JP5365338B2 - カットオフ波長測定方法および光通信システム - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの高次モードのカットオフ波長を測定する方法、および、この方法を利用した光通信システムに関するものである。

光通信システムにおいて光伝送路として用いられる光ファイバは、信号光波長において単一モードであることが重要であり、高次モードのカットオフ波長が信号光波長より短いことが重要である。光ファイバの高次モードのカットオフ波長を測定する方法として、非特許文献１において規格化された方法が知られている。この文献には、カットオフ波長測定方法として、曲げ参照法およびマルチモード参照法が記載されている。

IEC 60793-1-44 (JIS C 6825) 池田真挙、他、「接続損失を低減した低曲げ損失光ファイバ」、フジクラ技報、２００３年１０月、第１０５号、第６頁〜第１０頁

しかしながら、曲げ参照法またはマルチモード参照法によるカットオフ波長測定は光ファイバによっては困難となる場合がある。例えば、非特許文献２に記載されているような高次モードの曲げ損失が小さい光ファイバ、複数の高次モードのカットオフ波長が互いに近い光ファイバ、および、カットオフ波長測定に際して補助的に用いられるマルチモード光ファイバのＯＨ損失波長に近いカットオフ波長を有する光ファイバについては、曲げ参照法またはマルチモード参照法によるカットオフ波長測定は困難となる場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、曲げ参照法またはマルチモード参照法によるカットオフ波長測定が困難である光ファイバについても容易に高次モードのカットオフ波長を測定することができる方法を提供することを目的とする。

本発明に係るカットオフ波長測定方法は、光ファイバの高次モードのカットオフ波長を測定する方法であって、(1) 高次モードのカットオフ波長を測定すべき対象光ファイバの第１端にマルチモード光ファイバを接続し、マルチモード光ファイバから対象光ファイバへ光を伝搬させ、対象光ファイバを伝搬した後に対象光ファイバの第２端から出射される光の強度を測定して、この光強度測定結果に基づいて第１パワースペクトルを所定波長範囲で求める第１ステップと、(2)所定波長範囲において対象光ファイバの曲げ損失より大きい曲げ損失を有する参照光ファイバの第１端にマルチモード光ファイバを接続し、マルチモード光ファイバから参照光ファイバへ光を伝搬させ、参照光ファイバを伝搬した後に参照光ファイバの第２端から出射される光の強度を測定して、この光強度測定結果に基づいて第２パワースペクトルを所定波長範囲で求める第２ステップと、(3)第１パワースペクトルから第２パワースペクトルを減じて差分スペクトルを求める第３ステップと、(4) 差分スペクトルの形状に基づいて対象光ファイバの高次モードのカットオフ波長を求める第４ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係るカットオフ波長測定方法では、第４ステップは、(a) 所定波長範囲において差分スペクトルの最小値との差が０.１ｄＢ未満であって差分スペクトルの波長微分値が略０である特定範囲を求める第１サブステップと、(b) 特定範囲における差分スペクトルの平均値を求める第２サブステップと、(c) 差分スペクトルを表すグラフにおいて、平均値より０.１ｄＢだけ大きい値となる直線を描き、差分スペクトルと直線との交点の波長を求め、交点の波長より短波長側の差分スペクトルの値が交点の波長より長波長側の差分スペクトルの値より大きい交点の波長を対象光ファイバの高次モードのカットオフ波長として求める第３サブステップと、を含むのが好適である。

本発明に係るカットオフ波長測定方法では、第２ステップにおいて、参照光ファイバのカットオフ波長より長波長側で第１パワースペクトルが第２パワースペクトルより大きくなるように、参照光ファイバの長さ、曲げ径または巻きつけ回数を設定するのが好適である。所定波長範囲において対象光ファイバおよび参照光ファイバそれぞれのモードフィールド径の差が０.５μｍ以下であるのが好適である。また、第１ステップにおいて、使用環境またはこれと等価な状態の下にある対象光ファイバについて第１パワースペクトルを求めるのが好適である。

