JP5442357B2

JP5442357B2 - ラマン光増幅特性評価装置

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Publication number: JP5442357B2
Application number: JP2009192244A
Authority: JP
Inventors: 隆生谷本; 王亮岩崎
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: JP2011043432A

Description

本発明は、ラマン光増幅の利得分布特性等を評価するためのラマン光増幅特性評価装置に関し、被測定光ファイバの片端のみからの測定でラマン光増幅器の評価を容易に行えるようにするための技術に関する。

光ファイバラマン光増幅とは、光ファイバに強い励起光を入射したときにラマン散乱に基づく誘導放出が起こり、励起光波長より１００ｎｍ程度の長い波長域に増幅帯域が得られる現象である。この光ファイバラマン光増幅は、増幅波長帯域が広く、その増幅帯域を励起光の波長によって自由に設定できるという利点を有している。

なお、ラマン散乱とは、光ファイバへの入射光子が石英ガラスの分子振動に対応する光学フォノンを励起して、そのエネルギー分だけ周波数シフト（１３．２ＴＨｚ程度で、１．５５μｍ帯では、約１００ｎｍに相当）した光として散乱される３次の非線形現象である。

ラマン光増幅は、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Erbium Doped Fiber
Amplifier）に比べ、雑音が１／４程度と小さいこと、特殊な光ファイバを必要せず通常のシングルモードファイバで増幅が可能であること等のメリットがあるため、これらのメリットを生かして、ラマン光増幅とＥＤＦＡと併せて用いることで伝送品質の劣化を抑制する長距離伝送システムの検討が進められている。

この長距離伝送システムに用いるラマン光増幅の評価対象特性として利得分布特性があり、それを測定するためのシステムを図７に示す。

このシステムでは、励起光源１１から出射されたパルス光Ｐpumpを、光カプラ１２を介して被測定光ファイバ１の一端に入射させ、その他端には信号光光源１３から出射された信号光(連続光)Ｐ(cw)を入射させて、被測定光ファイバ１中で信号光Ｐ(cw)をパルス光Ｐpumpと対向させることによりラマン光増幅を生じさせ、被測定光ファイバ１から光カプラ１２側へ出射された光のうち、ラマン光増幅を受けた信号光Ｐ(cw)′の成分を波長フィルタ１４で抽出して光電変換器１５に入射させ、電気信号に変換する。

ここで、パルス光Ｐpumpが被測定光ファイバ１内に無いとき、ラマン光増幅作用は生じていないので、その間に光電変換器１５に入射される信号光Ｐ(cw)′の強度は一定値Ａ１となる。

また、パルス光Ｐpumpが被測定光ファイバ１の一端から他端まで伝搬している間はラマン光増幅作用が生じており、伝搬によるパルス光Ｐpumpの減衰に伴い利得が低下するので、その間に光電変換器１５に入射される信号光Ｐ(cw)′の強度は、一定値Ａ１より大きい範囲でＡ２からＡ３まで一定の傾きで低下することになる。

このラマン光増幅された信号光Ｐ(cw)′の強度の時間波形を図８のように検出し、その増幅成分（Ａ２〜Ａ３までの成分）と直流成分（Ａ１）を測定することにより、ラマン利得分布特性を求めることができる。

また、別の方法として、図９のように、光パルス試験器（ＯＴＤＲ）２０を用いる方法も知られている。

即ち、連続光を出射する励起光源１１がオフ状態で、光パルス試験器２０の光源２１から出射されたパルス光Ｐｐを、光カプラ２２を介して被測定光ファイバ１の一端に入射し、伝送路の遠端Ｂの近傍での戻り光Ｐｒを光カプラ２２および波長フィルタ２３（パルス光Ｐｐの波長成分を通過させる）を介して光電変換器２４に入射し、その出力から伝播損失Ｌ１（ｄＢ）を求める。

