JP4930107B2 - 光ファイバのpmd特性測定方法、線引方法、異常個所特定方法、光ファイバ伝送路構築方法 - Google Patents
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Description
複屈折は、光ファイバコアの非円や、光ファイバに作用する外圧などの非等方的な応力によって、光ファイバ中を伝搬する二つの直交偏波モード成分間の縮退が解け、各モードの屈折率に差が生じる現象であり、複屈折の大きさを表すパラメタである複屈折率(B)は、次式で表される。
(ここで、nx,nyはそれぞれ直交偏波モードの等価屈折率)
(ここで、λは光波長)
ブリルアン散乱とは、光ファイバ中を光(ポンプ光)が伝搬するとき、ポンプ光によって光ファイバ中に音響波が発生し、そのポンプ光と音響波の相互作用により、ポンプ光の一部が低周波数側にシフトされつつ後方に散乱される現象である。ポンプ光と対向伝搬する光(プローブ光)がある場合には、前述の散乱光はプローブ光を増幅する利得となる。石英系ファイバの場合、ポンプ光とプローブ光の周波数差が約10GHzのときにこの利得は最大となり、このときにプローブ光が受ける利得をブリルアンゲインと呼ぶ。
ブリルアンゲインは、ポンプ光とプローブ光の相対的な偏波状態にもよって変化する。例えば、光ファイバ内のある位置において、ポンプ光とプローブ光の偏波が一致するときにブリルアンゲインは最大となり、直交するときにブリルアンゲインはゼロとなる。
光ファイバがある区間内において一様な複屈折率を持っている場合、ポンプ光とプローブ光は、ビート長(LB)を一周期として、周期的に偏波状態を変えながら互いに逆向きに伝搬する。このことから、ブリルアンゲインもファイバ長手方向に周期的な変動を有し、その変動周期(LP)は次式で表される(図1参照)。
このとき、ポンプ光およびプローブ光の少なくとも一方は、偏波コントローラにより入射偏波状態を制御されていてもよい。このようにすることで、測定対象区間におけるブリルアンゲインの振動をより明確に観測することができる。
光ファイバ内には、ポンプ光とプローブ光の相関が高まる位置(相関ピーク位置)が周期的に存在する。
相関ピーク位置(位置a)では、ポンプ光とプローブ光の周波数は同期して振動しており、その周波数差は常に一定となるので、プローブ光は、本来のブリルアンゲインを受ける。一方、相関の低い位置(位置b)ではポンプ光とプローブ光の周波数差が絶えず変動しているため、プローブ光はブリルアンゲインをほとんど受けない。
本発明ではこの測定位置の設定を従来の技術より精緻にできることに特徴がある。本発明は距離分解能において優れているからである。
例えば、偏波コントローラの制御により、プローブ光および/またはポンプ光の入射偏波状態を制御することができる。
ここで、入射偏波状態とは、光ファイバの直交偏波モードに対する入射角(PC2の偏光子により制御)と、直交偏波モード成分間の位相差(PC2の波長板により制御)で決まる。
また、ポンプ光・プローブ光の入射偏波状態として、複数の偏波状態(例えば、それぞれ0度、45度、90度の入射角差を持つ直線偏波、および/または円偏波)を用いて測定・解析を行うことにより、ポンプ光・プローブ光のストークスパラメータの長手分布を求めることができる。
すなわち、ブリルアンゲイン変動からゲイン変動周期(LP)を算出することができ、フーリエ変換は通常、高速フーリエ変換(FFT)によりパソコン上で実行される。FFTは文献(Press, et al., 「Numerical Recipes in C, Second Edition」, Chapter12, Cambridge University Press.)により公知であり、その手順について簡単に説明すれば、(1)まず、被測定光ファイバにおける測定位置を含む所定区間の連続するデータN個を抽出し、(2)次に、データN個を用いて高速フーリエ変換を行ってスペクトル波形を得、(3)スペクトル波形がピークとなる周波数[1/m]がその区間における1/Lpに相当する。(4)そして、データを抽出する区間を少しずつずらして前記(1)〜(3)を繰り返すことで、(5)被測定光ファイバの各測定位置における長手方向のゲイン変動周期LP(または1/LP)の分布を得る(図3参照)。このLPからPMD特性を求めることができるのは前述の通りである。このときのLPと測定位置の対応は種々考えられるが、例えば、N個のデータのN/2番目の測定位置とLPが対応するものとすればよい。
ブリルアンゲインが極大となる測定位置が存在するように、前記被測定光ファイバに入射するプローブ光とポンプ光の入射偏波状態を制御するには、例えば、偏波コントローラによりプローブ光および/またはポンプ光の偏波状態を制御すればよい。
揺動周期の調整とは、例えば、光ファイバの揺動線引工程におけるファイバの捻回速度、反転周期、反転時の反転のさせ方など、この種分野において通常行われている各種調整手段をいう。
前記測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第1の許容範囲とを比較し、前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第1の許容範囲を超えた場合は前記測定区域を異常区域と判定し、