本発明に係る光通信システムは、上記の本発明に係るカットオフ波長測定方法を用いて高次モードのカットオフ波長を測定した対象光ファイバが光伝送路として布設され、この測定されたカットオフ波長より長い波長の信号光を対象光ファイバにより伝送することを特徴とする。

本発明によれば、曲げ参照法またはマルチモード参照法によるカットオフ波長測定が困難である光ファイバについても容易に高次モードのカットオフ波長を測定することができる。

曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法について説明する図である。 マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法について説明する図である。 本実施形態に係るカットオフ波長測定方法について説明する図である。 本実施形態に係るカットオフ波長測定方法について詳細に説明する図である。 ３つの測定方法それぞれにより求められた第２パワースペクトルＳ２を示す図である。 ３つの測定方法それぞれにより求められた差分スペクトルを示す図である。 ３つの測定方法それぞれにより求められた対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃの測定結果を示す図表である。 曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。 マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。 マルチモードによるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。 本実施形態に係るカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、比較例として曲げ参照法およびマルチモード参照法について説明し、この比較例と対比しつつ本実施形態に係るカットオフ波長測定方法について説明する。

図１は、曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法について説明する図である。曲げ参照法では、同図（ａ）に示されるように、高次モードのカットオフ波長λｃを測定すべき対象光ファイバ１の第１端にマルチモード光ファイバ２を突き合わせて接続するとともに、その対象光ファイバ１の第２端にマルチモード光ファイバ３を突き合わせて接続する。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，対象光ファイバ１およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第１パワースペクトルＳ１を求める。

また、同図（ｂ）に示されるように光ファイバ１の出射端側を小径に巻き（符号４の部分）測定波長範囲において高次モード光を通過させない状態にする。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，対象光ファイバ１，符号４の部分およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第２パワースペクトルＳ２を求める。

なお、対象光ファイバ１の典型的な使用形態を模擬するため、対象光ファイバ１の長さは２ｍとされ、その対象光ファイバは直径２８０ｍｍφで巻回される。また、符号４の部分は、測定波長範囲において高次モード光を通過させないようにするため、直系６０ｍｍφ以下の小径で巻回される。

同図（ｃ）に示されるように、第１パワースペクトルＳ１は、所定波長範囲において対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短波長側では基底モードに加えて高次モードをも含むのでパワーが大きく、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより長波長側では基底モードのみであるのでパワーが小さい。一方、第２パワースペクトルＳ２は、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短波長側でも基底モードのみであるのでパワーが小さい。

そこで、同図（ｄ）に示されるように、第１パワースペクトルＳ１から第２パワースペクトルＳ２を減じて差分スペクトルを求め、その差分スペクトルの形状に基づいて対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃを求めることができる。

図２は、マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法について説明する図である。マルチモード参照法では、同図（ａ）に示されるように、高次モードのカットオフ波長λｃを測定すべき対象光ファイバ１の第１端にマルチモード光ファイバ２を突き合わせて接続するとともに、その対象光ファイバ１の第２端にマルチモード光ファイバ３を突き合わせて接続する。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，対象光ファイバ１およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第１パワースペクトルＳ１を求める。

また、同図（ｂ）に示されるように、対象光ファイバ１に替えてマルチモード光ファイバ５をマルチモード光ファイバ２とマルチモード光ファイバ３との間に挿入する。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，マルチモード光ファイバ５およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第２パワースペクトルＳ２を求める。

なお、このマルチモード参照法でも、対象光ファイバ１の典型的な使用形態を模擬するため、対象光ファイバ１の長さは２ｍとされ、その対象光ファイバは直径２８０ｍｍφで巻回される。

同図（ｃ）に示されるように、第１パワースペクトルＳ１は、所定波長範囲において対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短波長側では基底モードに加えて高次モードをも含むのでパワーが大きく、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより長波長側では基底モードのみであるのでパワーが小さい。一方、第２パワースペクトルＳ２は、所定波長範囲において基底モードに加えて高次モードをも含むのでパワーが大きい。