次に、励起光源１１をオン状態にし、励起光Ｐ(cw)を被測定光ファイバ１の他端から入射した状態で、前記同様にパルス光Ｐｐを入射して、伝送路の遠端Ｂの近傍での戻り光（この場合ラマン増幅されている戻り光）から検出される伝搬損失Ｌ２（ｄＢ）を求める。

そして、伝搬損失の差Ｌ２−Ｌｌからラマン利得特性を求めることができ、また、このラマン利得を励起光Ｐ(cw)の光強度で除算することにより、ラマン利得効率を求めることができる。

なお、ラマン利得を測定する技術は例えば次の特許文献１にも開示されている。

特許第３９５２０３９号公報

しかし、上記した従来の測定方法は、測定対象のラマン光増幅器の励起光Ｐ(cw)の光強度を変化させることが必要となり、また、被測定ファイバ１の両端での測定作業が必要であるため、測定を容易に行えないという問題があった。

本発明は、上記の課題を鑑み、被測定ファイバの片端のみの作業でラマン光増幅器の評価が容易に行えるラマン光増幅特性評価装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１のラマン光増幅特性評価装置は、
ラマン光増幅媒体（１）と励起光源（１１）からなるラマン光増幅器のラマン光増幅特性を評価するためのラマン光増幅特性評価装置であって、
パルス状のプローブ光を発生する光源（３１）と、
３つの異なる光路を有し、前記プローブ光を第１光路で受けて第２光路から出射し、該第２光路に入射された光を第３光路から出射する光カプラ（３２）と、
前記光カプラの第２光路に一端側が接続された所定長（L ₁ ）の参照光ファイバ（３３）と、
第１の光電変換器（３５ｂ）を含み、前記光カプラの第３光路から出射された光に含まれる前記プローブ光の波長成分の強度に対応した大きさの電気信号を出力する第１の光検出器（３５）と、
光を吸収する無反射素子（４１）と、
第２の光電変換器（４２ａ）を含み、入射光の強度に対応した大きさの電気信号を出力する第２の光検出器（４２）と、
前記参照光ファイバの他端側に接続された第１光端子（４０ａ）、前記ラマン光増幅媒体の一端に接続された第２光端子（４０ｂ）、前記無反射素子に接続された第３光端子（４０ｃ）および前記第２の光検出器の光入射部に接続された第４光端子（４０ｄ）とを有し、前記第１光端子と第２光端子とを接続した第１接続状態、前記第１光端子と第３光端子とを接続した第２接続状態、前記第２光端子と第４光端子とを接続した第３接続状態とに切替可能な光路切替部（４０）と、
前記光路切替部の前記第１接続状態において前記第１の光検出器から出力される信号の時間波形を取得し、異なる複数の位置の強度（Dp(x)）を求め、前記第２の接続状態において前記第１の光検出器から出力される信号から前記参照光ファイバの長さに相当する距離（L ₁ ）の位置からの戻り光強度（Dp0(L ₁ )）を求め、さらに、前記第３接続状態において前記第２の光検出器から出力される信号から前記距離（L ₁ ）の位置における励起光強度（Pc(L ₁ )）を求め、これら求めた強度に基づいて前記ラマン光増幅器のラマン光増幅特性を算出する信号処理部（５０）とを備えたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２のラマン光増幅特性評価装置は、請求項１記載のラマン光増幅特性評価装置において、
前記第１の光検出器は、
前記光カプラの第３光路から出射された光を波長フィルタ（３５ａ）に入射して前記プローブ光の波長成分を抽出し前記第１の光電変換器に入射することを特徴とする。

また、本発明の請求項３記載のラマン光増幅特性評価装置は、請求項１記載のラマン光増幅特性評価装置において、
前記光源は、前記パルス状のプローブ光の他に該プローブ光に対して所定の光周波数差をもつ連続光を出射するように構成されており、
前記第１の光検出器は、
前記光カプラの第３光路から出射された光と前記光源からの連続光とを合波して前記第１の光電変換器に入射させ、該第１の光電変換器の出力信号から前記所定の周波数差に相当するビート信号成分を抽出してその振幅を検出するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４のラマン光増幅特性評価装置は、請求項１〜３のいずれかに記載のラマン光増幅特性評価装置において、
前記光源は、出射するプローブ光の波長を可変できる構成となっていることを特徴とする。

