JP5202809B2

JP5202809B2 - 光ファイバのモード結合長測定方法、偏波モード分散測定方法、偏波モード分散の長手方向分布測定方法及び光ファイバ

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Publication number: JP5202809B2
Application number: JP2006026064A
Authority: JP
Inventors: 龍一郎後藤; 昌一郎松尾; 邦治姫野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-02-02
Also published as: JP2007205936A

Description

本発明は、光ファイバのモード結合長測定方法、偏波モード分散、偏波モード分散の長手方向分布を測定する方法及び光ファイバに関する。

光ファイバの偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion：以下、ＰＭＤと略記する。）は、局所群遅延時間差（Local Differential Group Delay：以下、局所ＤＧＤ又はＤＧＤ_Ｌと略記する。）とモード結合長（Ｌ_Ｃ）との関数であり、次式（１）により表される。
ＰＭＤ_{［ｐｓ／ｒｋｍ］}＝ＤＧＤ_{Ｌ［ｐｓ／ｋｍ］}×（Ｌ_Ｃ［ｍ］／１０００）^１／２・・・（１）

また、偏波ＯＴＤＲは、光ファイバのＰＭＤの測定法、ＰＭＤの分散の測定法として従来より用いられている。従来の測定方法としては、非特許文献１に示すように、偏波ＯＴＤＲを用い、光ファイバの往復のジョーンズマトリクスから局所ＤＧＤを測定し、局所ＤＧＤとＰＭＤとの相関関係を利用して被測定光ファイバのＰＭＤを測定する方法がある。しかし、この方法では、モード結合長の情報を使用していないため、同じ局所ＤＧＤであってもモード結合長が異なる場合には、これらを区別することができず、ＰＭＤを高い精度で測定することができなかった。

この問題を解決するため、非特許文献２及び非特許文献３に記載された技術が提案されている。
R. Goto, S. Matsuo, K. Himeno and K. Ohashi,"On-spool PMD estimation method for low PMD fibres with high repeatability by local DGD measurement using POTDR", ECOC2005, We.2.5.6 M. Wuilpart, G. Ravet, P. Megret and M. Blondel,"PMD measurement with a polarization-OTDR", ECOC2002, 9.3.3 A. Galtarossa, L. Palmieri, M. Schiano and T. Tambosso,"Measurement of beat length and perturbation length in long single-mode fibers by backscattered signal analysis", OFC2000, ThR4-1

しかしながら、非特許文献２及び非特許文献３に記載の方法では、偏波ＯＴＤＲを用い、被測定光ファイバの局所ＤＧＤとモード結合長の測定が可能となるものの、局所ＤＧＤとモード結合長の算出のために、例えば２ｋｍといった長い距離の偏波ＯＴＤＲの波形が必要となるため、高い分解能を得ることができなかった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされ、被測定光ファイバのＰＭＤを高い精度で測定可能な光ファイバの偏波モード分散と偏波モード分散の分布を測定する方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、距離分解能（以降、単に分解能と称する）を２種類以上変更して、シングルモード光ファイバである被測定光ファイバの局所ＤＧＤを測定し、その結果と、あらかじめ実験または数値計算等の方法で求めた、分解能を変えた際の局所ＤＧＤの測定結果の比とモード結合長との関係から、被測定光ファイバのモード結合長を測定することを特徴とする光ファイバのモード結合長測定方法を提供する。

前記光ファイバのモード結合長測定方法において、偏波ＯＴＤＲを用いて被測定光ファイバの局所ＤＧＤを測定することが好ましい。

また本発明は、前記本発明の光ファイバのモード結合長測定方法によって得られた被測定光ファイバのモード結合長と、被測定光ファイバの局所ＤＧＤをもとに、次式（１）
ＰＭＤ_{［ｐｓ／ｒｋｍ］}＝ＤＧＤ_{Ｌ［ｐｓ／ｋｍ］}×（Ｌ_Ｃ［ｍ］／１０００）^１／２・・・（１）
（式中、ＰＭＤは被測定光ファイバのＰＭＤを表し、ＤＧＤ_Ｌは局所ＤＧＤを表し、Ｌ_Ｃはモード結合長を表す。）によって被測定光ファイバのＰＭＤを測定することを特徴とする光ファイバのＰＭＤ測定方法を提供する。

また本発明は、前記本発明に係るＰＭＤ測定方法によって、被測定光ファイバのＰＭＤの長手方向分布を測定することを特徴とする光ファイバのＰＭＤの長手方向分布測定方法を提供する。