前記異常区域内において、各測定位置の間隔を狭めて前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第2の許容範囲とを比較し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第2の許容範囲を超えた場合は前記再測定区域を異常個所と特定することを特徴とする光ファイバの異常部分測定方法を包含する。たとえば第1の許容範囲は再測定の基準であり、第2の許容範囲は異常の判定基準である。これにより、布設された光ファイバであっても異常区域を迅速且つ精緻に特定できる。
まず、本発明に係る光ファイバのPMD特性測定方法を実施する測定装置の一例を図4に示す。前記装置の光源は、レーザダイオード(LD)2と波形発生器1から構成される。波形発生器1により、LD2への印加電流を正弦波状に変調することにより、周波数変調された連続光を出力する。光源からの出力光は3dBカプラ3により分岐される。
光源への周波数変調の変調周波数は、被測定光ファイバ7内の所定の測定位置と相関ピーク位置が一致するように設定されており、主に相関ピーク位置においてプローブ光がポンプ光よりブリルアンゲインを得る。
ブリルアンゲインを得たプローブ光は、ポンプ光入射端より出射され、サーキュレータ13により取り出される。
取り出されたプローブ光は、光フィルタ14によって余分な成分を除去された後、フォトディレクタ(PD)15により電気信号に変換される。ロックインアンプ(LIA)16では、強度変調器9と同期した同期検出を行うことにより、プローブ光が得たブリルアンゲインを測定する。
解析部17は、その一部もしくは全部を、コンピュータや専用回路などのハードウエア資源、コンピュータ・プログラムなどのソフトウエア資源で実現されるもので、ロックインアンプ(LIA)16から入力されるブリルアンゲイン測定値および各測定位置でのブリルアンゲイン変動に基づき、後述の如くPMD特性を算出し得るよう構成される。
また、前記偏波コントローラ2(PC2)は、入射ポンプ光の偏波状態を制御することにより、光ファイバ中のポンプ光の偏波状態の制御を行うものであるが、光ファイバ中のポンプ光とプローブ光の相対的な偏波状態の制御のため、もう一つ偏波コントローラ(PC3)を設置して、入射プローブ光の偏波状態を制御してもよい。その場合、例えば、位相変調器4の後のISO6と被測定光ファイバ7の間に設置するとよい(図4参照)。
ここでは、被測定光ファイバ7の一部が半径15mmの円状に巻かれたものとし、複屈折は、曲げによって誘起される複屈折が支配的であり、偏波結合は起こっていない。
図5中の四角ポイントのデータと三角ポイントのデータはそれぞれ、位置0m(Position 0m)を測定基準点として、この測定基準点におけるブリルアンゲインが各々極大、極小となるようにポンプ光の入射偏波状態を前記偏波コントローラ2(PC2)8により制御した時の結果である。
まず、BOCDAにより、被測定光ファイバの長手方向に沿った複数位置でBGSを発生させ、前記BGSの各測定位置でのブリルアンゲイン変動に基づきPMD特性を算出するPMD特性測定方法の実施の一例について、図6を参照しながら説明する。
区間制御ステップ(S1):まず、被測定光ファイバ7の全長、または、被測定光ファイバ7における一定区間を測定区間に設定する。
位置制御ステップ(S2):次に、波形発生器1において、光源への周波数変調の変調周波数を制御することにより、相関ピーク位置すなわち測定位置を測定区間内に設定する。
ブリルアンゲイン測定ステップ(S3):相関ピーク位置においてプローブ光が得るブリルアンゲインを測定する。
測定完了確認ステップ(S4):S1で設定した測定区間内における、S2で設定した各測定位置での測定が完了すれば、解析部17での解析ステップへ移る。測定が未了であれば、次の測定位置に相関ピーク位置が一致するよう設定し、引き続きブリルアンゲイン測定を行う。
解析ステップ(S5):前記各測定位置において得られたブリルアンゲイン測定結果を解析部17で解析し、ブリルアンゲイン変動周期、およびPMD特性(ビート長、複屈折率など)を算出すると共に、各測定位置におけるPMD特性の良否判定などを行う。
出力ステップ(S6):前記解析ステップで得られた各測定位置でのブリルアンゲイン変動周期、PMD特性、PMD特性の良否判定結果を出力し測定を終了する。
次に、前記実施例1において、被測定光ファイバ中にブリルアンゲインが最大利得となる測定基準点が存在するように、被測定光ファイバに入射するプローブ光とポンプ光の入射偏波状態を制御する場合の実施例に関し、図7を参照しながら説明する。
区間制御ステップ(S10):まず、被測定光ファイバ7の全長、または、被測定光ファイバ7における一定区間を測定区間に設定する。
測定基準点設定ステップ(S11):次に、前記測定区間内の所定の一ヶ所を測定基準点(測定位置)に設定する。
