JP5663515B2 - 光測定装置及び光測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）とＤＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）の光測定装置と光測定方法に関する。

近年、コヒーレント伝送方式にデジタル信号処理技術を適用したデジタルコヒーレントファイバ伝送システムの研究開発が進み、一部導入が始まっている。デジタルコヒーレント伝送において、ＰＤＬとＤＧＤが伝送品質に及ぼす影響についても検討が進められている（例えば、非特許文献１参照。）。

上記検討においては、伝送路に設置されるＰＤＬ媒質、ＤＧＤ媒質のＰＤＬ／ＤＧＤを事前に測定して把握しておくことが重要となる。ＰＤＬの測定方法には、偏波スキャニング法、ミューラー法、ジョーンズ行列法などが知られている。例えばミューラ−法は、偏光制御素子により、０度直線偏光、９０度直線偏光、４５度直線偏光、円偏光の４偏光状態を作り、被測定物の入出力を測定することによりＰＤＬを測定する。ＤＧＤの測定には、空間型の干渉法、ジョーンズマトリクス（ＪＭＥ）法、ポアンカレ球（ＰＳ）法、偏光状態（ＳＯＰ）法、固定アナライザ法などが知られている（例えば、非特許文献２、３参照。）。上記測定方法の多くは、広帯域光源もしくは波長可変光源と受光素子とλ／２板、λ／４板、偏光子などの偏光状態を制御する素子を用いている。

Ｔ．Ｔａｎｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， "ＦＰＧＡ−ｂａｓｅｄ １１２Ｇｂ／ｓ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ＤＰ−ＱＰＳＫ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉ−ｓｔａｇｅ ＰＭＤ−ＰＤＬ Ｅｍｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ Ｆａｓｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ"， Ｔｕ．５．Ａ．３ ＥＣＯＣ２０１０． 波平 "光ファイバ及び光部品の各種偏波モード分散（ＰＭＤ）測定法の比較"， ＯＣＳ９９−４２， ＰＳ９９−１６， ＯＦＴ９９−１９ ｐ．７−１２ "Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ａｎｄ ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ ｒｅｌａｔｅｄ ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ａｎｄ ｃａｂｌｅ"， ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃ． Ｇ．６５０．２

上記のようにＰＤＬ／ＤＧＤを測定するための方法はすでにあり、光測定装置として販売されているものもある。一般に市販されている光測定装置は、上述のとおり、光源、受光装置、偏光制御素子等をその内部に含むため、また特にＰＤＬとＤＧＤを同時に測定できる装置は大掛かりで高額な装置となっている。

本発明は、より簡便なＰＤＬとＤＧＤの測定方法を供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明は、ＤＧＤの無視出来るＰＤＬ媒質とＰＤＬの無視できるＤＧＤ媒質の両方を同時に測定する光測定装置である。複屈折媒質であるＤＧＤ媒質の主要偏波軸に入力光の偏光軸をあわせると、出力光の偏波状態が変化しないが、ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と入力光の偏波軸があっていない状態で入力光の波長を変えると出力光の偏波状態が周期的に変化することを利用し、ＰＤＬの無視できる複屈折媒質に主要偏波状態以外の偏波状態で入力する入力光の波長を変えることで、ＤＧＤの無視できるＰＤＬ媒質へ入力する偏波状態を変更して、ＤＧＤの無視できるＰＤＬ媒質のＰＤＬを測定すると共にＰＤＬの無視できる複屈折媒質のＤＧＤを測定することを特徴とする。

具体的には、本願発明の光測定装置は、光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を出力する波長可変光源と、前記入力光をＤＧＤ媒質に通過させかつ当該ＤＧＤ媒質の通過後にＰＤＬ媒質を通過させた光パワーを測定する光パワー測定手段と、を備え、前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変え、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記ＰＤＬ媒質のＰＤＬを求める。