前記光ファイバのＰＭＤの長手方向分布測定方法において、リールに巻かれた状態の被測定光ファイバのＰＭＤの長手方向分布を測定することが好ましい。

本発明の光ファイバのモード結合長測定方法は、分解能を２種類以上変更して被測定光ファイバの局所ＤＧＤを測定し、その結果と、あらかじめ実験または数値計算等の方法で求めた、分解能を変えた際の局所ＤＧＤの測定結果の比とモード結合長との関係から、被測定光ファイバのモード結合長を測定することによって、被測定光ファイバのモード結合長を高い精度で測定することができる。
本発明の光ファイバのＰＭＤ測定方法は、前記光ファイバのモード結合長測定方法によって得られた被測定光ファイバのモード結合長と被測定光ファイバの局所ＤＧＤをもとに、式［ＰＭＤ_{［ｐｓ／ｒｋｍ］}＝ＤＧＤ_{Ｌ［ｐｓ／ｋｍ］}×（Ｌ_Ｃ［ｍ］／１０００）^１／２］によって被測定光ファイバのＰＭＤを測定するものなので、被測定光ファイバのＰＭＤを高い精度で測定することができる。
本発明のＰＭＤの長手方向分布測定方法は、前記光ファイバのＰＭＤ測定方法によって被測定光ファイバのＰＭＤの長手方向分布を測定するものなので、被測定光ファイバのＰＭＤの長手方向分布を高分解能で測定することができる。また、本発明のＰＭＤの長手方向分布測定方法によれば、リールに巻かれた状態の被測定光ファイバのＰＭＤ及びＰＭＤの長手方向分布を正確に測定することができる。
本発明の光ファイバは、前記本発明に係る光ファイバのＰＭＤ測定方法又は本発明に係るＰＭＤの長手方向分布測定方法によって被測定光ファイバのＰＭＤとＰＭＤの長手方向分布との一方又は両方を測定し、多数の被測定光ファイバの中から一定のＰＭＤ条件又はＰＭＤの長手方向分布条件の少なくとも一方を満たすものを選別して得られたものなので、一定のＰＭＤ条件又はＰＭＤの長手方向分布条件を満たしており、光ファイバのロット間のＰＭＤのばらつき等が少なくなり、光ファイバの信頼性を向上させることができる。
さらに本発明の光ファイバは、前記本発明に係る光ファイバのＰＭＤ測定方法又は本発明に係るＰＭＤの長手方向分布測定方法によって測定されたＰＭＤとＰＭＤの長手方向分布との値の一方又は両方が表示されているものなので、光ファイバのＰＭＤ又はＰＭＤの長手方向分布を光ファイバ利用者が簡単且つ確実に認識することができる。

本発明では、被測定光ファイバのＰＭＤを正確に測定するために、まず、被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）を、分解能を２種類以上変更して被測定光ファイバの局所ＤＧＤを測定し、その結果と、あらかじめ実験または数値計算等の方法で求めた、分解能を変えた際の局所ＤＧＤの測定結果の比とモード結合長との関係から、被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）を測定し、次に、得られたモード結合長（Ｌ_Ｃ）と、局所ＤＧＤとから、被測定光ファイバのＰＭＤを測定することを特徴としている。本発明の測定方法において、異なる分解能で局所ＤＧＤを測定する手段としては、偏波ＯＴＤＲを用いることが好ましい。偏波ＯＴＤＲの具体的な構成については、従来公知であり、例えば、非特許文献１に記載された構成を有する偏波ＯＴＤＲを用いることができる。

モード結合長は、通常の伝送用光ファイバの場合数ｍ〜１００ｍ程度であるので、偏波ＯＴＤＲの分解能が１ｍ以下である場合には局所ＤＧＤ測定は影響をほとんど受けることはないが、分解能が数ｍになった場合には、局所ＤＧＤ測定はモード結合の影響を受けて、測定される局所ＤＧＤの値は小さくなる。

以下に、シミュレーション結果を示す。
被測定光ファイバの長さを、１０００ｍとし、かつ０．１ｍｍの微小区間に分割したとき、この微小区間では直線複屈折のみを有すると仮定し、局所ＤＧＤを０．５２ｐｓ／ｋｍ、０．２６ｐｓ／ｋｍ、０．１３ｐｓ／ｋｍ及び０．０９ｐｓ／ｋｍとし、Ｌ_Ｃを１０ｍ、２０ｍ、５０ｍ及び１００ｍとした場合のシミュレーションを行った。

