JP5350841B2 - 光ファイバコード評価方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態、及び伝送帯域のコード化による影響を評価する方法と、この評価に用いる装置とに関する。

光ファイバコードの評価項目には、主に損失と伝送帯域とがある。さらに、被測定光ファイバの端面状態の確認時においては、ＦＦＰや画像認識が用いられる。損失による評価方法は、予め光強度が求まっている光源を光ファイバに入射させることで、光コネクタ部における損失を測定し、端末加工状態や光ファイバコードの良否を決定する評価方法となる。一方、伝送帯域の評価は、発光素子を変調させた光信号を励振器に通過させた後、これを被測定光ファイバに入射し、そして、被測定光ファイバから出射した光信号を入射前と比較し、変化量から帯域を求めて評価する評価方法となる。

特開平１０−４８０９４号公報 （第２頁、第３図）

端面状態の評価にあっては、ＦＦＰや画像認識を用いることで、表面粗さや端面のＮＡを評価することが可能になる。しかしながら、フェルール内部にある光ファイバ端末状態（状況）を評価することまではできないという問題点を有する。また、被測定光ファイバの入射端と出射端との両方の影響を含むため、両端末の加工状態が大きく異なる場合は、この評価をすることが困難であるという問題点を有する。

伝送帯域の評価にあっては、被測定光ファイバがマルチモード光ファイバの場合、特に光ファイバのＮＡ以下の低次モードで励振した場合には、伝送帯域は入射ＮＡに大きく依存するため、特に入射側の端末加工状態の影響を大きく受ける。しかしながら、帯域測定だけでは、端末加工状態と純粋な光ファイバのコード化による影響を切り分けることが不可能であるという問題点を有する。

損失による評価にあっては、端末不整による損失の変動量が少なく、端末状態（状況）の良否を決めることが困難であるという問題点を有する。また、損失値の変動が少ない場合でも光ファイバに入射した信号は端末不整によって大きく劣化してしまうという問題点を有する。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態、及び伝送帯域のコード化による影響を評価することが可能な、光ファイバコード評価方法及び装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の本発明の光ファイバコード評価方法は、モード拡散方程式を用いて計算することにより求めた伝送帯域の計算値と端末加工をしたマルチモードの被測定光ファイバの伝送帯域の実測値とを比較するステップと、前記計算値と前記実測値とが合わない場合に前記モード拡散方程式におけるモード伝搬損失とモード結合係数の推定した計算モデルを替えて再計算するステップと、前記計算値と前記実測値とが合う場合に前記モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた入射ＮＡと前記被測定光ファイバの一端に入射する入射ＮＡとからこれらの差分を評価用として求めるステップと、を含むことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、ＮＡの差分（見方を変えればＮＡの増分）から端末不整があるか否かが分かる。

請求項２記載の本発明の光ファイバコード評価方法は、請求項１に記載の光ファイバコード評価方法において、前記計算値と前記実測値とが合う場合の前記モード拡散方程式のモード伝搬損失とモード結合係数とを評価に用いるステップを含むことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、モード伝搬損失とモード結合係数とによりコード化による伝送帯域への影響の有無が分かる。

請求項３記載の本発明の光ファイバコード評価方法は、請求項１に記載の光ファイバコード評価方法において、光ファイバコード及びコード化前の光ファイバ芯線の二種類を前記モード拡散方程式のモード伝搬損失の条件値として用いるステップを含むことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバ芯線の値と比較することによりコード化による影響の有無が分かる。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の本発明の光ファイバコード評価装置は、モード拡散方程式を用いて計算することにより求めた伝送帯域の計算値と端末加工をしたマルチモードの被測定光ファイバの伝送帯域の実測値とを比較するとともに、前記計算値と前記実測値とが合わない場合に前記モード拡散方程式におけるモード伝搬損失とモード結合係数の推定した計算モデルを替えて再計算し、さらに、前記計算値と前記実測値とが合う場合に前記モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた入射ＮＡと前記被測定光ファイバの一端に入射する入射ＮＡとからこれらの差分を評価用として求める演算処理装置を含むことを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、ＮＡの差分（見方を変えればＮＡの増分）から端末不整があるか否かが分かる演算処理装置を構成に含む。