上記のように構成されているため、本発明のラマン光増幅特性評価装置では、光路切替部の第２光端子にラマン光増幅媒体の一端を接続した状態で３つの異なる測定を行うことで、ラマン光増幅器の特性を求めることができ、片端測定で容易に評価ができる。

本発明の測定原理を説明するための図本発明の第１実施形態の構成を示す図実施形態の光路切替を含む測定手順の一例を示す図実施形態の光路切替を含む測定手順の一例を示す図実施形態の光路切替を含む測定手順の一例を示す図本発明の第２実施形態の構成を示す図ラマン光増幅器の特性評価のための従来構成を示す図測定結果の一例を示す図光パルス試験器を用いてラマン光増幅器の特性を評価するための従来構成を示す図

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の測定原理を説明するための図である。

測定条件として、参照光ファイバ３３（長さL₁）とラマン光増幅媒体としての被測定光ファイバ１（長さL-L₁）とが接続された全ファイバ光路で、参照光ファイバ３３側から被測定光ファイバ１側に向かう方向をｘ軸座標と定義し、参照光ファイバ３３側の端の位置をx=0、被測定光ファイバ１側の端の位置をx=Lとする。

また、図１において、符号３１はパルス状のフローブ光Ｐｐを出射する光源、符号３２はプローブ光Ｐｐを参照光ファイバ３３へ出射し、参照光ファイバ３３側からの戻り光を別の光路へ出射する光カプラ、符号３５ａは参照光ファイバ３３側からの戻り光を受けてプローブ光の波長成分を通過させる波長フィルタ、符号３５ｂは波長フィルタ３５ａを通過した光を受ける光電変換器である。

ここで、参照光ファイバ３３の端からプローブ光Ｐｐを入射し、被測定光ファイバ１側から連続した励起光（ＣＷ光）Ｐ(cw)を入射する。

参照光ファイバ３３および被測定光ファイバ１上の任意の位置x（0≦x≦L）でのプローブ光Ｐｐの強度Pp(x)は、以下のように表すことができる。

Pp(x)＝Pp(0)・exp{−α₁(λp)・x} （0≦x≦L₁） …(1)
Pp(x)＝Pp(0)・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}
（L₁＜x≦L）

ここで、
Pp(x)：位置xにおける光パルスの光強度
Pp(0)：位置0における光強度
α₁(λp)：プローブ光の波長λpにおける光パルスに対する参照光ファイバの損失係数
α₂(λp)：プローブ光の波長λpにおける光パルスに対する被測定光ファイバの損失係数

また、任意の位置x（0≦x≦L）での励起光（CW光）の強度Pc(x)は、(2)式で表される。

Pc(x)＝Pc(L)・exp{−α₂(λc)(L−L₁)−α₁(λc)(L₁−x)} （0≦x≦L₁）…(2)
Pc(x)＝Pc(L)・exp{−α₂(λc)(L−x)} （L₁＜x≦L）

ここで、
Pc(x)：位置xにおける励起光（CW光）の光強度
Pc(L)：位置Lにおける光強度
α₁(λc)：励起光（CW光）の波長λcにおける参照光ファイバの損失係数
α₂(λc)：励起光（CW光）の波長λcにおける被測定光ファイバの損失係数

位置xにおけるラマン光増幅により増幅したプローブ増幅光の強度は、(3)式で表される。

Pp(x)・G(x)＝Pp(x)・exp{
gR(x)/Aeff(x)・Pc(x)(v・Ｔp/2)} …(3)
ただし
G(x)：増幅率
gR(x)/Aeff(x)：ラマン利得係数（Aeff(x)は実効断面積）
ｖ：光ファイバ中の伝播速度で、v=c/n (cは光速、ｎは光ファイバのコア屈折率)
Tp：光パルスのパルス幅

