JP5179277B2

JP5179277B2 - 波長分散測定装置及び波長分散測定方法

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Publication number: JP5179277B2
Application number: JP2008186856A
Authority: JP
Inventors: 貴司山本; 賢二黒河; 千里深井; 泰志坂本; 利雄倉嶋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2008-07-18
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: JP2010025725A

Description

本発明は、光ファイバや光部品の基本特性の一つである波長分散値を測定する波長分散測定装置及び波長分散測定方法に関するものである。

光通信システムを構築する光ファイバや光部品の基本特性の一つである波長分散は、光通信システムにおける光信号の伝送特性に大きな影響を与える。この波長分散による光通信システムの特性劣化を抑制するためには、光ファイバや光部品の波長分散を正確に測定する技術がまず必要とされる。一方、通信容量の拡大への需要の高まりから、１．０μｍ帯等、これまで利用されてきた通信波長帯以外の波長帯を新規に開拓する試みが進められている（下記非特許文献１参照）。このような新規波長帯についても波長分散測定技術が確立することが望まれる。

波長分散の測定方法としては、位相シフト法（下記非特許文献２参照）、光パルス法（下記非特許文献３参照）、干渉法（下記非特許文献４参照）のように測定波長をステップ状に掃引して群遅延時間特性を測定し、これを波長で微分することにより波長分散を求める方法がある。しかし、これらの測定法においては、波長掃引可能な光源、又は複数の波長の光源が必要とされ、これは上述の１．０μｍ帯等、技術的な開拓がまだ十分に行われていない波長帯においては実現が容易でない場合もありうる。

波長掃引可能な光源、又は、複数の波長の光源を必要としない波長分散測定法として、ベースバンドＡＭ応答測定法（下記非特許文献５及び下記非特許文献６参照）がある。
下記非特許文献６に示されている、この方法による波長分散測定の構成を図１４に示す。

図１４に示すように、本方法においては、光源１０から出力された光を強度変調器４０により強度変調した際に発生する変調側波帯の位相関係が分散媒体１３中の波長分散より変化し、その結果、光の時間波形が変化することを利用する。強度変調周波数を変化させた場合、光の時間波形の強度変調成分が極小値を取る強度変調周波数が周期的に存在する。その周波数の観測を受光器１４及びネットワークアナライザ４１を用いて行う。強度変調成分が極小値を取る周波数ｆ_mは式（１）で与えられる。

ここで、ｎは極小値の次数（１、２、３、．．．．）、Ｄは分散媒体の単位長さ当たりの波長分散値、Ｌは分散媒体長、λは測定波長（光源波長）である。また、強度変調器４０のチャープパラメータ（αパラメータ）は０であるとしている。強度変調成分が極小値を取る周波数を測定し、式（１）から波長分散値ＤＬを得ることができる。

一方、波長掃引可能な光源、又は複数の波長の光源を必要としない別の波長分散測定法として、位相変調器を用いる方法が提案されている（下記非特許文献７及び下記特許文献参照）。本方法においては光源からの光が特定の周波数で位相変調を施された後に分散媒体に入射される。分散媒体中では位相変調成分が強度変調成分に変換されるが、その変換の割合が波長分散に依存することを利用して、分散媒体の波長分散を導出するものである。

下記特許文献１において実施例として示されている波長分散測定装置の構成を図１５に示す。
図１５に示すように、光源１０からの光は外部位相変調器１２によって特定の周波数で変調される。位相変調器１２は周波数固定で動作させる発振器５０により駆動する。また、位相変調器１２の出力光の一部を分波器５１により分波し、光スペクトラムアナライザ５２によって光スペクトルを観測することにより、位相変調の変調指数を求める。

分散媒体１３を通過した後の位相変調光は分散に応じて一部が強度変調成分に変換されている。そこで、受光器１４の出力に含まれる交流成分と直流成分をそれぞれ交流電圧計５３、直流電圧計５４にて測定し、その強度比を比較器５８により求めることによって分散媒体１３の波長分散を知ることが可能となる。交流電圧計５３の前段にはバンドパスフィルタ５５を挿入する。