請求項５記載の本発明の光ファイバコード評価装置は、請求項４に記載の光ファイバコード評価装置において、前記計算値と前記実測値とが合う場合の前記モード拡散方程式のモード伝搬損失及びモード結合係数を評価用として使用可能に前記演算処理装置を構成することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、モード伝搬損失とモード結合係数とによりコード化による伝送帯域への影響の有無が分かる演算処理装置を構成に含む。

請求項６記載の本発明の光ファイバコード評価装置は、請求項４に記載の光ファイバコード評価装置において、前記モード拡散方程式のモード伝搬損失の条件値として光ファイバコード及びコード化前の光ファイバ芯線の二種類を用いるように前記演算処理装置を構成することを特徴としている。

このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバ芯線の値と比較することによりコード化による影響の有無が分かる演算処理装置を構成に含む。

請求項１、４に記載された本発明によれば、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態を評価することができるという効果を奏する。

請求項２、５に記載された本発明によれば、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの伝送帯域のコード化による影響を評価することができるという効果を奏する。

請求項３、６に記載された本発明によれば、コード化による影響を知ることができるという効果を奏する。

本発明の光ファイバコード評価装置を示す概略図である。 被測定光ファイバを示す概略図である。 本発明の光ファイバコード評価方法を示すフローチャートである。 光ファイバのＮＡ距離依存性を示すグラフである。 光ファイバの帯域距離依存性を示すグラフである。 光ファイバ伝送帯域の実測とシミュレーションとの比較（条件１、条件２）を示すグラフである。 光ファイバ伝送帯域の実測とシミュレーションとの比較（条件３）を示すグラフである。

光ファイバのＮＡと伝送帯域とを求め、理論計算との比較を加えることにより、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態（散乱の度合い）、及び伝送特性の評価をする。コネクタ付けされたマルチモード光ファイバコードのコネクタ内の評価が可能になる。

以下、図面を参照しながら第１実施例を説明する。図１は本発明の光ファイバコード評価装置を示す概略図である。また、図２は被測定光ファイバを示す概略図、図３は本発明の光ファイバコード評価方法を示すフローチャート、図４は光ファイバのＮＡ距離依存性を示すグラフ、図５は光ファイバの帯域距離依存性を示すグラフ、図６は光ファイバ伝送帯域の実測とシミュレーションとの比較（条件１、条件２）を示すグラフ、図７は光ファイバ伝送帯域の実測とシミュレーションとの比較（条件３）を示すグラフである。

図１において、本発明の光ファイバコード評価装置１は、コード化された被測定光ファイバ２の一端（入射端）となる端末の加工状態を評価するための装置であって（被測定光ファイバ２を入れ替えることにより他端（出射端）の評価も可能）、光源３と、測定器４（ＦＦＰ測定器４ａ、帯域測定器４ｂ）と、演算処理装置５と、入力装置６と、出力装置７とを備えて構成されている。光ファイバコード評価装置１は、以下の説明から分かるようになるが、光ファイバのＮＡと伝送帯域とを求め、理論計算との比較を加えることにより、端末加工をしたマルチモード光ファイバコード（被測定光ファイバ２）の端末加工状態（散乱の度合い）、及び伝送特性の評価することができるように構成されている。先ず、上記の各構成について説明する。

図１及び図２において、上記被測定光ファイバ２は、コード化されたマルチモード光ファイバであって、様々な長さのものが用いられている（長さに関しては図４〜７参照）。被測定光ファイバ２の一端及び他端には、それぞれ光コネクタ８が設けられている。光コネクタ８は、フェルール９を有している。

上記光源３は、上記ＦＦＰ測定器４ａを用いる場合は連続駆動され、また、上記帯域測定器４ｂを用いる場合はパルス駆動される発光素子１０と、この発光素子１０を発光させる図示しない回路と、光導波用ファイバ１１とを備えて構成されている。光導波用ファイバ１１は、この一端に発光素子１０が光学的に接続されている。光導波用ファイバ１１の他端は、光コネクタを介して被測定光ファイバ２の一端の光コネクタ８と光学的に接続されている。引用符号１２はコネクタ接続部分を示している。発光素子１０に接続される光導波用ファイバ１１は、この他端（出射端）が被測定光ファイバ２に入射する光源として規定されている。

