、被測定光ファイバとは別に、同種の光ファイバを３０００ｍの光ファイバケーブルとしたところ、この光ファイバケーブルを構成する光ファイバのＰＭＤは０．０５ｐｓ／√ｋｍであり、Ｌ_Ｂは３０ｍであった。したがって、この被測定光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＬ_Ｃは上記の式（３）より、約８５ｍであると推定できた。
【００８３】
以上の結果から、被測定光ファイバをケーブル化した後のＰＭＤは０．０５ｐｓ／√ｋｍと推定することができた。被測定光ファイバを実際に光ファイバケーブルとしたところ、ＰＭＤは０．０５ｐｓ／√ｋｍであった。
【実施例２】
【００８４】
ケーブル化前の被測定光ファイバを、直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで３０００ｍ巻き付けた。Ｐ−ＯＴＤＲの測定によって、Ｌ_Ｂを測定したところ、Ｌ_Ｂは２５ｍであった。
一方、被測定光ファイバとは別に、同種の光ファイバを３０００ｍの光ファイバケーブルとしたところ、ＰＭＤは０．０７ｐｓ／√ｋｍであり、Ｌ_Ｂは２０ｍであった。したがって、この被測定光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＬ_Ｃは上記の式（３）より、約７３ｍであることが分かった。
【００８５】
以上の結果から、被測定光ファイバをケーブル化した後のＰＭＤは０．０６ｐｓ／√ｋｍと推定することができた。被測定光ファイバを実際に光ファイバケーブルとしたところ、ＰＭＤは０．０６ｐｓ／√ｋｍであった。
【実施例３】
【００８６】
被測定光ファイバを、直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで３０００ｍ巻き付け、分解能２ｍのＯＴＤＲを用いてＰ−ＯＴＤＲ測定したところ、Ｌ_Ｂを測定するために必要な、図３に示すような波形を観測することができなかった。
一方、分解能１ｃｍのＯＴＤＲを用いてＰ−ＯＴＤＲ測定を行ったところ、図３のような波形を観測することができ、Ｌ_Ｂは１．２ｍであることが分かった。
【００８７】
他方、被測定光ファイバとは別に、同種の光ファイバを３０００ｍの光ファイバケーブルとしたところ、ＰＭＤは１．０ｐｓ／√ｋｍであり、Ｌ_Ｂは２．０ｍであった。したがって、この被測定光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＬ_Ｃは上記の式（３）より、約１５０ｍであることが分かった。
以上の結果から、被測定光ファイバをケーブル化した後のＰＭＤは１．６７ｐｓ／√ｋｍと推定することができた。被測定光ファイバを実際に光ファイバケーブルとしたところ、ＰＭＤは１．６０ｐｓ／√ｋｍであり、正しく推定できていることが分かった。
【実施例４】
【００８８】
実施例１で用いたものと同種で、外力により複屈折が誘起されていない状態でＬ_Ｂが３０ｍの３０００ｍの光ファイバを用意し、この光ファイバを直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで巻き付けた。
この光ファイバをボビンに巻き付けた後に、Ｐ−ＯＴＤＲによりＬ_Ｂを測定したところ、３０ｍであった。次に、この光ファイバを張力７０ｇｆで同じボビンに巻き付けたところ、Ｌ_Ｂは１６ｍと、外力により複屈折が誘起されていない状態よりも短かった。
【００８９】
この光ファイバを実施例１と同様の光ファイバケーブルとした場合のＬ_Ｃは８５ｍであるから、張力２０ｇｆでボビンに巻き付けた場合には、この光ファイバの光ケーブル化後のＰＭＤは０．０５ｐｓ／√ｋｍと推定できた。また、張力７０ｇｆでボビンに巻き付けた場合には、この光ファイバの光ケーブル化後のＰＭＤは０．１ｐｓ／√ｋｍと推定することができた。
【００９０】
これら２つの光ファイバをケーブル化した後のＰＭＤはいずれも０．０５ｐｓ／√ｋｍであり、張力２０ｇｆでボビンに巻き付けた場合のビート長からは、ＰＭＤを正確に推定することができたが、張力７０ｇｆでボビンに巻き付けた場合のビート長からはＰＭＤを推定することができなかった。
【実施例５】
【００９１】