偏波状態設定ステップ(S12):ポンプ光またはプローブ光の少なくとも一方の入射端に挿入された偏波コントローラ(図4におけるPC2、PC3)により、ポンプ光またはプローブ光の入射偏波状態を変化させることにより、測定基準点における相対的な偏波状態を適宜に制御する。例えば、測定基準点において、ブリルアンゲインが極大となるように偏波状態を制御する。若しくは、測定基準点付近において、ブリルアンゲインの振動の振幅が最大となるように偏波状態を制御する。
以下、ステップ13(S13)〜ステップ17(S17)は前記実施例1におけるステップ2(S2)〜ステップ6(S6)と同様の為、重複する説明を省略する。
次に、被測定光ファイバの長手方向における複数の測定位置において、ブリルアンゲイン変動によりブリルアンゲイン変動周期を測定し、前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が許容範囲でない場合に、各測定位置の間隔を狭めて、前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定する場合、および、測定されたブリルアンゲイン変動周期が許容範囲でない場合に、前記許容範囲でなかった測定部分に、ブリルアンゲインが極大となる測定位置が存在するように、前記被測定光ファイバに入射するプローブ光とポンプ光の入射偏波状態を制御して、前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定する場合の実施例に関し、図8を参照しながら説明する。
次のステップ21(S21)〜ステップ26(S26)までは、前記実施例2におけるステップ11(S11)〜ステップ16(S16)と同様の為、重複する説明を省略する。
異常判断ステップ(S27)では、解析ステップ(S26)において算出されたブリルアンゲイン変動周期が、一定であるか否かまたは異常ありか否かを判断し、一定でないまたは異常ありと判断された場合は、次の区間制御ステップ(S29)に進む。
異常判断ステップ27における判断は、次のように行う。すなわち、例えば、標準的なシングルモードファイバの場合、ビート長は10m程度なので、ブリルアンゲイン変動周期は5m程度になる。ゲイン変動周期が5mから所定の値(第1の許容範囲:例えば2.5m)以上離れているときは、一定でない又は異常ありと判断する。
ブリルアンゲイン変動周期が一定であるまたは異常なしと判断された(第1の許容範囲以上離れていない)場合は、出力ステップ(S28)へ進み、S26で解析されたPMD特性を出力して、測定を終了する。
測定基準点設定ステップ(S30)では、異常があった区間内で測定基準点を再設定する。
偏波状態設定ステップ(S31)では、ポンプ光またはプローブ光の少なくともいずれか一方の偏波状態を制御することにより、S30で再設定した測定基準点において、ブリルアンゲインが極大となるように偏波状態を制御する。または、測定基準点付近において、ブリルアンゲインの振動の振幅が最大となるように偏波状態を制御する。但し、このステップ(S31)は必ずしも無くてもよい。
ステップ32(S32)〜ステップ34(S34)は、前記した位置制御ステップ(S23)〜測定完了確認ステップ(S25)と同様の為、重複する説明を省略する。
検出ステップ(S35)では、ゲイン測定ステップ(S33)で測定されたブリルアンゲイン測定値からゲイン振動周期を算出し、異常のある箇所を検出する。
出力ステップ(S36)では、S35での検出結果を元に、異常箇所の詳細な位置と前記異常箇所におけるPMD特性値を出力し、測定を終了する。
次に、前述したPMD特性測定方法の利用法の一つとして、揺動線引法により得られた光ファイバサンプルを被測定光ファイバとし、BOCDAにより、前記光ファイバサンプルの長手方向に沿った各測定位置でブリルアンゲイン変動周期を測定し、前記光ファイバサンプルの揺動周期とブリルアンゲイン変動周期との相関関係に基づき、揺動線引法における揺動周期を適宜調整し前記調整条件で揺動させながら光ファイバを線引する方法の一例を、図9を参照しながら説明する。
設定した揺動条件で線引を行い(S41)、得られた光ファイバのうち、例えば50m程度を測定サンプルとして採取する(S42)。
この測定サンプルを用いて、実施例2における前述のS10〜S15と同様の工程(S43〜S48)によりブリルアンゲイン測定を行い、解析部17において、ブリルアンゲインの振動パターンから実際の光ファイバの揺動パターンを解析する(S49)。そして、その解析結果を出力し(S50)、その出力結果に基づき揺動条件の良否判断を行う(S51)。
良判断であれば、その条件で揺動線引を行い(S52)、否判断であれば、S40に戻って揺動条件を再設定して、再度S41以降のステップを順次実施する。
次に、前述したPMD特性測定方法の利用法の一つとして、布設後の光ファイバの異常個所特定方法について、図10を参照しながら説明する。
この例においては、布設後の光ファイバを被測定光ファイバとして、BOCDAにより、被測定光ファイバの長手方向に沿った各測定区域においてブリルアンゲイン変動周期を測定し、測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第1の許容範囲(例えば2.5m以上)とを比較し、前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第1の許容範囲を超えた場合は前記測定区域を異常区域と判定する。