具体的には、本願発明の光測定装置は、光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を出力する波長可変光源と、ＤＧＤが既知のＤＧＤ媒質と、前記波長可変光源からの光が入力され、入力された光を、前記ＤＧＤ媒質又は前記ＤＧＤ媒質の迂回経路に出力するＤＧＤ側スイッチと、前記ＤＧＤ媒質又は前記ＤＧＤ媒質の迂回経路を通過後の光を被測定物に出力する出力ポートと、前記被測定物を通過後の光が入力される入力ポートと、ＰＤＬが既知であり、前記入力ポートからの光を通過させるＰＤＬ媒質と、前記入力ポートからの光が入力され、入力された光を、前記ＰＤＬ媒質又は前記ＰＤＬ媒質の迂回経路に出力するＰＤＬ側スイッチと、前記ＰＤＬ媒質又は前記ＰＤＬ媒質の迂回経路を通過後の光パワーを測定する光パワー測定手段と、を備え、前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変え、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記被測定物のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記被測定物のＰＤＬを求める。

本願発明の光測定装置では、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態は、前記波長可変光源の出力する前記入力光と前記ＤＧＤ媒質の偏波軸がなす角度が４５度に設定されていてもよい。

具体的には、本願発明の光測定方法は、光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を波長可変光源から出力して、前記入力光をＤＧＤ媒質に通過させかつ当該ＤＧＤ媒質の通過後にＰＤＬ媒質を通過させた光パワーを測定する光パワー測定手順と、前記光パワー測定手順で測定した光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記ＰＤＬ媒質のＰＤＬを求める算出手順と、を順に有し、前記光パワー測定手順において、前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変える。

本願発明の光測定方法では、前記算出手順において、前記光パワー測定手順で測定した光パワーを用いて前記ＤＧＤ媒質及び前記ＰＤＬ媒質の透過率を求め、当該透過率の波長依存性をフーリエ変換することにより前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを推定してもよい。

本発明によれば、波長可変光源と光パワー測定器のみで、偏光制御素子により４偏光状態を作り出す必要がなく、ＰＤＬとＤＧＤを測定することが可能になり、従来の光測定装置より簡便な構成となる。

実施形態１に係る光測定装置の一例を示す。 波長可変光源の偏波軸と定偏波ファイバの偏波軸のなす角度の模式図を示す。 本実施形態による測定結果例を示す。 測定結果の周期および振幅から求めたＤＧＤとＰＤＬをまとめたものである。 ＤＧＤの推定結果の一例を示す。 実施形態２に係る光測定装置の一例を示す。 実施形態２に係る光測定装置の第１の等価ブロックを示す。 実施形態２に係る光測定装置の第２の等価ブロックを示す。 実施形態２に係る光測定装置の第３の等価ブロックを示す。 実施形態２に係る光測定装置の第４の等価ブロックを示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１に、本実施形態に係る光測定装置の一例を示す。本実施形態に係る光測定装置１００は直線偏光出力である波長可変光源１０と光パワーメータ２０から成る。光パワーメータ２０の代わりに光スペクトラムアナライザを用いて、掃引波長に該当する光レベルを読み取ることでも構わない。被測定物３０は、ＤＧＤ媒質３１とＰＤＬ媒質３２からなる。波長可変光源１０からの出力は、ＤＧＤ媒質３１、ＰＤＬ媒質３２の順番に通過し、光パワーメータ２０で透過パワーを測定する。ここで、波長可変光源１０の出力は直線偏波であり、ＤＧＤ媒質３１への入力部における偏波軸Ｐのなす角度θは４５度になるように調整する。

図２に、ＤＧＤ媒質３１として、定偏波ファイバを用いた場合に、波長可変光源１０から出力される直線偏光の偏波軸と定偏波ファイバの偏波軸Ｐのなす角度θの模式図を示す。通常同じコネクタ種別同士の場合には、コネクタキーに偏波の軸があっているため、４５度にずらすことはできないが、ＦＣ型ＳＣ型コネクタ変換アダプタの製品の中には、コネクタキーが４５度ずれているものがあるので、それを利用してもよい。また、ＦＣ型コネクタはコネクタキーがはずせるものがあるので、それらを利用することでも構わない。波長可変光源１０とＤＧＤ媒質３１の間に、λ／２板を挿入して偏波軸Ｐのなす角度θを調整することでもよい。