光導波用ファイバ１１は、このコア径が被測定光ファイバ２よりも小さくなるような光ファイバが用いられている。これは、光ファイバコアの偏芯による損失をほぼ無視することができるようにするためである。光導波用ファイバ１１は、このＮＡ、コア径、ファイバ長が調整された状態になっている（測定時に上記の調整をすることにより、マルチモードの被測定光ファイバ２の励振状態をコントロールすることができるようになる）。光導波用ファイバ１１は、使用する測定波長においてシングルモード動作をするものが用いられている（被測定光ファイバ２に入射する光のＮＡ（以下、入射ＮＡと呼ぶ。尚、励振ＮＡと呼んでもよいものとする）を安定させることができるようになる）。

上記ＦＦＰ測定器４ａは、被測定光ファイバ２の他端をファーフィールドパターン（ＦＦＰ）で測定し、光強度分布ならびにＮＡを求める公知の測定機器であって、ＮＡは上記演算処理装置５へ出力されるように構成されている。ＦＦＰ測定器４ａは、被測定光ファイバ２と演算処理装置５との間に着脱自在に設けられている。

上記帯域測定器４ｂは、被測定光ファイバ２の帯域を測定するための公知の測定器であって、測定された帯域は上記演算処理装置５へ出力されるように構成されている。帯域測定器４ｂは、被測定光ファイバ２と演算処理装置５との間に着脱自在に設けられている。

上記演算処理装置５は、後述する図３のフローチャートを用いての説明から分かるようになるが、モード拡散方程式を用いて計算することにより求めた伝送帯域の計算値と、端末加工をしたマルチモードの被測定光ファイバ２の伝送帯域の実測値とを比較するとともに、計算値と実測値とが合わない場合に、モード拡散方程式の計算モデルを替えて再計算し、さらに、計算値と実測値とが合う場合に、モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた入射ＮＡ（図３中では励振ＮＡ）と被測定光ファイバ２の一端に入射する入射ＮＡとからこれらの差分ΔＮＡを評価用として求める演算部（図示省略）を有している。

演算処理装置５は、上記のような演算部の他に、後述するＮＡ距離依存性や帯域距離依存性を記憶しておくための記憶部（図示省略）と、上記差分ΔＮＡから被測定光ファイバ２の端末不整の有無を判断し端末加工状態を評価する第一評価部（図示省略）と、上記計算値と実測値とが合う場合における上記モード拡散方程式のモード伝搬損失とモード結合係数とを用いて伝送帯域への影響を評価する第二評価部（図示省略）と、装置全体を制御する制御部（図示省略）と、評価内容（例えば良否）を出力する出力部と、複数のインターフェース（図示省略）とを有している。

出力装置７は、例えば表示器であって、評価内容を表示することができるようなものとなっている。尚、差分ΔＮＡやモード伝搬損失やモード結合係数の値を出力しこれを表示させて、数値から人が評価するようにしても良いものとする。

次に、上記構成に基づきながら本発明の光ファイバコード評価方法について説明する。本発明の評価方法は、上記の如く、光ファイバのＮＡと伝送帯域とを求め、理論計算との比較を加えることにより、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態（散乱の度合い）、及び伝送特性の評価をする方法である。以下、図３のフローチャートや図１等を参照しながら具体的に説明する。

長さの異なる被測定光ファイバ２を複数種用意して、図４に示す被測定光ファイバのＮＡ距離依存性や、図５に示す被測定光ファイバの帯域距離依存性を求める（ステップＳ１）。ＮＡ距離依存性は、ＦＦＰ測定器４ａを用いて被測定光ファイバ２のＦＦＰを測定することでＮＡを求め、そして、被測定光ファイバ２の長さを変えて測定することで図４に示す如く求まる。一方、帯域距離依存性は、ＮＡ距離依存性と同様に長さを変えて帯域を測定することで図５に示す如く求まる。

ＮＡ距離依存性及び帯域距離依存性は、評価前に予め求めておき、これを演算処理装置５の記憶部に記憶しておくことが好ましい。

ＮＡ距離依存性や帯域距離依存性を求めた後、下記（１）式のモード拡散方程式に用いるパラメータ、モードｍのモード伝搬損失γ（ｍ）、モード結合係数ｄ（ｍ）を特性が一致するように推定する（ステップＳ２）。この推定やこれ以降の処理は、演算処理装置５で行われる。下記（１）式において、ｆはベースバンド周波数、ｚは距離、ｐ（ｆ、ｍ、ｚ）は伝搬パワー、τ（ｍ）は遅延時間を示している。