そこで、同図（ｄ）に示されるように、マルチモード参照法でも第１パワースペクトルＳ１から第２パワースペクトルＳ２を減じて差分スペクトルを求め、その差分スペクトルの形状に基づいて対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃを求めることができる。

図３は、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法について説明する図である。本実施形態に係るカットオフ波長測定方法では、同図（ａ）に示されるように、第１ステップにおいて、高次モードのカットオフ波長λｃを測定すべき対象光ファイバ１の第１端にマルチモード光ファイバ２を突き合わせて接続するとともに、その対象光ファイバ１の第２端にマルチモード光ファイバ３を突き合わせて接続する。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，対象光ファイバ１およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第１パワースペクトルＳ１を所定波長範囲で求める。

また、同図（ｂ）に示されるように、第２ステップにおいて、対象光ファイバ１に替えて参照光ファイバ６を用い、参照光ファイバ６の第１端にマルチモード光ファイバ２を突き合わせて接続するとともに、その参照光ファイバ６の第２端にマルチモード光ファイバ３を突き合わせて接続する。そして、光源１１から出力された光をマルチモード光ファイバ２，参照光ファイバ６およびマルチモード光ファイバ３の順に伝搬させ、マルチモード光ファイバ３から出射される光の強度を受光器１２により測定して、この光強度測定結果に基づいて第２パワースペクトルＳ２を求める。

なお、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法でも、対象光ファイバ１の典型的な使用形態を模擬するのが好適である。対象光ファイバ１は、長さ２ｍとされ、直径２８０ｍｍφで巻回されていてもよい。また、対象光ファイバ１を光伝送路等の使用環境またはこれと等価な状態の下において、第１パワースペクトルＳ１を求めてもよい。

参照光ファイバ６は、所定波長範囲において対象光ファイバ１の曲げ損失より大きい曲げ損失を有し、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短いカットオフ波長を有する。参照光ファイバ６のカットオフ波長より長波長側で第１パワースペクトルが第２パワースペクトルより大きくなるように、参照光ファイバ６の長さ、曲げ径または巻きつけ回数を設定するのが好適である。また、所定波長範囲において対象光ファイバ１および参照光ファイバ６それぞれのモードフィールド径の差が０.５μｍ以下であるのが好適である。

参照光ファイバ６は、ＩＴＵ Ｇ６５２Ｄに準拠するＯＨ損失が小さいものであるのが好適である。参照光ファイバ６の長さは任意であるが、伝送損失が０.０１ｄＢを超えない範囲で参照光ファイバ６を長くすることができ、例えば、長さ２ｍ〜１０ｍであるのが好ましい。また、参照光ファイバ６は、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃにおける曲げ損失が０.０１ｄＢを超えない範囲でマンドレルに巻かれていてもよく、例えば直径６０ｍｍφのマンドレルに巻かれているのが好適である。このようにすることにより、参照光ファイバ６のカットオフ波長を短くし、測定範囲を広げることができる。

同図（ｃ）に示されるように、第１パワースペクトルＳ１は、所定波長範囲において対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短波長側では基底モードに加えて高次モードをも含むのでパワーが大きく、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより長波長側では基底モードのみであるのでパワーが小さい。一方、第２パワースペクトルＳ２は、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃより短い参照光ファイバ６のカットオフ波長より短波長側では基底モードに加えて高次モードをも含むのでパワーが大きく、参照光ファイバ６のカットオフ波長より長波長側では基底モードのみであるのでパワーが小さい。

そこで、同図（ｄ）に示されるように、第３ステップにおいて、第１パワースペクトルＳ１から第２パワースペクトルＳ２を減じて差分スペクトルを求める。続く第４ステップにおいて、差分スペクトルの形状に基づいて対象光ファイバの高次モードのカットオフ波長λｃを求める。