分解能０．５ｍで算出した場合のＤＧＤをＤＧＤ０．５ｍとし、分解能２．０ｍで算出した場合のＤＧＤをＤＧＤ２．０ｍとする。その場合、各局所ＤＧＤごとの、Ｌ_ＣとＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を図１〜図４に示す。このシミュレーションは、同じ局所ＤＧＤ、同じＬ_Ｃでそれぞれ１０回ずつ行った。
図１は、局所ＤＧＤ＝０．５２ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。
図２は、局所ＤＧＤ＝０．２６ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。
図３は、局所ＤＧＤ＝０．１３ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。
図４は、局所ＤＧＤ＝０．０９ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。

図１〜図４に示した結果からわかるように、モード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）と、ＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの間には明確な関係が存在する。
また、局所ＤＧＤの値によらず、前記の関係はほぼ一定である。

このように、本発明の光ファイバのモード結合長測定方法は、分解能を２種類以上変更して被測定光ファイバの局所ＤＧＤを測定し、その結果と、あらかじめ実験または数値計算等の方法で求めた、分解能を変えた際の局所ＤＧＤの測定結果の比とモード結合長との関係から、被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）を測定することによって、被測定光ファイバのモード結合長を高い精度で測定することができる。

本発明のＰＭＤ測定方法では、前記のように測定した被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）と、局所ＤＧＤとから、次式（１）
ＰＭＤ_{［ｐｓ／ｒｋｍ］}＝ＤＧＤ_{Ｌ［ｐｓ／ｋｍ］}×（Ｌ_Ｃ［ｍ］／１０００）^１／２・・・（１）
（式中、ＰＭＤは被測定光ファイバのＰＭＤを表し、ＤＧＤ_Ｌは局所ＤＧＤを表し、Ｌ_Ｃはモード結合長を表す。）
によって被測定光ファイバのＰＭＤを測定する。

前述した被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）とＤＧＤとの関係を用いて被測定光ファイバのＰＭＤを測定するため、実際の光ファイバのＰＭＤを、偏波ＯＴＤＲを用いて測定した。なお、測定に用いた偏波ＯＴＤＲは、前述した通り、非特許文献１に記載された構成を有する偏波ＯＴＤＲを用いた。

リールから解放された長さ１３００ｍの光ファイバのＰＭＤを、ジョーンズマトリクス法により測定（図５中、横軸のＰＭＤ値）し、一方、偏波ＯＴＤＲの分解能を０．５ｍと２．０ｍで測定し、ＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍの値を求めた後、前述した通り、シミュレーションにより求めた関係に従って求めた被測定光ファイバのモード結合長（Ｌ_Ｃ）と、局所ＤＧＤとの値から、前記式（１）に基づいてＰＭＤを算出した（図５中、縦軸のＰＭＤ値）。結果を図５に示す。

また、従来の方法として、非特許文献１に記載されている通り、局所ＤＧＤ（図６中、横軸の局所ＤＧＤ値）とＰＭＤとの関係からＰＭＤ（図６中、縦軸のＰＭＤ値）を推定した結果を図６に示す。

図５と図６を比較すると、図５の方が相関関係が強く、本発明の測定方法の方が、ＰＭＤをより高い精度で測定できていることが分かる。また、偏波ＯＴＤＲの分解能は、最大で２ｍに設定したため、高い精度と共に、高い分解能も達成している。

リールに巻かれた光ファイバのＰＭＤは、リールから解放された光ファイバのＰＭＤとは異なるが、その原因は、リールに巻かれることによって、主にリール内周部の光ファイバに、外力による複屈折やモード結合が誘起されるためであるため、リール外周部の光ファイバはあまりその影響を受けておらず、リールから解放された後の光ファイバのＰＭＤとほとんど変わらない。本発明の測定方法は、被測定光ファイバのＰＭＤを長手方向に測定することが可能なため、リール外周部のＰＭＤを測定することで、光ファイバをリールから解放することなく、リールから解放された後の光ファイバのＰＭＤを測定することができる。

実際に、本発明の方法により、リールに巻かれた光ファイバの最外周部１３００ｍのＰＭＤを測定した。測定方法は、図５及び図６に示す場合と同じである。その後、その最外周部１３００ｍをリールから解放し、ジョーンズマトリクス法により測定したＰＭＤの値と比較した。結果を図７に示す。また、非特許文献１に記載された従来の方法として、局所ＤＧＤとＰＭＤとの関係からＰＭＤを推定した結果を図８に示す。

図７と図８を比較すると、図７のほうが相関関係が強くなっており、従って、本発明の測定方法の方が、被測定光ファイバのＰＭＤをより高い精度で測定できていることが分かる。