下記（２）式、下記（３）式は、推定したモード伝搬損失γ（ｍ）、モード結合係数ｄ（ｍ）の計算モデル式の一例を示している。

上記推定の後、モード拡散方程式を用いることにより、各モードの強度分布から光ファイバの入射ＮＡと伝送帯域の値を計算から求める（ステップＳ３）。

次に、モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた伝送帯域の計算値と、光ファイバコード評価装置１を用いて実測した実測値との比較を行う（ステップＳ４）。ここで、伝送帯域の計算値と実測値とが一致しない場合は、再度モード拡散方程式の計算モデルを再検討する（ステップＳ４でＮＧ）。これに対し、伝送帯域の計算値と実測値とが一致する場合は、上記強度分布から求めた入射ＮＡと、実測の入射ＮＡであるＮＡ_Ｌとを比較し、これらの差分ΔＮＡを求める（ステップＳ５。尚、ＮＡ_Ｌについては後述する）。差分ΔＮＡは、モード拡散方程式の計算モデルを再検討した際の条件差分となる。

入射ＮＡと、ＮＡ_Ｌとを比較した時、差分ΔＮＡがほぼ０（零）であれば、被測定光ファイバ２の端末は問題なく加工されていると言える（ステップＳ６）。光ファイバコード評価装置１においては、端末不整が無く、端末加工状態が良いことを表す「良」と評価される。逆に、差分ΔＮＡが大きい場合（例えばバラツキの範囲を超える大きさの場合）は、被測定光ファイバの端末加工状態に不整があると言え、不整量をΔＮＡで表すことができる（ステップＳ７）。光ファイバコード評価装置１においては、端末加工状態が悪いことを表す「否」と評価される。この時用いたモード拡散方程式のモード伝搬損失γ（ｍ）、モード結合係数ｄ（ｍ）は、被測定光ファイバ２のコード化による伝送帯域への影響を示している。光ファイバコード評価装置１は、この影響に関しても適宜評価をする。

図６においては、下記（４）式の条件と、実際に被測定光ファイバ２に入射したＮＡ_Ｌの値とを用いて、二種類の光ファイバの帯域測定値と計算値とが比較されている。図６において、条件１では光ファイバＡの伝送帯域の計算値と実測値とが一致していることが分かる。しかしながら、条件２では光ファイバＢの伝送帯域の計算値と実測値とが一致していないことが分かる。このことから、光ファイバＢは条件の変更をすることが必要になる（ステップＳ４のＮＧに相当）。

図７は条件２においてＮＡ_Ｌの値を変更した条件３の計算値と実測値とを比較した結果を示しており、計算値と実測値とが良く一致していることが分かる。条件２と条件３におけるＮＡ_Ｌの変更分がΔＮＡであり、このΔＮＡが端末不整量を示している。尚、光ファイバＡは、計算値と実測値とが良く一致しており、条件変更をしていないことから、端末不整量は小さい。

図６、７の光ファイバＢにおいて、入射ＮＡと、ＮＡ _Ｌ との比較を行うと、約０．０２５の差が求められた。条件２が光ファイバコード、条件１がコード化前の光ファイバ芯線のモード伝搬損失の条件であり、光ファイバＢでは条件２を用いて先ず計算を行った。光ファイバＢの条件２において、計算値と実測値とが一致しない直線は、入射ＮＡを測定に使用した光源３と同じＮＡで計算した結果である。この結果は端末不整がない状態の結果を表しており、光ファイバ芯線の値と比較することでコード化による影響を知ることができる。

＊：小山田弥平、吉村朋也、宗國肇、国枝秀和、“ステップ型プラスチック光ファイバの伝送帯域に関する基礎検討”、信学技報、ＯＦＴ２０００−４、２０００．

図２において、ＮＡ_Ｌは被測定光ファイバ２に入射したＮＡであり、ΔＮＡ_ｉｎとΔＮＡ_ｏｕｔは端末不整によるＮＡの局所的な増分である。ＮＡ′は入射端のコネクタ通過後ＮＡであり、下記（５）式で表される。ＮＡ″は被測定光ファイバ２内のＮＡであり、ＮＡ′とファイバ長Ｌに依存する値となる。図２において端末不整による局所的な散乱ΔＮＡはΔＮＡ_ｉｎとΔＮＡ_ｏｕｔの２箇所で発生し、ＦＦＰ測定器４ａを用いてのＮＡ測定時に得られるＮＡ_ｍｅａｓはこれら全ての要因を含んだ値であり、下記（６）式で表される。