ここで、第４ステップは、以下のサブステップを行うことにより、カットオフ波長をより正確に決定することが可能である。はじめに第１サブステップにおいて、所定波長範囲において差分スペクトルの最小値との差が０.１ｄＢ未満であって差分スペクトルの波長微分値が略０である特定範囲を求める。更に続く第２サブステップにおいて、特定範囲における差分スペクトルの平均値Ａを求める。そして、第３サブステップにおいて、差分スペクトルを表すグラフにおいて、平均値Ａより０.１ｄＢだけ大きい値Ｂとなる直線を描き、差分スペクトルと直線との交点の波長を求め、交点の波長より短波長側の差分スペクトルの値が交点の波長より長波長側の差分スペクトルの値より大きい交点の波長を対象光ファイバ１の高次モードのカットオフ波長λｃとして求める。

図４は、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法について詳細に説明する図である。この図は、特に本実施形態に係るカットオフ波長測定方法の第３ステップ、第１〜第３のサブステップについて詳細に説明する。

本実施形態に係るカットオフ波長測定方法では、同図（ａ）に示されるように、第１ステップにおいて第１パワースペクトルＳ１が得られ、第２ステップにおいて第２パワースペクトルＳ２が得られる。同図（ｂ）に示されるように、第３ステップにおいて、第１パワースペクトルＳ１から第２パワースペクトルＳ２を減じて差分スペクトル（実線）を求め、続く第１サブステップにおいて、所定波長範囲において差分スペクトルの最小値との差が０.１ｄＢ未満であって差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）の波長微分値（点線）が略０である特定範囲を求める。

そして、同図（ｃ）に示されるように、第２サブステップにおいて、特定範囲における差分スペクトルの平均値Ａを求め、続く、第３サブステップにおいて、平均値Ａより０.１ｄＢだけ大きい値Ｂとなる直線を描き、差分スペクトルと直線との交点の波長を求め、交点の波長より短波長側の差分スペクトルの値が交点の波長より長波長側の差分スペクトルの値より大きい交点の波長を対象光ファイバ１の高次モードのカットオフ波長λｃとして求める。

図５〜図７は、曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法、マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法、および、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法、の３つの測定方法それぞれによる対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃの測定結果の例を対比して説明するための図である。ここでは、共通の対象光ファイバ１についてカットオフ波長λｃを測定した。図５は、３つの測定方法それぞれにより求められた第２パワースペクトルＳ２を示す図である。図６は、３つの測定方法それぞれにより求められた差分スペクトルを示す図である。また、図７は、３つの測定方法それぞれにより求められた対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃの測定結果を示す図表である。３つの測定方法それぞれにより得られた対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃの測定結果は、互いによく一致している。

図８〜図１１も、曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法、マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法、および、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法、の３つの測定方法それぞれによる対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃの測定結果の例を対比して説明するための図である。ここでは、各々の場合で異なる対象光ファイバ１についてカットオフ波長λｃを測定した。各図（ａ）は第１パワースペクトルＳ１および第２パワースペクトルＳ２それぞれを示す図である。各図（ｂ）は差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。

図８は、曲げ参照法によるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。この場合の対象光ファイバ１は、高次モードの曲げ損失が小さい光ファイバである。このとき、第１パワースペクトルＳ１と第２パワースペクトルＳ２との差が小さいので、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃを測定することが困難である。

図９は、マルチモード参照法によるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。この場合の対象光ファイバ１は、複数の高次モードのカットオフ波長が互いに近い光ファイバである。このとき、差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）において近接した複数のピークが存在するので、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃを測定することが困難である。

図１０は、マルチモードによるカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。この場合の対象光ファイバ１は、マルチモード光ファイバ２，３のＯＨ損失波長（図中で点線で囲った波長位置）に近いカットオフ波長λｃを有する光ファイバである。このとき、マルチモード光ファイバ２，３のＯＨ損失の影響が差分スペクトルに現れるので、対象光ファイバ１のカットオフ波長λｃを測定することが困難である。

図１１は、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法により求められた第１パワースペクトルＳ１，第２パワースペクトルＳ２および差分スペクトル（Ｓ１−Ｓ２）を示す図である。本実施形態に係るカットオフ波長測定方法では、高次モードの曲げ損失が小さい光ファイバ、複数の高次モードのカットオフ波長が互いに近い光ファイバ、および、カットオフ波長測定に際して補助的に用いられるマルチモード光ファイバのＯＨ損失波長に近いカットオフ波長を有する光ファイバの何れについても、容易にカットオフ波長λｃを想定することができる。