なお、下記特許文献１においては、分散媒体１３へ入射する位相変調光の強度を光増幅器５６又は可変光減衰器５７の設定により変化させ、分散媒体中での自己位相変調の効果を変化させることによって分散媒体の波長分散の符号を特定する方法を提案している。また、下記特許文献１中に記述があるように、下記特許文献１で提案されている波長分散測定法においては、位相変調周波数を固定した状態で波長分散測定が行われる。

特許第３２３７６８４号公報ＫｅｎｊｉＫｕｒｏｋａｗａ、外５名、"ＨｉｇｈＣａｐａｃｉｔｙＷＤＭＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎ１．０μｍＢａｎｄｏｖｅｒＬｏｗＬｏｓｓＰＣＦＵｓｉｎｇＳｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍＳｏｕｒｃｅ"、２００８ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔｉｏｎ／ＮａｔｉｏｎａｌＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００８）、２００８、ＯＭＨ５ＢｒｕｎｏＣｏｓｔａ、外３名、"ＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｔｈｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＣｈｒｏｍａｔｉｃＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒｓＵｓｉｎｇＬＥＤ’ｓ"、ＩＥＥＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＱＵＡＮＴＵＭＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、Ｖｏｌ．ＱＥ−１８、Ｎｏ．１０、１９８２年１０月、ｐ．１５０９−１５１５Ｌ．Ｇ．Ｃｏｈｅｎ、外１名、"Ｐｕｌｓｅｄｅｌａｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎｚｅｒｏｍａｔｅｒｉａｌｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｒｅｇｉｏｎｆｏｒｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ"、ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳ、Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．１２、１９７７年１２月、ｐ．３１３６−３１３９ＭｉｔｓｕｈｉｒｏＴａｔｅｄａ、外２名、"ＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｍｅｔｈｏｄｆｏｒＣｈｒｏｍａｔｉｃＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎａＳｉｎｇｌｅ−ＭｏｄｅＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ"、ＩＥＥＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＱＵＡＮＴＵＭＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ、Ｖｏｌ．ＱＥ−１７、Ｎｏ．３、１９８１年３月、ｐ．４０４−４０７Ｂ．Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎ、外２名、"ＳＩＭＰＬＥＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＩＱＵＥＷＩＴＨＨＩＧＨＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮ"、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．１、１９９３年１月７日、ｐ．１３２−１３４波平宣敬編、「ＤＷＤＭ光測定技術」、第１版、株式会社オプトロニクス社、平成１３年３月１０日、ｐ．４２−４３Ａ．Ｒ．Ｃｈｒａｐｌｙｖｙ、外３名、"ＰＨＡＳＥＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮＴＯＡＭＰＬＩＴＵＤＥＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮＯＦＣＷＬＡＳＥＲＬＩＧＨＴＩＮＯＰＴＩＣＡＬＦＩＢＲＥＳ"、ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳ、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．８、１９８６年４月１０日、ｐ．４０９−４１１

図１４に示した強度変調器４０を用いる波長分散測定法（ベースバンドＡＭ応答測定法）においては、光源１０の波長と、強度変調成分が極小値を取る周波数の２つの測定値のみから式（１）より波長分散を導出できる。この場合、これらの２つのパラメータは高精度に測定可能であるため、波長分散を正確に導出することが可能である。

しかし、式（１）は、強度変調器４０のチャープパラメータ（αパラメータ）が０であることを前提としている。実際の強度変調器は有限のαパラメータを有しており、この影響を考慮して波長分散を導出する必要がある。しかしながら、強度変調器４０のαパラメータを正確に求めるのは容易でなく、その結果、実際に測定される波長分散値は誤差を含んでしまう。

また、図１５に示した位相変調器１２を用いる波長分散測定法においては、波長分散を導出するために位相変調指数を正確に測定する必要があり、この位相変調指数の測定誤差が波長分散の測定誤差につながる。また、本方法においては受光器１４の出力信号を２分岐して、交流成分と直流成分の比を求める必要があるが、受光部１４後の直流電圧計５４、交流電圧計５３までの系に損失の差がある場合、これが波長分散値の測定誤差につながる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、連続光を出力する光源と光変調器を利用した波長分散測定装置において、測定誤差を増大させる要因である変調器のαパラメータ、変調指数、測定系の損失の影響を含有せず、高精度な波長分散測定を可能とする波長分散測定装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る波長分散測定装置は、
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定装置において、
連続光を発生させる光源と、
周波数掃引可能な正弦波信号を発生する電気信号発生器と、
前記電気信号発生器から出力される正弦波信号によって駆動され、前記光源の出力光に対して位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器から出力される出力光を、前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器から出力される電気信号の交流成分の強度を観測する交流成分観測手段と
を具備し、
前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める
ことを特徴とする。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｋは自然数、ｃは真空中の光速度、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m は前記周波数でありｋ ^1/2 に比例するものとする。

