JP5482505B2 - 光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバのモードフィールド径非円率を測定する方法に関する。

光通信、光センサ等に用いられる光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）を測定する方法として、レーザ光源から発せられた光ビームを光ファイバの一端に入射させて伝搬させ、光ファイバの他端から出射させて光ビーム拡大装置で拡大させ、赤外線カメラで像として出力させ、その像から測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２９０７２号公報

光ファイバのモードフィールド径は、光軸に対する横断面での光の伝播する領域の径であり、周方向に一定ではなく、モードフィールドが僅かに非円化しているのが通常である。光ファイバのモードフィールド径の非円率を求めるには、支持台に支持させた測定対象の光ファイバを軸回りに回転させながらモードフィールド径を各回転角度で測定し、その測定したモードフィールド径の最大値と最小値から非円率を割り出している。
このとき、測定対象の光ファイバが曲がっていると、支持台から突出した光ファイバの中心と光軸とがずれ、モードフィールド径の正確な測定に影響してしまう。このような軸ずれに対しては、測定器側で最大励振となる箇所を見つけることである程度対応することは可能であるが、光ファイバの曲がり（曲率半径）が一定量を超えると、この曲がりによる影響を除去することができず、モードフィールド径を正確に測定することが困難となり、求めた非円率にばらつきが生じてしまう。

本発明の目的は、光ファイバのモードフィールド径を精度良く測定することにより、非円率を正確に求めることが可能な光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法は、光ファイバからの出射光を、受光部を走査することにより検出して前記光ファイバのモードフィールド径を測定し、さらに径方向に異なる角度のモードフィールド径を、前記光ファイバを軸回りに回転させることによりそれぞれ測定することによって、前記光ファイバのモードフィールド径の非円率を求める測定方法であって、
前記光ファイバを固定している支持台の端面から前記受光部側への前記光ファイバの突き出し量を１ｍｍ以下とすることを特徴とする。

本発明の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法において、前記支持台の端面から前記受光部側への前記光ファイバの突き出し部分の曲率半径が１０ｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法によれば、光ファイバを固定している支持台の端面から受光部側への光ファイバの突き出し量を１ｍｍ以下とすることにより、光ファイバの曲がりの影響を少なくすることができ、光ファイバの中心と光軸とのずれを小さくすることができる。これにより、光ファイバのモードフィールド径を精度良く測定することができる。そして、この精度良く測定したモードフィールド径の測定値からモードフィールド径の非円率を再現性良く正確に求めることができる。

本発明の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法を行うための測定装置の構成を説明する側面図である。 本発明の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法を行うための測定装置の構成を説明する平面図である。 測定装置を構成する光ファイバの支持台の斜視図である。 光ファイバの支持台からの突き出し量とモードフィールド径の非円率の再現性との関係を表すグラフである。

以下、本発明に係る光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、光ファイバのモードフィールド径を測定する測定装置１は、支持台２を備えている。この支持台２は、光ファイバ１１の端部を固定して支持する。

図３に示すように、この支持台２は、その上面における幅方向中央に、長手方向へわたってＶ溝３を有しており、このＶ溝３に、光ファイバ１１が配置可能である。

この支持台２には、上面に、固定部材４が着脱可能とされている。これらの固定部材４は、磁石の磁力などの固定手段によって支持台２に固定される。そして、これらの固定部材４を支持台２の上面に固定することにより、Ｖ溝３に配置させた光ファイバ１１が固定部材４によってＶ溝３に押圧されて固定される。なお、固定部材４には、Ｖ溝３に配置された光ファイバ１１との接触箇所に、例えば、ウレタン等から形成された緩衝材が設けられている。この緩衝材により、光ファイバ１１は、伝送損失の増加を生じさせない小さな側圧で固定部材４によってＶ溝３へ押圧されて保持される。この支持台２は、回転駆動機構によって光ファイバ１１を保持した状態で、光ファイバ１１の軸回りに回動する。

支持台２の対向側には、フォトディテクタなどの受光器５が設けられている。また、支持台２の前方側における下方には、円錐状に形成された位置決めピン６が設けられており、支持台２に支持された光ファイバ１１は、その先端部が位置決めピン６の位置に配置されて位置決めされる。そして、受光器５は、位置決めピン６の位置を中心として水平面内で等距離に移動可能とされている。すなわち、受光器５は、光ファイバ１１の端部に対して水平面内で等距離（円弧状）に移動可能であり（図２参照）、これにより、この受光器５は、光ファイバ１１から出射される光の受光を、円弧状に走査して受光可能とされている。なお、位置決めピン６の真上には、拡大鏡（図示省略）が設けられ、この拡大鏡を用いて位置決めピン６の位置に対して正確に光ファイバ１１の先端位置を位置決めすることができるようになっている。

次に、上記の測定装置１によって光ファイバ１１のモードフィールド径（ＭＦＤ）を測定し、その測定値から光ファイバ１１の非円率を求める場合について説明する。
まず、測定対象の光ファイバ１１を、支持台２のＶ溝３に配置させ、支持台２の上面に固定部材４を取り付けて支持台２に固定する。
このとき、支持台２の端面２ａから受光部５側への光ファイバ１１の突き出し量Ｌ（図１参照）を１ｍｍ以下とする。