以下に本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る光測定方法は、光パワー測定手順と、算出手順と、を順に有する。
光パワー測定手順では、光パワーが一定の直線偏光を波長掃引しながら波長可変光源１０から出力して、ＤＧＤ媒質３１及びＰＤＬ媒質３２を通過後の光パワーを測定する。
算出手順では、光パワー測定手順で測定した光パワーの光スペクトラム波形の周期の逆数を用いてＤＧＤ媒質３１のＤＧＤを求め、光パワーメータの測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いてＰＤＬ媒質３２のＰＤＬを求める。
従来の測定方法と大きく異なる点は、光パワー測定手順を行う光測定装置１００において、λ／２板、λ／４板、偏光子等の偏光制御素子を含まず、波長可変光源１０と光パワーメータ２０のみから構成される点である。そして、算出手順において、光測定装置１００の演算処理部（不図示）が、光パワーの光スペクトラム波形を用いて、ＤＧＤ及びＰＤＬを求める点である。

図３に本実施形態による測定結果例を示す。図３において、光周波数に対する強度変動の周期の逆数がＤＧＤで振幅がＰＤＬとなる。なお、ＤＧＤ媒質として定偏波ファイバ（ＰＭＦ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）を３種類（２ｍ、１０ｍ、３０ｍ）用意し、ＰＤＬ媒質として、任意のＰＤＬ設定が可能なＰＤＬエミュレータを用意した。２ｍ、１０ｍ、３０ｍのＰＭＦのＤＧＤはそれぞれ、２．４ｐｓ、１２ｐｓ、３６ｐｓであることを市販の光測定装置を用いて事前に測定してある。また、ＰＤＬエミュレータのＰＤＬは３．５ｄＢであった。

図４は、図３の測定結果の周期および振幅から求めたＤＧＤとＰＤＬをまとめたものである。市販の光測定装置で事前に測定した結果とほぼ同等の結果が本発明の構成からも得られる事がわかる。なお、波長可変光源で掃引する光周波数範囲は、被測定物のＤＧＤの逆数をカバーできる範囲であればよいが、被測定物のＤＧＤが不明の場合には、透過率が極大値と極小値をとる範囲で掃引すればよい。

図５は、図３の測定結果の１０ｍのＰＭＦの場合の光周波数に対する出力変化の測定結果をフーリエ変換し、時間（＝ＤＧＤ）に対する変化を求めたものである。ＤＧＤ＝１２ｐｓにピークがあり、フーリエ変換によってもＤＧＤの推定が可能であることが分かる。

本発明の原理は、ＤＧＤ媒質３１への入射偏波軸Ｐのなす角度θが０度又は９０度以外の場合、波長を変化させるとその偏光状態が周期的に変化することを利用している。このため、ＤＧＤ媒質３１への入射偏波軸Ｐのなす角度θは４５度のみに限定されることはない。ただし、ＤＧＤ媒質３１への入射偏波軸Ｐのなす角度θが４５度であることで、０度と９０度の中間の角度を合わせるのが比較的容易であり、本発明の効果を確実に期待できる。

本実施形態では、被測定物３０であるＤＧＤ媒質３１自体を偏光状態を制御するための素子として利用しているため、偏光制御のために機械的な稼働部分を有する必要がないという利点が生じる。かつ、偏光制御用に利用したＤＧＤ媒質３１自体のＤＧＤもあわせて測定できるという利点がある。

上記実施形態においては、被測定物３０はＤＧＤ媒質３１とＰＤＬ媒質３２の組み合わせである必要があるが、ＤＧＤ又はＰＤＬのどちらかが既知のデバイスとの組み合わせでも構わず、ＤＧＤが既知の場合にはＰＤＬを測定することが可能であり、ＰＤＬが既知の場合にはＤＧＤが測定可能となる。