上記の課題を解決する第２の発明に係る波長分散測定装置は、
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定装置において、
連続光を発生させる光源と、
広帯域な電気雑音成分を発生する雑音発生器と、
前記雑音発生器から出力される電気雑音成分によって駆動され、前記光源の出力光に対して位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器から出力される電気信号の交流成分の強度を観測する交流成分観測手段と
を具備し、
前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第３の発明に係る波長分散測定装置は、第１の発明又は第２の発明に係る波長分散測定装置において、
前記位相変調器の後段に波長分散値が既知である分散媒体を具備し、
前記位相変調器から出力される出力光を前記波長分散値が既知である分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合と、前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に直接入射した場合との２通りについて前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、これらの周波数から前記数式の代わりに下記数式を用いて前記被測定媒体の波長分散値を符号も含めて求める
ことを特徴とする。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｃは真空中の光速度、Ｄ ₀ は前記分散媒体の前記波長分散値、Ｌ ₀ は前記分散媒体の長さ、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m1 は前記位相変調器から出力される出力光を前記分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合の前記周波数の最小値、ｆ _m2 は前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に直接入射した場合の前記周波数の最小値とする。

上記の課題を解決する第４の発明に係る波長分散測定装置は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る波長分散測定装置において、
前記光源は前記連続光の波長が可変の波長可変光源であり、
前記被測定媒体の波長分散値の波長依存性を測定する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第５の発明に係る波長分散測定方法は、
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定方法において、
連続光を発生する工程と、
周波数掃引可能な正弦波信号を発生する工程と、
前記正弦波信号を用いて前記連続光に対して位相変調を行う工程と、
位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の交流成分の強度を観測する工程と、
前記交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める工程と
を具備する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第６の発明に係る波長分散測定方法は、
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定方法において、
連続光を発生させる工程と、
広帯域な電気雑音成分を発生させる工程と、
前記電気雑音成分を用いて前記連続光に対して位相変調を行う工程と、
位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の交流成分の強度を観測する工程と、
前記交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める工程と
を具備する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第７の発明に係る波長分散測定方法は、第５の発明又は第６の発明に係る波長分散測定方法において、
位相変調された前記連続光を波長分散値が既知である分散媒体を通す工程と、
位相変調された前記連続光を前記分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合と、位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に直接入射した場合との２通りについて交流成分が極小値を取る周波数を求め、これらの周波数から前記数式の代わりに下記数式を用いて前記被測定媒体の波長分散値を符号も含めて求める工程と
を具備する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決する第８の発明に係る波長分散測定方法は、第５の発明から第６の発明のいずれかひとつに係る波長分散測定方法において、
前記連続光は波長を可変とし、
前記被測定媒体の波長分散値の波長依存性を測定する
ことを特徴とする。

本発明により、変調器のαパラメータ、変調指数、測定系の損失といった測定誤差を増大させる要因の影響を含まず、変調周波数のみから波長分散を高精度に導出できる波長分散測定装置を提供することが可能となる。

以下、本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の第１の実施例について説明する。
図１は本実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図、図２は位相変調直後、及び分散媒体出力において位相変調光が強度変調成分を持たなくなる条件における各変調側波帯の位相相関を模式的に示した説明図、図３は分散媒体出力において位相変調光が強度変調成分を持たなくなる条件における各変調側波帯の位相相関を模式的に示した説明図、図４は分散媒体出力での光の時間波形の計算結果を示すグラフ、図５は受光器出力における交流成分強度と周波数の相関の計算結果を示すグラフ、図６は本実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。

図１に示すように、本実施例に係る波長分散測定装置においては、まず光源１０から出力される単一波長の連続光に対し任意の変調指数の正弦波位相変調を位相変調器１２により施した後に、分散媒体１３に入射する。位相変調器１２は周波数可変発振器１１出力の正弦波信号により駆動される。