上記のように、測定対象の光ファイバ１１を支持台２に固定したら、光ファイバ１１の後端において、レーザ光源から光ファイバ１１へレーザ光を入射する。
この状態において、支持台２を回転させて光ファイバ１１を軸回りに回転させることにより、光ファイバ１１の径方向に異なる角度で光ファイバ１１から出射される光を、各角度において受光器５をそれぞれ移動させて走査して光の強度を連続的に検出する。

具体的には、光ファイバ１１の光軸Ｘを通る水平面内において受光器５を円弧状に移動させることにより、この受光器５によって光ファイバ１１の出射光を検出する。次いで、光ファイバ１１を、一方向へ１８０°まで４５°ずつ回動させ、４５°の回動毎に、受光器５による走査を行う。これにより、受光器５では、光ファイバ１１に対して回転角度０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°の５面の測定を行う。

それぞれの回転角度での受光器５による光の強度の検出結果より、それぞれの回転角度におけるモードフィールド径を求める。具体的には、受光器５による光の強度の検出結果より、所定強度以上の光を受光した受光器５の移動角度の範囲を求め、その移動角度の範囲から光ファイバ１１のモードフィールド径を算出する。

次に、上記のようにして求めた複数のモードフィールド径の測定値の平均値ＭＦＤａｖｅを算出し、この平均値ＭＦＤａｖｅと、モードフィールド径の測定値の内の最大値ＭＦＤｍａｘ及び最小値ＭＦＤｍｉｎを用いて次式（１）によって非円率を算出する。

非円率（％）＝（ＭＦＤｍａｘ−ＭＦＤｍｉｎ）／ＭＦＤａｖｅ×１００ …（１）

測定対象の光ファイバ１１が曲がっていると、支持台２から突出した光ファイバ１１の中心と光軸Ｘにずれが生じ、モードフィールド径の測定精度に影響してしまい、求めた非円率にばらつきが生じてしまう。

しかし、本実施形態の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法では、光ファイバ１１を固定している支持台２の端面２ａから受光部５側への光ファイバ１１の突き出し量Ｌを１ｍｍ以下とすることにより、光ファイバ１１の曲がりの影響を少なくすることができ、光ファイバ１１の中心と光軸Ｘとのずれを小さくすることができる。これにより、光ファイバ１１のモードフィールド径を精度良く測定することができ、よって、このモードフィールド径の測定値からモードフィールド径の非円率を再現性良く正確に求めることができる。

曲率半径（曲がり量）が５．２２ｍ，１０．０９ｍ，２２．９３ｍ，３０．９８ｍの４本の光ファイバ１１を用い、支持台２の端面２ａからの光ファイバ１１の突き出し量Ｌを変化させた際のモードフィールド径の非円率の再現性σ（％）を求めた。光ファイバ１１の突き出し量Ｌは、１ｍｍ，３ｍｍ，５ｍｍ，１０ｍｍとした。また、非円率の再現性σは、５回測定して求めた非円率の標準偏差である。
なお、評価対象の４本の光ファイバ１１としては、モードフィールド径の設計値が９．９μｍである同一構造のシングルモード光ファイバを用いた。
その結果を表１及び図４に示す。

表１及び図４に示すように、突き出し量Ｌが大きくなるにしたがって、モードフィールド径の非円率再現性σが増加する関係があることが分かった。特に、曲率半径が５．２２ｍの光ファイバ１１において、突き出し量Ｌの増加量に対する非円率再現性σの増加量が大きくなっており、曲率半径が小さいほど（曲がり量が大きいほど）、モードフィールド径の非円率再現性σは、突き出し量Ｌとの相関が大きくなる傾向にあるといえる。

この結果より、モードフィールド径の非円率の精度管理には、突き出し量Ｌを管理する必要があると考えられる。
具体的には、モードフィールド径の非円率再現性σを０．１％以内にするためには、光ファイバ１１の突き出し量Ｌを１ｍｍ以下で管理するのが好ましいと考えられる。

２：支持台、２ａ：端面、５：受光部、１１：光ファイバ、Ｌ：突き出し量

Claims (2)

1. 光ファイバからの出射光を、受光部を走査することにより検出して前記光ファイバのモードフィールド径を測定し、さらに径方向に異なる角度のモードフィールド径を、前記光ファイバを軸回りに回転させることによりそれぞれ測定することによって、前記光ファイバのモードフィールド径の非円率を求める測定方法であって、
   前記光ファイバを固定している支持台の端面から前記受光部側への前記光ファイバの突き出し量を１ｍｍ以下とすることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法。
2. 請求項１に記載の光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法であって、
   前記支持台の端面から前記受光部側への前記光ファイバの突き出し部分の曲率半径が１０ｍ以下であることを特徴とする光ファイバのモードフィールド径非円率の測定方法。

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