JP5948368B2 - 光ファイバの特性評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの特性を評価する方法である。本発明は、好適には情報通信分野において使用される。

一般的に、光ファイバには、モードフィールド径（ＭＦＤ）、カットオフ波長、波長分散などの特性が要求される。一方、これらの特性は、光ファイバの製造工程で生じる長手方向の屈折率分布の変化によって、光ファイバの長手方向で特性が変動する。そのため、光ケーブル両端で諸特性を評価したとしても、その値が長手方向全域にわたって保証されるとは限らない。そこで、例えば特許文献１、２のようなシングルモードファイバ（ＳＭＦ）の双方向から測定した後方散乱光強度波形を解析し、当該光ファイバ中におけるＭＦＤ、および波長分散の長手方向の分布特性を非破壊で評価する手法が開示されている。

特開平６−２１３７７０号公報 特開２００７−２９８３３５号公報

近年、ＳＭＦを用いた既存の伝送技術を超える大容量伝送技術の一つとして、マルチコアファイバ（ＭＣＦ）が提案されている。ＭＣＦとは、１つのクラッドの中に複数のコアを有する構造の光ファイバである。ＭＣＦの各コアに信号を伝搬させることで多重度の向上が実現される。ＳＭＦ同様、ＭＣＦにおいても長手方向の分布特性を評価することが要求される。しかし、ＭＣＦの特性は、ＳＭＦと同様の方法では評価できない。なぜなら、ＭＣＦには、クロストーク（ＸＴ）と呼ばれる、コアを伝搬する光信号が別のコア（伝搬モード）との間で互いに干渉する現象が生じるため、ＳＭＦと同様の方法で評価するとＸＴが誤差の原因となるからである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、マルチコアファイバの特性を評価することが可能な光ファイバの特性評価方法を提供することを課題とする。

上記課題の解決策として、本発明者は、ｉ）双方向から入射した際の後方散乱光強度波形と、ｉｉ）ＸＴ特性を測定し、それらの結果と従来の双方向理論を発展させた理論を用いることで、ＭＣＦの長手方向の特性を評価できることを発明した。

前記課題を解決するため、本発明は、異なる２種類の参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法を提供する。

また、本発明は、異なる２種類の参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を導出し、前記構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）と、前記異なる２種類の参照ファイバのモードフィールド径および構造成分に依存した損失成分とを用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径、比屈折率差、導波路分散、波長分散から選択される分布特性を評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法を提供する。

また、本発明は、異なる２種類の参照ファイバである第１参照ファイバおよび第２参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を導出し、前記構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）と、前記異なる２種類の参照ファイバのモードフィールド径および構造成分に依存した損失成分とを用い、第１参照ファイバのモードフィールド径を２ｗ（λ，ｚ_０）、第１参照ファイバの構造成分に依存した損失成分をＩ（λ，ｚ_０）、第２参照ファイバのモードフィールド径を２ｗ（λ，ｚ_１）、第２参照ファイバの構造成分に依存した損失成分をＩ（λ，ｚ_１）として、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径の分布を、後述する式（１７）により評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法を提供する。
また、本発明は、前記光ファイバの特性評価方法であって、前記シングルモードファイバが、汎用のシングルモードファイバ、分散シフトファイバまたはノンゼロ分散シフトファイバであることを特徴とする、光ファイバの特性評価方法を提供する。

本発明によれば、マルチコアファイバの特性を評価することが可能な、新規の光ファイバの評価方法を提供することができる。

解析モデルの一例を示す構成図である。 クロストークの評価のためのＯＴＤＲ装置の一例を示す構成図である。 ＭＣＦの一例を示す断面図である。 波長１．５５μｍのパルス光で中心コアを励振したときの中心コアおよび外側コアのＯＴＤＲ波形を表すグラフである。 波長１．３１μｍのパルス光で中心コアを励振したときの中心コアおよび外側コアのＯＴＤＲ波形を表すグラフである。 波長１．５５μｍおよび１．３１μｍのパルス光で中心コアを励振したときの外側コアのクロストークの分布特性を表すグラフである。 波長１．３１μｍにおける双方向ＯＴＤＲの結果を表すグラフである。 波長１．５５μｍにおける双方向ＯＴＤＲの結果を表すグラフである。 構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を表すグラフである。 実施例１で測定した波長１．５５および１．３１μｍにおけるＭＦＤの分布を表すグラフである。 実施例１で測定した比屈折率差の分布を表すグラフである。