分散媒体１３の出力を受光器１４で電気信号に変換し、スペクトラムアナライザ１５により交流成分を観測する。位相変調器１２直後の光は正弦波状にチャープした連続光であるが、分散媒体１３中において位相変調−強度変調変換により強度変調成分が発生する。

ここで、周波数可変発振器１１出力の正弦波信号周波数を掃引させると、分散媒体出力光の時間波形が強度変調成分を持たない、すなわち連続光になる変調周波数が存在する。そして、この変調周波数の値のみから分散媒体１３の波長分散を直接導出することが可能となる。

上記の動作を順を追って説明する。光源１０出力の連続光の光周波数及び電界振幅をそれぞれω₀、Ｅ₀とする。このとき連続光の電界は式（２）で表わされる。

この連続光に対して位相変調器１２により正弦波位相変調を施すと、位相変調器１２出力における光の電界は式（３）で表わされる。

ここで、ｆ_mは位相変調周波数、Δθは位相変調の変調指数、Ｊ_nは第１種ベッセル関数である。また、ｎは整数であり、変調側波帯の番号を示す。
すなわち、式（３）はＪ_n（Δθ）で表わされる振幅を有する変調側波帯の電界が角周波数間隔２πｆ_mで発生することを示している。ｎの絶対値は元の連続光から離れるにしたがって大きくなり、その符号はもとの連続光周波数より高周波側が正となる。

図２に位相変調により発生する変調側波帯の位相相関をｔ＝０の場合について模式的に示す。図２中のＥ_nはｎ番目の変調側波帯を表している。なお、実際の変調側波帯の振幅はＥ₀・Ｊ_n（Δθ）で与えられ、それらはおのおの異なった大きさを有しているが、図２では簡略化のためにこの振幅偏差を無視している。

図２のＩｍ｛Ｅ｝−Ｒｅ｛Ｅ｝平面上におけるＥ_nのＲｅ｛Ｅ｝軸からの角度が、Ｅ_nの相対的な位相を示している。ｎが負の奇数である場合Ｊ_n（Δθ）は負の値を取り、それ以外のｎの値についてはＪ_n（Δθ）は正の値を取る。このため、図２に示されるようにｎが負の奇数である場合の変調側波帯は他の変調側波帯と位相がπずれている。

位相変調器１２出力の光を分散媒体１３に入射すると、おのおのの変調側波帯は波長分散による位相変化を受け、その結果、位相変調−強度変調変換が起こり、強度変調成分が発生する。分散媒体１３の群速度分散値と長さをそれぞれβ₂、Ｌとすると、分散媒体１３後の光の電界は式（４）で表わされる。

ｔ＝０の場合について考えると、式（４）より、β₂Ｌの群速度分散を有する分散媒体１３を通過することによる各変調側波帯の位相変化は、図２のＩｍ｛Ｅ｝−Ｒｅ｛Ｅ｝平面を２π²ｎ²（ｆ_m ²β₂Ｌ）だけ回転することに相当する。すなわち、群速度分散により各変調側波帯が受ける相対的な位相変化量はｎ²に比例する。ここで、ｎ＝±１の場合、すなわちＥ±１の変調側波帯について考えると、この変調側波帯がβ₂Ｌの群速度分散を有する分散媒体１３を通過後に受ける位相変化量は２π²（ｆ_m ²β₂Ｌ）となる。

この位相変化量がπの偶数倍となる場合、すなわちｋを自然数として以下の式（５）が成り立つ場合、各変調側波帯の位相は図２に示すような相関関係に戻る。

すなわち、この場合、分散媒体１３後の光は強度変調成分を持たない連続光に戻ることになる。

ここで、式（５）をｆ_mについて解くと、以下の式（６）が得られる。

一方、位相変化量２π²（ｆ_m ²β₂Ｌ）がπの奇数倍となる場合、すなわちｋを自然数として以下の式（７）が成り立つ場合、各変調側波帯の位相は図３に示すような相関関係になる。

この場合、図２と図３に示される位相関係は、元の連続光の光周波数を中心として対称的な関係になっている。したがって、式（７）が成り立つ場合においても、分散媒体１３後の光は強度変調成分を持たない連続光に戻ることになる。