なお、gR(X)/Aeff(x)Pｃ(x)(v・Ｔp/2)が小さければ、
G(x)＝exp{gR(x)/Aeff(x)Pc(x)(v・Ｔp/2)}
は、
G(x)≒1+gR(x)/Aeff(x)Pｃ(x)(v・Ｔp/2)
と近似でき、(3)式は(4)式で表される。

Pp(x)・G(x)≒Pp(x)・{1+gR(x)/Aeff(x)・Pｃ(x)(v・Ｔp/2)} …(4)
ここで、Pp(x)はラマン光増幅前のx位置におけるプローブ光強度を示す。

プローブ増幅光の後方散乱光は、光ファイバの光損失による減衰、光カプラ３２の透過率C₁(λp)および波長フィルタ３５ａの透過率C₂(λp)により減衰し、光電変換器３５ｂに入力する。

従って、光電変換器３５ｂで受光する位置x（L₁＜x≦L）で発生した後方散乱光のプローブ光強度［（4）式］の検出レベルDp(x)は、(2)、(3)式を用い、(5)式で表される。ここで、後方散乱光の発生率をｋbとする。

Dp(x)＝ｋb・Pp(x)・G(x)・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}
・C₁(λp)・C₂(λp) …(5)
＝ｋb・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}・C₁(λp)・C₂(λp)
・Pp(x)・exp{gR(x)/Aeff(x)・Pc(x)・(v・Ｔp/2)}

Pp(x)= Pp(0)・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁) }，
Pc(x)= Pc(L)・exp{−α₂(λc)・(L−x)}
であるため、上記(5)式は次の(6)式でも表される。

Dp(x)＝ｋb・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}・C₁(λp)・C₂(λp)
・Pp(0)・exp{−α ₁ (λp)・L ₁ −α ₂ (λp)・(x−L ₁ ) }
・exp[gR(x)/Aeff(x)・Pc(L)・exp{−α ₂ (λc)・(L−x)}(v・Ｔp/2)] …(6)

(5)式、(6)式を(4)式の近似を用いて展開すると、(7)式、(8)式で表される。ただし、x（L1＜x≦L）

Dp(x)≒ｋb・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}・C₁(λp)・C₂(λp)
・Pp(x)・{1+gR(x)/Aeff(x)・Pｃ(x)(v・Ｔp/2)} …(7)
≒ｋb・exp{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}・C₁(λp)・C₂(λp)

・Pp(0)・exp{−α ₁ (λp)・L ₁ −α ₂ (λp)・(x−L ₁ )}
・{1+gR(x)/Aeff(x)・Pc(L)・exp{−α ₂ (λc)・(L−x)}
(v・Ｔp/2)} …(8)

ここで、(7)式の右辺第１項（下線無しの部分）は、プローブ光がラマン光増幅していない状態において、x位置で後方散乱光がα(λp)のファイバ減衰と、C₁(λp)の光カプラ３２の減衰と、C₂(λp)の波長フィルタ３５ａの減衰を受けた光強度を示している。また、右辺第２項（下線有りの部分）は、その時のラマン光増幅による増幅分を示す。

上記(8)式で、L=L₁とすると、
Pc(L)・exp{−α₂(λc)・(L−x)}＝Pc(L₁)・exp{α₂(λc)・(x−L₁)}
となる。

したがって、上記(8)式は、次の(9)式で表される。

Dp(x)≒ｋb・Pp(0)・exp[2{−α₁(λp)・L₁−α₂(λp)・(x−L₁)}]・C₁(λp)・C₂(λp)
・[1+gR(x)/Aeff(x)・Pc(L ₁ )・exp{α ₂ (λc)・(x−L ₁ )}・(v・Ｔp/2)]
・・・(9)