一実施形態として、次の第１〜第３の工程を備える方法について述べる。
第１の工程として、ＭＣＦを含む光ファイバ伝送路の両端からそれぞれＯＴＤＲで後方散乱光強度を測定する。第２の工程として、ＭＣＦを含む光ファイバ伝送路の片端からＯＴＤＲ測定を行う際、励振されたコアとそのコアに隣接するコアからの後方散乱光をそれぞれ測定して、クロストークを評価する。第３の工程として、第１および第２の工程の結果から、ＭＣＦの長手方向の特性を評価する。第１の工程と第２の工程の順序は限定されず、どちらを先に実施してもよい。

本明細書において、ＯＴＤＲとは、オプティカルタイムドメインリフレクトメトリー（ＯＴＤＲ法）またはオプティカルタイムドメインリフレクトメータ（ＯＴＤＲ装置）をいう。

光ファイバ（伝送路）の端を特定して、その端からの後方散乱光強度というときは、その端にＯＴＤＲを接続して測定される後方散乱光強度を意味する。
両端からの後方散乱光強度というときは、一端からの後方散乱光強度および別の一端からの後方散乱光強度（両者の総称）を意味する。光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度とは、光ファイバ伝送路の双方向ＯＴＤＲ測定により得られる２つの後方散乱光強度である。

ＭＣＦのコアを特定して、そのコアからの後方散乱光強度というときは、そのコアにＯＴＤＲの受光器を接続して測定される後方散乱光強度を意味する。この場合、そのコアにＯＴＤＲからパルスが入射されるとは限らない。

光ファイバ（伝送路）の長手方向に沿った座標上の位置（その位置が端に一致しない場合と端に一致する場合とを含む。）を特定して、その位置における後方散乱光強度というときは、その位置で後方に散乱してＯＴＤＲに戻ってきて測定される後方散乱光強度を意味する。

まず、ＭＣＦにおけるクロストークの理論式について述べる。
ＭＣＦの一端を原点として定義された位置ｚにおける後方散乱光強度をＰ（ｚ）、損失係数をαとする。また、ＭＣＦのコア間における電力結合係数をｈとする。２コアのＭＣＦにおける、ｚ＝０の端（入射端）からパルス光を入射した場合のコア間における電力（パワー）のやり取りは、次式（１）の電力結合方程式で記述できる。

式（１）では、各コアに関するパラメータを区別するため、第１コアに沿った位置ｚにおける後方散乱光強度をＰ_１（ｚ）、第１コアの損失係数をα_１、第２コアに沿った位置ｚにおける後方散乱光強度をＰ_２（ｚ）、第２コアの損失係数をα_２と表記する。第１コアから第２コアへの結合に関する電力結合係数ｈ_１，２と第２コアから第１コアへの結合に関する電力結合係数ｈ_２，１とは区別せず、ｈ_１，２＝ｈ_２，１＝ｈと仮定する。

ここで、パルス光が入射されるコアを第１コアと特定するため、ｚ＝０でＰ_１（ｚ）＝Ｐ_０、Ｐ_２（ｚ）＝０という境界条件を設定する。この場合、上記の電力結合方程式の解は次式（２）で与えられる。