ここで、式（７）をｆ_mについて解くと、以下の式（８）となる。

式（６）と式（８）をまとめると、位相変調周波数が以下の式（９）を満たす場合、分散媒体１３出力における位相変調光は、強度変調成分を持たない連続光に戻ることになる。

ただし、ｋは自然数とする。なお、式（９）は位相変調指数Δθを含まないため、式（９）が成立する場合に位相変調光が連続光に戻るという振舞いは、いかなる位相変調指数Δθについても成立する。

なお、波長λにおける群速度分散β₂と単位長さ当たりの波長分散Ｄの関係は以下の式（１０）で表わされる。

ただし、ｃは真空中の光速度である。

ここで、式（１０）を式（９）に代入することによって、以下の式（１１）が得られる。

さらに、この式（１１）を分散媒体１３の総波長分散量｜Ｄ｜Ｌについて解くと、以下の式（１２）が得られる。

ただし、ｋは自然数とする。

このように、正弦波位相変調の変調周波数を掃引させて分散媒体１３出力における光の時間波形が強度変調成分を持たない、すなわち連続光になる変調周波数を求めることにより、式（１２）より分散媒体１３の総波長分散量｜Ｄ｜Ｌを求めることが可能となる。式（１２）から分かるように、本実施例に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法における分散測定においては、使用する光源１０の出力光の波長λ、及び分散媒体１３出力における光が連続光となる変調周波数ｆ_mという２つのパラメータのみから正確に波長分散を導出することが可能である。そして、これらの２つのパラメータはともに精度の高い測定が可能であり、その結果、得られる波長分散の値も精度の高いものとなる。

ここで、分散媒体１３を波長分散Ｄが１７［ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）］、長さＬが８０［ｋｍ］のファイバとし、上述した波長分散測定方法の動作確認を数値計算にて行った結果を示す。
光源の波長は１５５０［ｎｍ］とした。これらの条件を式（１１）に入れると以下の式（１３）が得られる。

式（１３）においてｋ＝０．５、１、１．５、２の場合について、すなわちｆ_m＝６．７７、９．５８、１１．７３、１３．５５［ＧＨｚ］の場合について、上記の長さ８０［ｋｍ］のファイバ出力における光の時間波形を、数値計算で求めた結果を図４に示す。
ここでは、位相変調の変調指数０．０７πと０．１９πの２つの場合について計算した。いずれの位相変調指数においても、ｋが自然数の場合、すなわちｆ_m＝９．５８、１３．５５［ＧＨｚ］の場合、光の時間波形は強度変調成分を持たない連続光となり、それ以外の場合は強度変調された光になっていることが分かる。

また、上記と同じ系で位相変調周波数を０．５［ＧＨｚ］から２０［ＧＨｚ］まで変化させた場合における、受光器出力中の変調周波数成分の強度を数値計算により求めた結果を図５に示す。
図５においては、変調周波数ｆ_m＝９．６、１３．６、１６．６、１９．２［ＧＨｚ］の各周波数成分において交流成分強度が極小値を取っていることが分かる。これらの４つの周波数は式（１２）におけるｋ＝１、２、３、４の場合に相当する。これらの値から被測定媒体１３の｜Ｄ｜Ｌの値１３６０［ｐｓ／ｎｍ］が導出される。

ここで、本実施例に係る波長分散方法の手順について説明する。
図６に示すように、はじめに、ステップＳ１０において、光源１０、位相変調器１２、発振器１１、分散媒体（被測定媒体）１３、受光器１４、スペクトラムアナライザ１５を接続する。

次に、ステップＳ１１において、発振器１１の周波数を掃引し、スペクトラムアナライザ１５によって各変調周波数における交流成分強度を測定する。
次に、ステップＳ１２において、交流成分強度が極小値を取る変調周波数ｆ_mを求める。
最後に、ステップＳ１３において、式（１２）より分散媒体（被測定媒体）１３の総波長分散値｜Ｄ｜Ｌを求める。

本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の第２の実施例について説明する。
図７は本実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図、図８は受光器出力における交流成分強度と周波数の相関の計算結果を示すグラフ、図９は本実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。

図７に示すように、本実施例においては、図１に示した第１の実施例と異なり、周波数可変の発振器１１の代わりに雑音発生器２０が用いられる。この雑音発生器２０から出力された広帯域の白色雑音信号を位相変調器１２に入力し、光源１０からの光に位相変調を施した後に分散媒体１３に入射する。