（実施形態２）
図６に、本実施形態に係る光測定装置１００の一例を示す。図１の測定系と比較すると、波長可変光源１０の出力側にＤＧＤが既知のＤＧＤ媒質４１が加わり、光パワーメータ２０側にＰＤＬが既知のＰＤＬ媒質４２が加わり、光スイッチ４３−１及び４３−２により既知のＤＧＤ媒質４１を光が通過するかどうかを切り替え、光スイッチ４４−１及び４４−２により既知のＰＤＬ媒質４２を光が通過するかどうかを切り替えることが可能な構成となっている。なお、波長可変光源１０と既知のＤＧＤ媒質４１の偏波軸Ｐのなす角度θは４５度となるように事前に設定されるものとする。

図７に、本実施形態に係る光測定装置１００の第１の等価ブロック図を示す。既知のＤＧＤ媒質４１を通過するように光スイッチ４３−１及び４３−２を設定し、既知のＰＤＬ媒質４２はスキップするように光スイッチ４４−１及び４４−２を設定する。ＤＧＤが十分小さく無視することができてＰＤＬ媒質３２のみとみなすことができる被測定物３０の場合には、このような設定にすることで、波長可変光源１０の出力が既知のＤＧＤ媒質４１とＰＤＬ媒質３２を通過して、光パワーメータ２０に入力することになるので、被測定物３０のＰＤＬを測定することが可能となる。

図８に、本実施形態に係る光測定装置１００の第２の等価ブロック図を示す。既知のＤＧＤ媒質４１をスキップするように光スイッチ４３−１及び４３−２を設定し、既知のＰＤＬ媒質４２は通過するように光スイッチ４４−１及び４４−２を設定する。ＰＤＬが十分小さく無視することができてＤＧＤ媒質３１のみとみなすことができる被測定物３０の場合には、このような設定にすることで、波長可変光源１０の出力がＤＧＤ媒質３１と既知のＰＤＬ媒質４２を通過して、光パワーメータ２０に入力することになるので、被測定物３０のＤＧＤを測定することが可能となる。

図６の構成を用いることで、被測定物３０の入力側がＰＤＬ媒質３２で、出力側がＤＧＤ媒質３１の場合でも測定が可能となる。
例えば、図９に示す第３の等価ブロック構成のように、既知のＤＧＤ媒質４１を通過するように光スイッチ４３−１及び４３−２を設定し、既知のＰＤＬ媒質４２はスキップするように光スイッチ４４−１及び４４−２を設定する。これにより、まず被測定物３０のＰＤＬを測定することが可能になる。この構成の場合、被測定物３０のＤＧＤ媒質３１は、偏波間の遅延差を与えるだけなので透過パワー変動には影響はない。

次に、図１０に示す第４の等価ブロック構成のように、既知のＤＧＤ媒質４１をスキップするように光スイッチ４３−１及び４３−２を設定し、既知のＰＤＬ媒質４２は通過するように光スイッチ４４−１及び４４−２を設定する。これにより、被測定物３０のＤＧＤを測定することが可能になる。ここで、被測定物３０のＰＤＬ媒質３２は、入射偏波軸Ｐが一定の場合、波長をスイープしても一定の損失を与えるだけなので、透過パワー変動には影響を与えないので、被測定物３０のＤＧＤ媒質３１への入力パワーは波長をスイープしても一定値のままである。

図１０の構成の場合、被測定物３０のＤＧＤ媒質３１の偏波軸と入射光の偏波軸Ｐがなす角度θが直接４５度になるように設定することはできないが、透過パワーの変動幅が既知のＰＤＬ媒質４２のＰＤＬと同じになるように、入射光の偏波軸Ｐを調整すればよい。具体的には、波長可変光源１０の出力がＦＣコネクタで、コネクタキーをはずしおけば、ＦＣコネクタを回転させることで、被測定物３０のＰＤＬ媒質３２のコネクタとの軸の角度θを調整することが可能になる。