本実施形態に係るカットオフ波長測定方法は、如何なる状態にある対象光ファイバ１に対しても高次モードのカットオフ波長λｃを測定することができ、使用環境またはこれと等価な状態の下にある対象光ファイバ１について第１パワースペクトルを求めることもできる。したがって、光通信システムにおいて、本実施形態に係るカットオフ波長測定方法を用いて高次モードのカットオフ波長を測定した対象光ファイバ１が光伝送路として布設され、この測定されたカットオフ波長より長い波長の信号光を対象光ファイバ１により伝送することができる。

１…対象光ファイバ、２…マルチモード光ファイバ、３…マルチモード光ファイバ、４…対象光ファイバを小径に巻いた部分、５…マルチモード光ファイバ、６…参照光ファイバ、１１…光源、１２…受光器。

Claims (6)

1. 光ファイバの高次モードのカットオフ波長を測定する方法であって、
   高次モードのカットオフ波長を測定すべき対象光ファイバの第１端にマルチモード光ファイバを接続し、前記マルチモード光ファイバから前記対象光ファイバへ光を伝搬させ、前記対象光ファイバを伝搬した後に前記対象光ファイバの第２端から出射される光の強度を測定して、この光強度測定結果に基づいて第１パワースペクトルを所定波長範囲で求める第１ステップと、
   前記所定波長範囲において前記対象光ファイバの曲げ損失より大きい曲げ損失を有する参照光ファイバの第１端に前記マルチモード光ファイバを接続し、前記マルチモード光ファイバから前記参照光ファイバへ光を伝搬させ、前記参照光ファイバを伝搬した後に前記参照光ファイバの第２端から出射される光の強度を測定して、この光強度測定結果に基づいて第２パワースペクトルを前記所定波長範囲で求める第２ステップと、
   前記第１パワースペクトルから前記第２パワースペクトルを減じて差分スペクトルを求める第３ステップと、
   前記差分スペクトルの形状に基づいて前記対象光ファイバの高次モードのカットオフ波長を求める第４ステップと、
   を備えることを特徴とするカットオフ波長測定方法。
2. 前記第４ステップは、
   前記所定波長範囲において前記差分スペクトルの最小値との差が０.１ｄＢ未満であって前記差分スペクトルの波長微分値が略０である特定範囲を求める第１サブステップと、
   前記特定範囲における前記差分スペクトルの平均値を求める第２サブステップと、
   前記差分スペクトルを表すグラフにおいて、前記平均値より０.１ｄＢだけ大きい値となる直線を描き、前記差分スペクトルと前記直線との交点の波長を求め、前記交点の波長より短波長側の前記差分スペクトルの値が前記交点の波長より長波長側の前記差分スペクトルの値より大きい前記交点の波長を前記対象光ファイバの高次モードのカットオフ波長として求める第３サブステップと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のカットオフ波長測定方法。
3. 前記第２ステップにおいて、前記参照光ファイバのカットオフ波長より長波長側で前記第１パワースペクトルが前記第２パワースペクトルより大きくなるように、前記参照光ファイバの長さ、曲げ径または巻きつけ回数を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のカットオフ波長測定方法。
4. 前記所定波長範囲において前記対象光ファイバおよび前記参照光ファイバそれぞれのモードフィールド径の差が０.５μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載のカットオフ波長測定方法。
5. 前記第１ステップにおいて、使用環境またはこれと等価な状態の下にある前記対象光ファイバについて前記第１パワースペクトルを求める、ことを特徴とする請求項１に記載のカットオフ波長測定方法。
6. 請求項５に記載のカットオフ波長測定方法を用いて高次モードのカットオフ波長を測定した対象光ファイバが光伝送路として布設され、この測定されたカットオフ波長より長い波長の信号光を前記対象光ファイバにより伝送する、ことを特徴とする光通信システム。
   

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