分散媒体１３の出力を受光器１４で電気信号に変換し、スペクトラムアナライザ１５により白色雑音信号周波数範囲内の交流成分を観測する。分散媒体１３中においては各周波数成分に対して位相変調−強度変調変換により強度変調成分が発生する。しかしながら、式（１１）を満たす周波数については強度変調成分が０になるため、この周波数については交流成分強度が極小値を取る。この極小値を取る周波数から式（１２）より分散媒体の波長分散を直接導出することが可能となる。

第１の実施例と同じ波長分散Ｄが１７［ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）］、長さＬが８０［ｋｍ］のファイバを被測定媒体１３として、本実施例における波長分散測定方法の動作確認を数値計算にて行った結果を図８に示す。
図８においては、変調周波数ｆ_m＝９．６、１３．６、１６．６、１９．２［ＧＨｚ］の各周波数成分において交流成分強度が極小値を取っている。これらの４つの周波数は式（１２）におけるｋ＝１、２、３、４の場合に相当する。これらの値から被測定媒体１３の｜Ｄ｜Ｌの値１３６０［ｐｓ／ｎｍ］が導出される。

ここで、本実施例に係る波長分散方法の手順について説明する。
図９に示すように、はじめに、ステップＳ２０において、光源１０、位相変調器１２、雑音発生器２０、分散媒体（被測定媒体）１３、受光器１４、スペクトラムアナライザ１５を接続する。

次に、ステップＳ２１において、スペクトラムアナライザ１５によって交流成分強度の変調周波数依存性を測定する。
次に、ステップＳ２２において、交流成分強度が極小値を取る変調周波数ｆ_mを求める。
最後に、ステップＳ２３において、式（１２）より分散媒体（被測定媒体）１３の総波長分散値｜Ｄ｜Ｌを求める。

本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の第３の実施例について説明する。
図１０は本実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図、図１１は本実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。
図１０に示すように、本実施例においては、図１に示した第１の実施例の構成に加えて、位相変調器１２の後段に波長分散値が既知である分散媒体３０が挿入されている。この分散媒体３０が挿入された状態と、これを除いた状態の２回について分散測定を行うことにより、被測定媒体１３の波長分散値と長さの積ＤＬの値を、正負の符号も含めて導出することが可能となる。以下にその測定原理を示す。

波長分散値が既知である分散媒体３０について、その波長分散値と長さをそれぞれＤ₀、Ｌ₀とおく。一方、被測定媒体１３について、その波長分散値と長さをそれぞれＤ、Ｌとおく。これらの２つのファイバを接続して位相変調光を入射した場合について、強度変調周波数成分の強度が極小値を取る周波数の最小値（すなわち、式（１１）において、ｋ＝１の場合の周波数）を、ｆ_m1とおく。この場合、以下の式（１４）が成り立つ。

続いて、波長分散値が既知である分散媒体３０を除去し、被測定媒体１３のみに位相変調光を入射した場合について、強度変調周波数成分の強度が極小値を取る周波数の最小値（すなわち、式（１１）において、ｋ＝１の場合の周波数）を、ｆ_m2とおく。この場合、以下の式（１５）が成り立つ。

式（１５）の両辺の２乗から式（１４）の両辺の２乗を引くことにより、以下の式（１６）が得られる。

式（１６）から分かるように、本実施例に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法により、被測定媒体１３の波長分散値と長さの積ＤＬの値を、正負の符号も含めて導出することが可能である。

ここで、本実施例に係る波長分散方法の手順について説明する。
図１１に示すように、はじめに、ステップＳ３０において、光源１０、位相変調器１２、発振器１１、分散媒体（分散量既知）３０、分散媒体（被測定媒体）１３、受光器１４、スペクトラムアナライザ１５を接続する。

次に、ステップＳ３１において、発振器１１の周波数を掃引し、スペクトラムアナライザ１５によって各変調周波数における交流成分強度を測定する。
次に、ステップＳ３２において、交流成分強度が極小値を取る変調周波数ｆ_m1を求める。
次に、ステップＳ３３において、分散媒体（分散量既知）３０を除去し、位相変調器１２出力を分散媒体（被測定媒体）１３に接続する。