４０Ｇｂ／ｓ伝送において、光ファイバケーブルの光ファイバのＰＭＤは０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であることが望ましい。実施例１と同種の光ファイバを、実施例１と同種の光ファイバケーブルとする場合、光ファイバケーブルのＬ_Ｃは約８５ｍであるため、上記の式（３）によると、光ケーブル化時のＬ_Ｂが１５ｍよりも長ければ、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下のＰＭＤを達成することができる。
【００９２】
実施例１に挙げた光ファイバと同種で、長さ３０００ｍの光ファイバを用意し、この光ファイバを、直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで巻き付け、Ｐ−ＯＴＤＲを用いてＬ_Ｂを測定したところ、Ｌ_Ｂは２０ｍであった。次に、この光ファイバを、直径１５０ｍｍのボビンに張力７０ｇｆで巻き付け、Ｐ−ＯＴＤＲでＬ_Ｂを測定したところ、Ｌ_Ｂは１０ｍであった。
【００９３】
さらに、この光ファイバを光ファイバケーブルにしたところ、ＰＭＤはともに０．０６ｐｓ／√ｋｍであり、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であった。
すなわち、この光ファイバを、直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで巻き付けた場合には、ボビンに巻き付けたことにより誘起される複屈折の大きさが、ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさよりも小さかったため、この光ファイバがボビンに巻き付けられた状態で、光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすことが確認できた。しかしながら、この光ファイバを直径１５０ｍｍのボビンに張力７０ｇｆで巻き付けた場合には、この光ファイバがボビンに巻き付けられた状態で、光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすことが確認できなかった。
【実施例６】
【００９４】
実施例１と同種の光ファイバを、実施例１と同種の光ファイバケーブルとする場合、光ファイバケーブルのＬ_Ｃは約８５ｍであるため、上記の式（３）によると、この光ファイバをボビンに巻き付けた際のＬ_Ｂが１５ｍよりも長ければ、光ケーブル化時に、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下のＰＭＤを達成することができることが分かった。ここで、上記の式（１）、（６）によると、Ｌ_Ｂが１５ｍとなるボビンの半径は、波長１．５５μｍにおいては、約０．０７ｍであった。
【００９５】
この値を算出するのに、波長１．５５μｍにおける値として、ｎ＝１．４４４、ｐ_１１＝０．１４８６、ｐ_１２＝０．２９５９、ν＝０．１８６を用いた。これは、波長１．５５μｍにおける合成石英の値であり、光ファイバを構成する部材はほとんどが合成石英であるため、この値を用いることができる。また、ｒ＝６２．５×１０^−６ｍとし、ファイバ被覆の影響を考慮しなかった。
【００９６】
よって、この光ファイバを半径０．０７ｍ以上のボビンに巻き、そのときのＬ_Ｂが１５ｍ以上であれば、光ケーブル化後に光ファイバのＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下となることを確認できた。
【００９７】
一方、この光ファイバを半径０．０７ｍ以下のボビンに巻き付けてしまうと、曲げにより誘起された複屈折の影響では、Ｌ_Ｂは１５ｍ以下となってしまうため、ボビンに巻き付けた状態では、光ケーブル化後にＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下となるかどうかを確認することができなかった。
【００９８】
実施例１に挙げた光ファイバと同種で長さ３０００ｍの光ファイバを用意し、この光ファイバを直径３００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで巻き付け、Ｐ−ＯＴＤＲでＬ_Ｂを測定したところ、２０ｍであった。
次に、この光ファイバを直径１００ｍｍのボビンに張力２０ｇｆで巻き付け、Ｐ−ＯＴＤＲでＬ_Ｂを測定したところ、７ｍであった。