ここで、位置x が被測定光ファイバの領域（すなわちL₁<x＜L）のL₁近傍にあり、ラマン利得係数の［ｇR(x)/Aeff(x)］が均一である光ファイバを想定する。

x=L₁ ′（L₁′はL₁の近傍、即ち、x−L₁≒0）にてラマン光増幅した光を光電変換器３５ｂで受光した時の強度は、参照光ファイバ３３を被測定光ファイバ１に接続した状態で測定でき、その測定結果をDp1 (L₁′)とすれば、上記(9)式は、次の(10)式で表される。

Dp1 (L₁′)≒ｋb・Pp(0)・exp[2{−α₁(λp)・L₁ }]・C₁(λp)・C₂(λp)
・[1+gR(L ₁ ′)/Aeff(L ₁ ′)・Pc(L ₁ )・(v・Ｔp/2)]
ここで、L₁≒L₁′ ・・・(10)

次に、x=L₁でラマン光増幅されないときに、光電変換器３５ｂに受光される光強度は、上記(10)式の第１項（下線の無い部分）であって、この値は、参照光ファイバ３３を被測定ファイバ１に接続しない状態で測定でき、その測定結果をDp0(L₁)とすると、(11)式で表される。

X₁=Dp0(L₁)
≒ｋb・Pp(0)・exp[2{−α₁(λp)・L₁ }]・C₁(λp)・C₂(λp) ・・・(11)

また、(10)式と(11)式から、
Dp1(L₁′)
≒Dp0(L₁)・[1+gR(L₁′)/Aeff(L₁′)・Pc(L₁)・(v・Ｔp/2)]
となる。

よって、
X₂＝gR(L₁′)/Aeff(L₁′)＝[｛Dp(L₁′)／Dp0(L₁)｝−1]
／{Pc(L₁)(v・Ｔp/2)} ・・・(12)

ここで、X₂はラマン利得係数を示し、(12)式は励起光を入力した場合と、励起光を入力していない場合の励起光強度に対する光検出信号の増加分からラマン利得係数を求めたことを意味する。

被測定ファイバ１のラマン利得係数X₂が均一である場合には、
X₂＝gR(L₁′)/Aeff(L₁′)＝gR(x)/Aeff(x)
と置くことができ、(9)式に(11)、(12)式を代入すると、次の（13)式で表される。

Dp(x)＝X₁・exp[2{−α₂(λp)・(x−L₁)}]
・[1+X₂・Pc(L₁)・(v・Ｔp/2)・exp{α₂(λc)・(x−L₁)}] ・・・(13)

被測定光ファイバ１の波長λp、λcにおける損失α₂(λp)・(x−L₁)およびα₂(λc)・(x−L₁)について、λpとλcは波長が100ｎｍ程度ずれているが、通常の光ファイバでは100ｎｍ程度の波長差による損失差は小さい。

したがって、両波長のおける被測定光ファイバの損失を、
Y(x)＝α₂(λp)・(x−L₁)≒α₂(λc)・(x−L₁)
とおくと、(13)式は、(14)式で表すことができる。

Dp(x)＝X₁・exp{−2Y(x)}・[1+X₂・Pc(L₁)・(v・Ｔp/2)・expY(x)] ・・・(14)

なお、v は光ファイバ中の速度、Ｔpは光信号のパルス幅であり、v・Ｔp/2は既知の値である。

この(14)式は、各位置xの光検出信号の強度分布の変化が損失分布に起因しており、実測した光検出信号の強度分布の変化から損失が求まることを意味する。

したがって、参照光ファイバ３３を被測定ファイバ１に接続していない状態での光電変換器３５ｂの出力から求められた強度X₁=Dp0(L₁)、参照光ファイバ３３を被測定光ファイバ１に接続した状態での光電変換器３５ｂの出力から求められた強度Dp(x)、位置x=L₁での励起光強度Pc(L₁)を別の光電変換器を用いて測定し、(14)式に代入し、さらに、異なる二つの位置の強度Dp(x)、例えば、x＝x₁ のDp(x₁)、x＝x₂ のDp(x₂)を測定して得られた連立方程式を解くことで、二つの未知数であるラマン利得係数X₂、被測定光ファイバの損失特性を示す値Y(x)を求めることができる。