次に、ステップＳ３４において、発振器１１の周波数を掃引し、スペクトラムアナライザ１５によって各変調周波数における交流成分強度を測定する。
次に、ステップＳ３５において、交流成分強度が極小値を取る変調周波数ｆ_m2を求める。
最後に、ステップＳ３６において、式（１６）より分散媒体（被測定媒体）１３の総波長分散値ＤＬを求める。

本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の第４の実施例について説明する。
図１２は本実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図、図１３は本実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。
図１２に示すように、本実施例においては、使用される光源が波長可変光源３１であることが特徴となる。これにより、波長可変光源３１の出力可能な波長範囲内で分散測定を行うことが可能となる。

ここで、本実施例に係る波長分散方法の手順について説明する。
図１３に示すように、はじめに、ステップＳ４０において、波長可変光源３１、位相変調器１２、雑音発生器２０、分散媒体（被測定媒体）１３、受光器１４、スペクトラムアナライザ１５を接続する。

次に、ステップＳ４１において、スペクトラムアナライザ１５によって交流成分強度の変調周波数依存性を測定する。
次に、ステップＳ４２において、交流成分強度が極小値を取る変調周波数ｆ_mを求める。
次に、ステップＳ４３において、式（１２）より分散媒体（被測定媒体）１３の総波長分散値｜Ｄ｜Ｌを求める。

次に、ステップＳ４４において、波長可変光源の設定波長を変化させる。波長可変光源の設定波長を変化後、再度ステップＳ４１からステップＳ４３を実行する。そして、波長可変光源３１の出力可能な波長範囲内、又は波長分散測定を必要とする範囲内で設定波長を変化させ終えた後、ステップＳ４５へ移行する。
最後に、ステップＳ４５において、分散媒体（被測定媒体）１３の総波長分散値｜Ｄ｜Ｌを求める。

〔他の実施例〕
以上、本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法の好適な実施例を例示して説明したが、本発明の実施形態は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更、設定パラメータの変更等を行うことは、全て本発明の範囲に含まれるものである。

上記非特許文献５及び上記非特許文献６の波長分散測定装置においては、強度変調器のαパラメータの値の誤差が波長分散の測定誤差につながる。また、上記特許文献１の波長分散測定装置においては、波長分散を導出するために、位相変調指数が既知の測定系を用意するか、位相変調指数を別途測定する必要がある。さらに、上記特許文献１の波長分散測定装置においては、受光器出力における直流成分と交流成分の強度比の測定誤差が波長分散の測定誤差につながる。

これに対し、本発明に係る波長分散測定装置及び波長分散測定方法においては、測定誤差を増大させる要因である位相変調器１２のαパラメータ、変調指数、測定系の損失の各々の影響が含有されず、交流信号の周波数の値のみから高精度な波長分散値を導出することが可能である。

本発明は、光ファイバや光部品の基本特性の一つである波長分散値を測定する波長分散測定装置に利用することが可能である。

第１の実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図である。位相変調直後、及び分散媒体出力において位相変調光が強度変調成分を持たなくなる条件における各変調側波帯の位相相関を模式的に示した説明図である。分散媒体出力において位相変調光が強度変調成分を持たなくなる条件における各変調側波帯の位相相関を模式的に示した説明図である。分散媒体出力での光の時間波形の計算結果を示すグラフである。受光器出力における交流成分強度と周波数の相関の計算結果を示すグラフである。第１の実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。第２の実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図である。受光器出力における交流成分強度と周波数の相関の計算結果を示すグラフである。第２の実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。第３の実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図である。第３の実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。第４の実施例に係る波長分散測定装置の一例を示す構成図である。第４の実施例に係る波長分散方法の手順を説明するフローチャートである。従来の波長分散測定装置の第１の構成例を示す図である。従来の波長分散測定装置の第２の構成例を示す図である。

符号の説明

１０光源
１１位相変調器
１２発振器（周波数可変）
１３分散媒体（被測定媒体）
１４受光器
１５スペクトラムアナライザ
２０雑音発生器
３０波長分散量が既知である分散媒体
３１波長可変光源
４０強度変調器
４１ネットワークアナライザ
５０発振器（周波数固定）
５１分波器
５２光スペクトラムアナライザ
５３交流電圧計
５４直流電圧計
５５バンドパスフィルタ
５６光増幅器
５７可変光減衰器
５８比較器