さらに、この光ファイバを光ファイバケーブルにしたところ、ＰＭＤはともに０．０６ｐｓ／√ｋｍであり、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であった。
【００９９】
すなわち、この光ファイバを直径３００ｍｍのボビンに巻き付けた場合には、ボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすことが確認できたが、直径１００ｍｍのボビンに巻き付けた場合には、確認できなかった。
【０１００】
実施例１に挙げた光ファイバと同種で長さ１００００ｍの光ファイバを用意し、この光ファイバを直径３００ｍｍのボビンに張力１００ｇｆで巻き付け、Ｐ−ＯＴＤＲでＬ_Ｂを測定したところ、１０ｍであった。
【０１０１】
この光ファイバを巻き付けたボビンは、張力を緩めることができる構造となっている。そこで、一時的に張力を緩め、同様の測定を行ったところ、０ｍ〜９０００ｍの区間ではＬ_Ｂは２５ｍであった。しかし、９０００ｍ〜１００００ｍの間では、Ｌ_Ｂが１０ｍであった。
【０１０２】
さらに、この光ファイバを１０００ｍずつ１０芯の光ファイバケーブルにしたところ、０ｍ〜９０００ｍの区間を用いた光ケーブル芯線のＰＭＤは０．０３〜０．０６ｐｓ／√ｋｍの範囲であったが、９０００〜１００００ｍの区間を用いた芯線は０．１ｐｓ／√ｋｍを超えてしまった。
【０１０３】
すなわち、一時的に張力を緩める構造にすることで、光ケーブル化後にＰＭＤの規格を満たすかどうかを確認できたが、該構造がない場合には、確認できなかった。また、測定後には、測定前と同じ張力に戻したため、その後の製造工程で、光ファイバの繰り出しが困難になることもなかった。
【０１０４】
また、Ｐ−ＯＴＤＲを用いることで、光ファイバ長手方向のＰＭＤを測定することもできた。
【実施例７】
【０１０５】
発明者は、さまざまな構造の光ファイバ、光ファイバケーブルの組み合わせを用いて、伝送路全体として０．１ｐｓ／√ｋｍ以下のＰＭＤを達成するために必要なビート長、また、個別の光ファイバケーブルで０．１ｐｓ／√ｋｍ以下のＰＭＤを達成するために必要なビート長を調査した。その結果、光ケーブル化後のビート長が１５ｍ以上の光ファイバを連結した場合には、伝送路全体として０．１ｐｓ／√ｋｍ以下のＰＭＤとすることが出来た。また、光ファイバケーブルとしたときのビート長が３０ｍ以上の光ファイバについては、個別の光ファイバすべてで、ＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下であった。
【０１０６】
すなわち、ボビンに巻かれた状態でのビート長は１５ｍ以上であることが好ましく、さらに、ボビンに巻かれた状態でのビート長が３０ｍ以上であれば、光ファイバケーブルの種類によらず、光ケーブル化後のＰＭＤを０．１ｐｓ／√ｋｍ以下とすることができる。
【０１０７】
そこで、さまざまな複屈折をもつ光ファイバを作製し、張力４０ｇｆで、直径３００ｍｍのボビンに、３０００ｍの長さで巻きつけた。そして、ボビンに巻いた状態でのビート長と、その光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの関係を測定した。その結果を図４に示す。図４から、ボビンに巻いた状態でのビート長と、該光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの間には、明確な関係を見出すことができる。
【０１０８】
ボビンに巻いた状態でのビート長が１５ｍ以上の光ファイバの、光ケーブル化後のＰＭＤの平均値は、０．０５ｐｓ／√ｋｍであった。
【０１０９】
また、ボビンに巻いた状態でのビート長が１５ｍ以上の光ファイバを、光ケーブル化後に全て接続し、１本の伝送路としてからＰＭＤを測定したところ、伝送路のＰＭＤは０．０６ｐｓ／√ｋｍであり、０．１ｐｓ／√ｋｍよりも小さかった。
【実施例８】
【０１１０】
実施例７で使用した光ファイバのうち、ボビンに巻いた状態でのビート長が３０ｍ以上の光ファイバの、光ケーブル化後のＰＭＤの平均値は、０．０１５ｐｓ／√ｋｍであり、ケーブル化後にＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍを超える光ファイバケーブルはなかった。
【０１１１】
また、ボビンに巻いた状態でのビート長が３０ｍ以上の光ファイバを、光ケーブル化後に全て接続し、１本の伝送路としてからＰＭＤを測定したところ、伝送路のＰＭＤは０．０１６ｐｓ／√ｋｍであり、０．１ｐｓ／√ｋｍよりも十分に小さかった。