これより、ゲイン特性Gain(x)を、次の(15)式から求めることができる。

Gain(x)＝1+X₂・Pc(L₁)・(v・Ｔp/2)・exp{α₂(λc)・(x−L₁)}
＝1+X₂・Pc(L₁)・(v・Ｔp/2)・exp[Y(x)] ・・・(15)

（第１の実施形態）
次に上記測定原理を適用した本発明の実施形態について説明する。
図２は、上記測定原理を適用した本発明の第１の実施形態である。

このラマン光増幅特性評価装置３０は、ラマン光増幅媒体としての被測定光ファイバ１とその被測定光ファイバ１に励起光（ＣＷ光）Ｐ(cw)を入射する励起光源１１からなるラマン光増幅器１０のラマン光増幅特性を評価するためのものである。

ラマン光増幅特性評価装置３０の光源３１は、パルス状のプローブ光Ｐｐを発生して光カプラ３２に入射する。この光源としては、例えば図示しているように、連続光発生器３１ａから出射された連続光を光変調器３１ｂに入射してパルス光に変換するものが採用できる。また、後述するようにヘテロダイン方式の場合には、周波数シフタを併用して光検出器の出力にそのシフト周波数分のビート成分が生じるようにする。なお、光変調器３１ｂは、後述する信号処理部５０から出力されたクロック信号Ｃを受け、それに同期したパルス状のプローブ光Ｐｐを出射するものとする。

光カプラ３２は、３つの異なる光路を有する方向性結合器からなり、光源３１からのプローブ光Ｐｂを第１光路で受けて第２光路から出射し、第２光路から入射された光を第３光路から出射する。

光カプラ３２の第２光路には、通常のシングルモードファイバで前記したように長さＬ１の参照光ファイバ３３の一端が接続されている。

また、光カプラ３２の第３光路には第１の光検出器３５が接続されている。第１の光検出器３５は、光電変換器３５ｂを含み、光カプラ３２の第３光路から出射された光Ｐｒに含まれるプローブ光Ｐｐの波長成分の強度に対応した大きさの電気信号を出力する。

この実施形態では、光カプラ３２の第３光路から出射された光Ｐｒを波長フィルタ３５ａに入射し励起光の除去とプローブ光Ｐｐの波長成分の抽出を行い、その抽出したプローブ光Ｐｐの波長成分を光電変換器３５ｂに入射し、光電変換器３５ｂの出力をＡ／Ｄ変換器３５ｃによってデジタルのデータ値に変換して後述する信号処理部５０に出力している。

一方、参照光ファイバ３３の他端側は、光路切替部４０に接続されている。
この光路切替部４０は、前記測定原理で説明した３つの測定を切り替えて行うためのものであり、４つの光端子のうち、第１光端子４０ａには参照光ファイバ３３の他端側が接続され、第２光端子４０ｂには、被測定光ファイバ１の一端が接続されている。

また、第３光端子４０ｃには、光を吸収する無反射素子４１が接続され、第４光端子４０ｄには、第２の光検出器４２が接続されている。

第２の光検出器４２は、光電変換器４２ａを含み、入射光の強度に対応した大きさの電気信号を出力するものであり、光電変換器４２ａの出力をＡ／Ｄ変換器４２ｂによってデジタルのデータ値に変換して後述する信号処理部５０に出力している。

上記光路切替部４０は、信号処理部５０の制御によって３つの接続状態が設定される。即ち、第１光端子４０ａと第２光端子４０ｂとの間を接続した第１接続状態、第１光端子４０ｂと第３光端子４０ｃとの間を接続した第２接続状態、第２光端子４０ｂと第４光端子４０ｄとの間を接続した第３接続状態のいずれかに設定される。