まず任意のコネクタ結合状態で、波長可変光源１０の波長をスイープして透過率の最小、最大を求める。被測定物３０のＤＧＤ媒質３１への入射偏波軸が０度または、９０度の場合には、既知のＰＤＬ媒質４２の出力は波長をスイープしても一定のままであるが、被測定物３０のＤＧＤ媒質３１への入射偏波軸Ｐが４５度に近いほど、既知のＰＤＬ媒質４２の出力変動幅は、既知のＰＤＬに近づく。

以上の手順で偏波軸を調整することが可能となる。また、既知のＰＤＬ媒質４２としては、任意のＰＤＬが設定できるＰＤＬエミュレータ等が市販されているので、それらを利用することで上記測定が可能となる。

以上説明したように、本発明は、偏光制御素子を用いない簡便なＰＤＬ及びＤＧＤの測定方法であり、光ネットワークで利用されるデバイス測定に有用である。

１０：波長可変光源
２０：光パワーメータ
３０：被測定物
３１：ＤＧＤ媒質
３２：ＰＤＬ媒質
４１：既知のＤＧＤ媒質
４２：既知のＰＤＬ媒質
４３−１、４３−２：光スイッチ
４４−１、４４−２：光スイッチ
１００：光測定装置

Claims (5)

1. 光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を出力する波長可変光源と、
   前記入力光をＤＧＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ）媒質に通過させかつ当該ＤＧＤ媒質の通過後にＰＤＬ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）媒質を通過させた光パワーを測定する光パワー測定手段と、を備え、
   前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変え、
   前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記ＰＤＬ媒質のＰＤＬを求めることを特徴とする光測定装置。
2. 光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を出力する波長可変光源と、
   ＤＧＤが既知のＤＧＤ媒質と、
   前記波長可変光源からの光が入力され、入力された光を、前記ＤＧＤ媒質又は前記ＤＧＤ媒質の迂回経路に出力するＤＧＤ側スイッチと、
   前記ＤＧＤ媒質又は前記ＤＧＤ媒質の迂回経路を通過後の光を被測定物に出力する出力ポートと、
   前記被測定物を通過後の光が入力される入力ポートと、
   ＰＤＬが既知であり、前記入力ポートからの光を通過させるＰＤＬ媒質と、
   前記入力ポートからの光が入力され、入力された光を、前記ＰＤＬ媒質又は前記ＰＤＬ媒質の迂回経路に出力するＰＤＬ側スイッチと、
   前記ＰＤＬ媒質又は前記ＰＤＬ媒質の迂回経路を通過後の光パワーを測定する光パワー測定手段と、を備え、
   前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変え、
   前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記被測定物のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記被測定物のＰＤＬを求めることを特徴とする光測定装置。
3. 前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態は、前記波長可変光源の出力する前記入力光と前記ＤＧＤ媒質の偏波軸がなす角度が４５度に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光測定装置。
4. 光パワーが一定の光を波長掃引しながら入力光を波長可変光源から出力して、前記入力光をＤＧＤ媒質に通過させかつ当該ＤＧＤ媒質の通過後にＰＤＬ媒質を通過させた光パワーを測定する光パワー測定手順と、
   前記光パワー測定手順で測定した光パワーの光スペクトラム波形の周期を用いて前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを求め、前記光パワー測定手段の測定する光パワーの光スペクトラム波形の振幅を用いて前記ＰＤＬ媒質のＰＤＬを求める算出手順と、
   を順に有し、
   前記光パワー測定手順において、前記波長可変光源は、前記ＤＧＤ媒質の主要偏波軸と前記入力光の偏波軸があっていない状態で前記入力光の波長を変える光測定方法。
5. 前記算出手順において、前記光パワー測定手順で測定した光パワーを用いて前記ＤＧＤ媒質及び前記ＰＤＬ媒質の透過率を求め、当該透過率の波長依存性をフーリエ変換することにより前記ＤＧＤ媒質のＤＧＤを推定することを特徴とする請求項４に記載の光測定方法。

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