Claims

被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定装置において、
連続光を発生させる光源と、
周波数掃引可能な正弦波信号を発生する電気信号発生器と、
前記電気信号発生器から出力される正弦波信号によって駆動され、前記光源の出力光に対して位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器から出力される出力光を、前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器から出力される電気信号の交流成分の強度を観測する交流成分観測手段と
を具備し、
前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める
ことを特徴とする波長分散測定装置。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｋは自然数、ｃは真空中の光速度、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m は前記周波数でありｋ ^1/2 に比例するものとする。
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定装置において、
連続光を発生させる光源と、
電気雑音成分を発生する雑音発生器と、
前記雑音発生器から出力される電気雑音成分によって駆動され、前記光源の出力光に対して位相変調を行う位相変調器と、
前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する受光器と、
前記受光器から出力される電気信号の交流成分の強度を観測する交流成分観測手段と
を具備し、
前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める
ことを特徴とする波長分散測定装置。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｋは自然数、ｃは真空中の光速度、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m は前記周波数でありｋ ^1/2 に比例するものとする。
前記位相変調器の後段に波長分散値が既知である分散媒体を具備し、
前記位相変調器から出力される出力光を前記波長分散値が既知である分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合と、前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に直接入射した場合との２通りについて前記交流成分観測手段により交流成分が極小値を取る周波数を求め、これらの周波数から前記数式の代わりに下記数式を用いて前記被測定媒体の波長分散値を符号も含めて求める
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波長分散測定装置。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｃは真空中の光速度、Ｄ ₀ は前記分散媒体の前記波長分散値、Ｌ ₀ は前記分散媒体の長さ、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m1 は前記位相変調器から出力される出力光を前記分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合の前記周波数の最小値、ｆ _m2 は前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に直接入射した場合の前記周波数の最小値とする。
前記光源は前記連続光の波長が可変の波長可変光源であり、
前記被測定媒体の波長分散値の波長依存性を測定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の波長分散測定装置。
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定方法において、
連続光を発生する工程と、
周波数掃引可能な正弦波信号を発生する工程と、
前記正弦波信号を用いて前記連続光に対して位相変調を行う工程と、
位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の交流成分の強度を観測する工程と、
前記交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める工程と
を具備する
ことを特徴とする波長分散測定方法。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｋは自然数、ｃは真空中の光速度、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m は前記周波数でありｋ ^1/2 に比例するものとする。
被測定媒体の波長分散値を求める波長分散測定方法において、
連続光を発生させる工程と、
電気雑音成分を発生させる工程と、
前記電気雑音成分を用いて前記連続光に対して位相変調を行う工程と、
位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に入射した際の出力光を電気信号に変換する工程と、
前記電気信号の交流成分の強度を観測する工程と、
前記交流成分が極小値を取る周波数を求め、この周波数から下記数式を用いて被測定媒体の波長分散値を求める工程と
を具備する
ことを特徴とする波長分散測定方法。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｋは自然数、ｃは真空中の光速度、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m は前記周波数でありｋ ^1/2 に比例するものとする。
位相変調された前記連続光を波長分散値が既知である分散媒体を通す工程と、
位相変調された前記連続光を前記分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合と、位相変調された前記連続光を前記被測定媒体に直接入射した場合との２通りについて交流成分が極小値を取る周波数を求め、これらの周波数から前記数式の代わりに下記数式を用いて前記被測定媒体の波長分散値を符号も含めて求める工程と
を具備する
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の波長分散測定方法。

但し、Ｄは前記被測定媒体の前記波長分散値、Ｌは前記被測定媒体の長さ、ｃは真空中の光速度、Ｄ ₀ は前記分散媒体の前記波長分散値、Ｌ ₀ は前記分散媒体の長さ、λは前記光源の出力光の波長、ｆ _m1 は前記位相変調器から出力される出力光を前記分散媒体を通した後に前記被測定媒体に入射した場合の前記周波数の最小値、ｆ _m2 は前記位相変調器から出力される出力光を前記被測定媒体に直接入射した場合の前記周波数の最小値とする。
前記連続光は波長を可変とし、
前記被測定媒体の波長分散値の波長依存性を測定する
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の波長分散測定方法。