信号処理部５０は、光路切替部４０の各接続状態における第１光検出器３５と第２の光検出器４２の出力に基づいて、ラマン光増幅器１０のラマン光増幅特性を算出する。

即ち、前記した測定原理にしたがって、例えば、図３のように、光路切替部４０を第１接続状態とし、参照光ファイバ３３を被測定光ファイバ１に接続した状態でプローブ光Ｐｐの出射タイミングから一定時間（光が参照光ファイバ３３と被測定光ファイバ１を往復するのに必要な時間）の間に光電変換器３５ｂから出力される信号の時間波形を取得し、前記した強度Dp(x)のデータを求めて記憶する。

次に、図４のように、光路切替部４０を第２接続状態とし、参照光ファイバ３３が被測定ファイバ１に接続していない状態（参照光ファイバ３３の末端からの全反射成分を発生させないように無反射素子４１に接続）で、プローブ光Ｐｐの出射タイミングから一定時間（光が参照光ファイバ３３を往復するのに必要な時間）の間に光電変換器３５ｂから出力される信号の時間波形を取得し、前記した距離L₁の位置からの戻り光の強度X₁=Dp0(L₁)を求めて記憶する。

そして、図５のように、光路切替部４０を第３接続状態とし、位置x=L₁での励起光強度Pc(L₁)を第２の光検出器４２により測定し、これを記憶する。なお、これら３つの測定の順序は任意でよい。

信号処理部５０は、上記３つの測定で得られた結果を前記記式(14)に代入し、また異なる位置ｘ１、ｘ２における強度Dp(x)の式を立てて、それを解くことで二つの未知数であるラマン利得係数X₂および被測定光ファイバ１の損失特性を示す値Y(x)を求める。そして、これらの値を(15)式に代入することで、ゲイン特性Gain(x)（前述の利得分布特性）を求める。なお、この算出結果等は、図示しない表示装置に例えばグラフ表示される。

このように実施形態のラマン光増幅特性評価装置３０では、ラマン増幅器１０の被測定光ファイバ１の片端からの測定が行え、従来に比べて格段に容易に測定が行える。

（第２実施形態）
上記実施形態では、光源３１から出射したパルス状のプローブ光Ｐｐに対する戻り光成分を第１の光検出器３５の波長フィルタ３５ａで抽出してその強度を求めていたが、プローブ光Ｐｐの戻り光成分を抽出する方式としてヘテロダイン方式を採用することも可能である。

図６は、このヘテロダイン方式の実施形態であり、光源３１としては、前記同様のパルス状のプローブ光Ｐｐの他に、そのプローブ光Ｐｐに対して所定の光周波数差Δｆ（例えば１００ＭＨｚ）をもつ連続光Ｐｃ２を出射するように構成する。具体的には図６で示しているように連続光発生器３１ａの出力を分岐器３１ｃにより２分岐し、その一方の光Ｐｃ１をＡＯＭ（音響光学デバイス）３１ｄに入射し、光周波数がシフトされ且つクロック信号Ｃに同期したパルス状のプローブ光Ｐｐを生成出力させる。

また、この場合、第１の光検出器３５は、光カプラ３２の第３光路から出射された光と光源３１の分岐器３１ｃで分岐された他方の光Ｐｃ２とを合波器３５ｄにより合波して光電変換器３５ｂに入射させ、その光電変換器３５ｂの出力信号から前記所定の周波数差Δｆに等しい周波数のビート成分をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３５ｅにより抽出し、そのビート成分の振幅を検波器３５ｆによって求め、これをＡ／Ｄ変換器３５ｃによってデジタルのデータに変換して信号処理部５０に出力する構成とする。

このヘテロダイン方式を採用した場合、光カプラ３２の第３光路から出射された光の強度は交流のビート成分の振幅に現れ、光電変換器３５ｂの直流オフセットの変動の影響を受けないので、より安定で正確な測定が可能となる。