そして、その異常区域内において、各測定位置の間隔を狭めて前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第2の許容範囲(例えば1.5m以上)とを比較し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第2の許容範囲を超えた場合は前記再測定区域を異常個所100と特定する。
このようにして、異常個所100と特定された区域の光ファイバを除去した後、この除去区域を新規な光ファイバに置き換え、さらに、置き換えた区域の新規な光ファイバを被測定光ファイバとして、前述の方法により再度異常個所の有無について測定を行う。
2:レーザダイオード(LD)
4:位相変調器
5:偏波コントローラ(PC1)
7:被測定光ファイバ
8:偏波コントローラ(PC2)
17:解析部
100:異常個所
Claims (8)
- BOCDAにより、被測定光ファイバの長手方向に沿った相関ピーク位置でブリルアンゲイン(BG)を測定し、前記ブルリアンゲイン(BG)の前記長手方向に沿ったブリルアンゲイン変動により各測定位置におけるブルリアンゲイン変動周期を測定し、前記ブルリアンゲイン変動周期に基づき各測定位置におけるPMD特性を算出することを特徴とする光ファイバのPMD特性測定方法。
- 前記被測定光ファイバ中にブリルアンゲインが極大となる測定基準点が存在するように、前記被測定光ファイバに入射するプローブ光とポンプ光の入射偏波状態を制御することを特徴とする請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法。
- 前記ブリルアンゲイン変動をフーリエ変換することにより前記ブリルアンゲイン変動周期を算出するステップを含むことを特徴とする請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法。
- 前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が許容範囲でない場合に、前記ブルリアンゲインの各測定位置の間隔を狭めて、前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定することを特徴とする請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法。
- 前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が許容範囲でない場合に、前記許容範囲でない測定位置のいずれかに、ブリルアンゲインが極大となる測定基準点が存在するように、前記被測定光ファイバに入射するプローブ光とポンプ光の入射偏波状態を制御して、前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定することを特徴とする請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法。
- 事前に揺動線引法により得られた光ファイバサンプルを被測定光ファイバとして請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法を用いて、前記光ファイバサンプルの長手方向に沿った各測定位置でブリルアンゲイン変動周期を測定し、得られた前記光ファイバサンプルの揺動周期と前記ブリルアンゲイン変動周期との相関関係に基づき、前記揺動線引法における揺動周期を適宜調整し、前記調整条件で揺動させながら光ファイバを線引することを特徴とする光ファイバの線引方法。
- 布設後の光ファイバを被測定光ファイバとして請求項1記載の光ファイバのPMD特性測定方法を用いて、前記被測定光ファイバの長手方向に沿った各測定区域においてブリルアンゲイン変動周期を測定し、
前記測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第1の許容範囲とを比較し、前記測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第1の許容範囲を超えた場合は前記測定区域を異常区域と判定し、
前記異常区域内において、各測定位置の間隔を狭めて前記ブリルアンゲイン変動周期を再測定し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期と予め設定された第2の許容範囲とを比較し、前記再測定されたブリルアンゲイン変動周期が前記第2の許容範囲を超えた場合は前記再測定区域を異常個所と特定することを特徴とする光ファイバの異常個所特定方法。 - 請求項7記載の方法を用いた光ファイバ伝送路の構築方法であって、請求項7記載の方法により異常個所と特定された区域を除去した後、前記除去区域を新規な光ファイバに置き換え、前記置き換えた区域の新規な光ファイバを被測定光ファイバとして、請求項7記載の方法により再度異常個所特定を行うことを特徴とする光ファイバ伝送路の構築方法。
Priority Applications (5)
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