ジョーンズマトリクス法によりあらかじめＰＭＤを測定した、ＰＭＤが０．０２ｐｓ／√ｋｍで、全長１３００ｍのシングルモード光ファイバと、ＰＭＤが０．０８ｐｓ／√ｋｍで、全長１３００ｍの光ファイバとを融着接続し、本発明の方法により、測定を行った。測定結果を図９に示す。図９より、ＰＭＤの長手方向分布が正しく測定できていることが分かる。

本発明は、前記光ファイバのＰＭＤ測定方法又は本発明に係るＰＭＤの長手方向分布測定方法によって被測定光ファイバのＰＭＤとＰＭＤの長手方向分布との一方又は両方を測定し、多数の被測定光ファイバの中から一定のＰＭＤ条件又はＰＭＤの長手方向分布条件の少なくとも一方を満たすものを選別して得られた光ファイバを提供する。ここで、一定のＰＭＤ条件又はＰＭＤの長手方向分布条件とは、光ファイバが通常の伝送用光ファイバである場合には、０．１ｐｓ／√ｋｍ以下とすることが好ましい。
本発明の光ファイバは、一定のＰＭＤ条件又はＰＭＤの長手方向分布条件を満たしており、光ファイバのロット間のＰＭＤのばらつき等が少なくなり、光ファイバの信頼性を向上させることができる。

また本発明は、前記本発明に係る光ファイバのＰＭＤ測定方法又は本発明に係るＰＭＤの長手方向分布測定方法によって測定されたＰＭＤとＰＭＤの長手方向分布との値の一方又は両方が表示されている光ファイバを提供する。この光ファイバにおける表示は特に限定されず、例えば、光ファイバを所定長さ巻き付けたリールやボビンにＰＭＤ値等を印刷したラベルを添付することや光ファイバの端部にラベルやタックを直接取り付けることなどによって実施することが好ましい。この表示には、前記ＰＭＤ、ＰＭＤの長手方向分布以外に、コア径、モードフィールド径、開口数、比屈折率差、製造ロット番号、モード結合長などの種々のデータを記入してもよい。
本発明の光ファイバは、光ファイバのＰＭＤ又はＰＭＤの長手方向分布を光ファイバ利用者が簡単且つ確実に認識することができる。

局所ＤＧＤ＝０．５２ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。局所ＤＧＤ＝０．２６ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。局所ＤＧＤ＝０．１３ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。局所ＤＧＤ＝０．０９ｐｓ／ｋｍのときのモード結合長（Ｌ_Ｃ）の逆数（１／Ｌ_Ｃ）とＤＧＤ２．０ｍ／ＤＧＤ０．５ｍとの関係を示す図である。本発明の測定方法により測定した被測定光ファイバのＰＭＤの測定精度を示す図である。従来の方法により測定したＰＭＤの測定精度を示す図である。本発明の方法により、リールに巻かれた状態でＰＭＤを測定し、同部分をリールから解放した後にＰＭＤを測定した結果と比較した図である。従来の方法により、リールに巻かれた状態で局所ＤＧＤを測定し、同部分をリールから解放した後にＰＭＤを測定した結果と比較した図である。本発明の方法で測定した被測定光ファイバのＰＭＤの長手方向分布を示すグラフである。

Claims

距離分解能を２種類以上変更して、シングルモード光ファイバである被測定光ファイバの局所群遅延時間差を測定し、その結果と、あらかじめ実験または数値計算等の方法で求めた、距離分解能を変えた際の局所群遅延時間差の測定結果の比とモード結合長との関係から、被測定光ファイバのモード結合長を測定することを特徴とする光ファイバのモード結合長測定方法。
偏波ＯＴＤＲを用いて被測定光ファイバの局所群遅延時間差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モード結合長測定方法。
請求項１又は２に記載の光ファイバのモード結合長測定方法によって得られた被測定光ファイバのモード結合長と、被測定光ファイバの局所群遅延時間差をもとに、次式（１）
ＰＭＤ_{［ｐｓ／ｒｋｍ］}＝ＤＧＤ_{Ｌ［ｐｓ／ｋｍ］}×（Ｌ_Ｃ［ｍ］／１０００）^１／２・・・（１）
（式中、ＰＭＤは被測定光ファイバの偏波モード分散を表し、ＤＧＤ_Ｌは局所群遅延時間差を表し、Ｌ_Ｃはモード結合長を表す。）
によって被測定光ファイバの偏波モード分散を測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。
請求項３に記載の偏波モード分散測定方法によって、被測定光ファイバの偏波モード分散の長手方向分布を測定することを特徴とする光ファイバの偏波モード分散の長手方向分布測定方法。
リールに巻かれた状態の被測定光ファイバの偏波モード分散の長手方向分布を測定することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの偏波モード分散の長手方向分布測定方法。