なお、上記二つの実施形態では、光源３１が出射するプローブ光の波長が固定の場合で説明したが、上記二つの実施形態で、光源３１の連続光発生器３１ａとして可変波長光源を採用し、プローブ光Ｐｐの波長を自由に可変できるようにすれば、波長帯域の異なるラマン増幅器の評価が可能となり、さらに便利になる。

１……被測定光ファイバ、１１……励起光源、３０……ラマン光増幅器特性評価装置、３１……光源、３１ａ……連続光発生器、３１ｂ……光変調器、３１ｃ……分岐器、３１ｄ……ＡＯＭ、３２……光カプラ、３３……参照光ファイバ、３５……第１の光検出器、３５ａ……波長フィルタ、３５ｂ……光電変換器、３５ｃ……Ａ／Ｄ変換器、３５ｄ……合波器、３５ｅ……バンドパスフィルタ、３５ｆ……検波器、４０……光路切替部、４１……無反射素子、４２……第２の光検出器、５０……信号処理部

Claims

ラマン光増幅媒体（１）と励起光源（１１）からなるラマン光増幅器のラマン光増幅特性を評価するためのラマン光増幅特性評価装置であって、
パルス状のプローブ光を発生する光源（３１）と、
３つの異なる光路を有し、前記プローブ光を第１光路で受けて第２光路から出射し、該第２光路に入射された光を第３光路から出射する光カプラ（３２）と、
前記光カプラの第２光路に一端側が接続された所定長（L ₁ ）の参照光ファイバ（３３）と、
第１の光電変換器（３５ｂ）を含み、前記光カプラの第３光路から出射された光に含まれる前記プローブ光の波長成分の強度に対応した大きさの電気信号を出力する第１の光検出器（３５）と、
光を吸収する無反射素子（４１）と、
第２の光電変換器（４２ａ）を含み、入射光の強度に対応した大きさの電気信号を出力する第２の光検出器（４２）と、
前記参照光ファイバの他端側に接続された第１光端子（４０ａ）、前記ラマン光増幅媒体の一端に接続された第２光端子（４０ｂ）、前記無反射素子に接続された第３光端子（４０ｃ）および前記第２の光検出器の光入射部に接続された第４光端子（４０ｄ）とを有し、前記第１光端子と第２光端子とを接続した第１接続状態、前記第１光端子と第３光端子とを接続した第２接続状態、前記第２光端子と第４光端子とを接続した第３接続状態とに切替可能な光路切替部（４０）と、
前記光路切替部の前記第１接続状態において前記第１の光検出器から出力される信号の時間波形を取得し、異なる複数の位置の強度（Dp(x)）を求め、前記第２の接続状態において前記第１の光検出器から出力される信号から前記参照光ファイバの長さに相当する距離（L ₁ ）の位置からの戻り光強度（Dp0(L ₁ )）を求め、さらに、前記第３接続状態において前記第２の光検出器から出力される信号から前記距離（L ₁ ）の位置における励起光強度（Pc(L ₁ )）を求め、これら求めた強度に基づいて前記ラマン光増幅器のラマン光増幅特性を算出する信号処理部（５０）とを備えたことを特徴とするラマン光増幅特性評価装置。
前記第１の光検出器は、
前記光カプラの第３光路から出射された光を波長フィルタ（３５ａ）に入射して前記プローブ光の波長成分を抽出し前記第１の光電変換器に入射することを特徴とする請求項１記載のラマン光増幅特性評価装置。
前記光源は、前記パルス状のプローブ光の他に該プローブ光に対して所定の光周波数差をもつ連続光を出射するように構成されており、
前記第１の光検出器は、
前記光カプラの第３光路から出射された光と前記光源からの連続光とを合波して前記第１の光電変換器に入射させ、該第１の光電変換器の出力信号から前記所定の周波数差に相当するビート信号成分を抽出してその振幅を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のラマン光増幅特性評価装置。
前記光源は、出射するプローブ光の波長を可変できる構成となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のラマン光増幅特性評価装置。