比較例
【０１１２】
実施例７で使用した光ファイバのＰＭＤを、ボビンに巻かれた状態で測定し、ボビンに巻いた状態でのＰＭＤと、その光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの関係を測定した。その結果を図５に示す。図５から、ボビンに巻いた状態でのＰＭＤと、該光ファイバを光ファイバケーブルとした後のＰＭＤとの間に、明確な関係を見出すことはできない。
【０１１３】
ボビンに巻いた状態でのＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下の光ファイバの、光ケーブル化後のＰＭＤの平均値は、０．０９ｐｓ／√ｋｍであり、実施例７よりも悪く、０．１ｐｓ／√ｋｍよりも十分小さくはならなかった。
【０１１４】
また、ボビンに巻いた状態でのＰＭＤが０．１ｐｓ／√ｋｍ以下の光ファイバを、光ケーブル化後に全て接続し、１本の伝送路としてからＰＭＤを測定したところ、伝送路のＰＭＤは０．１１ｐｓ／√ｋｍであり、０．１ｐｓ／√ｋｍ以上であった。
【０１１５】
図６は、本発明による光ファイバの構造の一例を示す断面図である。図中、符号１は光ファイバ、符号２はコア部、符号３はクラッド部を示す。
図７は、光ファイバ芯線の構造の一例を示す断面図である。図中、符号１は光ファイバ、符号４は１次被覆、符号５は２次被覆を示す。１次被覆４、及び２次被覆５は、光ファイバ１を保護する保護層を構成する。
図８は、本発明による光ファイバケーブルの構造の一例を示す断面図である。図中、符号２０は光ファイバケーブル（ルースチューブタイプ）、符号１０は光ファイバ芯線、符号１１はテンションメンバ、符号１２はルースチューブ、符号１３，１４はジェリー、符号１５は押え巻き、符号１７はシースを示す。
【０１１６】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の、光ファイバの偏波モード分散測定方法によれば、光ファイバを輸送用のボビンに巻き付けた状態で、光ケーブル化後の光ファイバのＰＭＤを推定することができる。

Claims

光ファイバをボビンに巻き付けられた場合のビート長と、該光ファイバを光ケーブル化した場合の平均結合長とから、該光ファイバを光ケーブル化した場合の偏波モード分散を推定することを特徴とする光ファイバの偏波モード分散測定方法。
Ｐ−ＯＴＤＲを用いて前記光ファイバのレーリー散乱光強度を測定し、該レーリー散乱光強度の波形を取得した区間長Ｌの中に、波形の極値がＮ個あるとき、下記の式を用いて前記ビート長（Ｌ _Ｂ）を算出することを特徴とする請求項１に記載の、光ファイバの偏波モード分散測定方法。
前記Ｐ−ＯＴＤＲの分解能を、ボビンに巻き付けられる光ファイバにおいて想定される最短のビート長よりも短く設定することを特徴とする請求項２に記載の、光ファイバの偏波モード分散測定方法。
ボビンに巻き付けたことにより誘起される光ファイバの複屈折の大きさが、光ファイバが本来有している内部の複屈折の大きさよりも小さくなるように、ボビンの半径Ｒと、ボビンに光ファイバを巻き付ける際の張力とを設定して光ファイバをボビンに巻き付けることを特徴とする請求項１に記載の、光ファイバの偏波モード分散測定方法。
ボビンに巻き付けたことにより誘起される光ファイバの複屈折の大きさが、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさよりも小さくなるように、ボビンの半径Ｒとボビンに光ファイバを巻き付ける際の張力とを設定して光ファイバをボビンに巻き付けることを特徴とする請求項１に記載の、光ファイバの偏波モード分散測定方法。
ボビンの半径Ｒと、光ファイバの規格上許容される内部の複屈折の大きさの最大値Ｂ’とが、下記の式を満たすようにボビンの半径Ｒを設定して、光ファイバをボビンに巻き付けることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの、偏波モード分散測定方法。

（式中、ｎは光ファイバの屈折率、ｐ_１１とｐ_１２はポッケルス係数、νはポアソン比、ｒは光ファイバの半径をそれぞれ表す。）
偏波モード分散の長手方向の分布を測定することを特徴とする請求項１に記載の、光ファイバの偏波モード分散測定方法。