ΔＮＡ_ｉｎとΔＮＡ_ｏｕｔを求める際には、以下の３つのケース（Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ３）が考えられるが、伝送帯域の測定値はΔＮＡ_ｉｎの影響が支配的であり、ΔＮＡ_ｏｕｔの影響は無視することが可能であるため、切り分けをすることができる。また、更にＣａｓｅ３のように評価端末である被測定光ファイバ２を入れ替えて（一端と他端の位置を変えるように入れ替えて）評価を繰り返すことにより、更に切り分けの精度を上げることが可能である。

以上、図１ないし図７を参照しながら説明してきたように、本発明によれば、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの端末加工状態を評価することができるという効果を奏する。また、本発明によれば、端末加工をしたマルチモード光ファイバコードの伝送帯域のコード化による影響を評価することができるという効果を奏する。さらに、本発明によれば、コード化による影響を知ることができるという効果を奏する。

実施例２は、特に図示しないが、被測定光ファイバに替えて各種の光導波路にしたものである。伝送媒体は光ファイバに限らないためである。

この他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。

１ 光ファイバ端末加工状態評価装置
２ 被測定光ファイバ
３ 光源
４ 測定器
４ａ ＦＦＰ測定器
４ｂ 帯域測定器
５ 演算処理装置
６ 入力装置
７ 出力装置
８ 光コネクタ
９ フェルール
１０ 発光素子
１１ 光導波用ファイバ
１２ コネクタ接続部分

Claims (6)

1. モード拡散方程式を用いて計算することにより求めた伝送帯域の計算値と端末加工をしたマルチモードの被測定光ファイバの伝送帯域の実測値とを比較するステップと、
   前記計算値と前記実測値とが合わない場合に前記モード拡散方程式におけるモード伝搬損失とモード結合係数の推定した計算モデルを替えて再計算するステップと、
   前記計算値と前記実測値とが合う場合に前記モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた入射ＮＡと前記被測定光ファイバの一端に入射する入射ＮＡとからこれらの差分を評価用として求めるステップと、
   を含む
   ことを特徴とする光ファイバコード評価方法。
2. 請求項１に記載の光ファイバコード評価方法において、
   前記計算値と前記実測値とが合う場合の前記モード拡散方程式のモード伝搬損失とモード結合係数とを評価に用いるステップを含む
   ことを特徴とする光ファイバコード評価方法。
3. 請求項１に記載の光ファイバコード評価方法において、
   光ファイバコード及びコード化前の光ファイバ芯線の二種類を前記モード拡散方程式のモード伝搬損失の条件値として用いるステップを含む
   ことを特徴とする光ファイバコード評価方法。
4. モード拡散方程式を用いて計算することにより求めた伝送帯域の計算値と端末加工をしたマルチモードの被測定光ファイバの伝送帯域の実測値とを比較するとともに、前記計算値と前記実測値とが合わない場合に前記モード拡散方程式におけるモード伝搬損失とモード結合係数の推定した計算モデルを替えて再計算し、さらに、前記計算値と前記実測値とが合う場合に前記モード拡散方程式を用いることにより各モードの強度分布から求めた入射ＮＡと前記被測定光ファイバの一端に入射する入射ＮＡとからこれらの差分を評価用として求める演算処理装置を含む
   ことを特徴とする光ファイバコード評価装置。
5. 請求項４に記載の光ファイバコード評価装置において、
   前記計算値と前記実測値とが合う場合の前記モード拡散方程式のモード伝搬損失及びモード結合係数を評価用として使用可能に前記演算処理装置を構成する
   ことを特徴とする光ファイバコード評価装置。
6. 請求項４に記載の光ファイバコード評価装置において、
   前記モード拡散方程式のモード伝搬損失の条件値として光ファイバコード及びコード化前の光ファイバ芯線の二種類を用いるように前記演算処理装置を構成する
   ことを特徴とする光ファイバコード評価装置。

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