ここで、簡単のために、α_１＝α_２＝αと仮定すると、式（２）は次式（３）のように簡単になる。

したがって、位置ｚでのクロストークＸＴ（ｚ）は、ＸＴ（ｚ）＝Ｐ_２（ｚ）／Ｐ_１（ｚ）により、次式（４）で与えられる。

次に、ＭＣＦに参照ファイバ（通常のＳＭＦ）を接続してＯＴＤＲ測定した場合について考える。図１に解析モデルを示す。この解析モデルでは、長さｌ_０の参照ファイバ１１の後に長さＬのＭＣＦ１２が接続された光ファイバ伝送路１０が使用される。この光ファイバ伝送路１０の長手方向に沿った座標上の位置ｚの原点（ｚ＝０）は、参照ファイバ１１の一端に設定されている。参照ファイバ１１上の点は０≦ｚ≦ｌ_０の区間内にある。ＭＣＦ１２上の点はｌ_０≦ｚ≦ｌ_０＋Ｌの区間内にある。参照ファイバ１１は単一コアのＳＭＦからなる。ｚ＝０の端（図１の左端）からの後方散乱光強度（単位ｄＢ）はＳ_１（λ，ｚ）であり、ｚ＝ｌ_０＋Ｌの端（図１右端）からの後方散乱光強度（単位ｄＢ）はＳ_２（λ，ｚ）である。

詳しくは後述するが、参照ファイバ１１は、２種類の参照ファイバ１１ａ，１１ｂを長手方向に続けて接続した構成を有する。２種類の参照ファイバ１１ａ，１１ｂは、長さの合計が既知（ここではｌ_０）であればよく、内訳（配分）は任意である。ＭＣＦ１２の有する複数のコアのうち、参照ファイバを通じてパルス光が入射するコアを第１コアと定義する。つまり、ＭＣＦの第１コアは参照ファイバのコアに接続されている。

まず、参照ファイバ側（ｚ＝０）の端からパルスを入射する場合を考察する。ｚ≦ｌ_０の場合には、通常のＯＴＤＲ特性と全く変わらない。しかし、ｚ≧ｌ_０の場合には、ＭＣＦにパルスが入射するので、式（１）で示されるような結合特性をしながら前方および後方に散乱が生じる。この物理現象を数式で記述すると次式（５）で表現できる。Ｐ_１（λ，ｚ）は、第１コアからの後方散乱光強度である。なお、等号を含む不等号「≧」および「≦」に関して、フォントの都合上、数式中では「＞」および「＜」の下に置かれる等号の線を一本省略した記号を用いた。

ここで、Ｐ_０はＯＴＤＲからの入射パワー（定数）であり、α_ｓ（ｚ）はファイバの散乱係数、Ｂ（λ，ｚ）は捕獲率を表す。
また、第１コアに隣接する第２コアからの後方散乱光強度Ｐ_２（λ，ｚ）は、次式（６）のように記述できる。

Ｐ_１（λ，ｚ）＋Ｐ_２（λ，ｚ）の和は、ｚ≦ｌ_０およびｚ≧ｌ_０の両方で、Ｐ_０α_ｓ（ｚ）Ｂ（λ，ｚ）ｅｘｐ（−２αｚ）に等しい。
したがって、ＯＴＤＲで求まる隣り合うコア間のクロストークＸＴ（λ，ｚ）は、ＸＴ（λ，ｚ）＝Ｐ_２（λ，ｚ）／Ｐ_１（λ，ｚ）により、次式（７）で与えられる。

式（７）を式（４）と比較すると、式（７）の２（ｚ−ｌ_０）が式（４）のｚに相当する。この２（ｚ−ｌ_０）は、座標ｚの位置で後方散乱光が発生した場合に、ＭＣＦ内で光が往復する距離に等しい。

片端からパルスを入射させるＯＴＤＲにより、ＸＴ（λ，ｚ）の分布をｚの関数として測定することが可能である。また、ｌ_０は既知である。したがって、式（７）を用いて電力結合係数ｈを求めることができる。また、このクロストークを評価する測定系の一つとしては、図２のような市販のＯＴＤＲを改良した構成を例示することができる。このＯＴＤＲ装置１００の特徴は、後方散乱光を受光するポートを複数有することである。これにより、求めたいポートでの後方散乱光を受光するために光スイッチを切り替えることができる。

図２のＯＴＤＲ装置１００は、概略次のように動作する。パルス発生器１０１は、電気パルスを発生し、光源１０２に出力する。光源１０２は、電気パルスに対応したパルス光を発生する。パルス光は、方向性結合器１０３および第１ポート１０４を経て、光ファイバ伝送路に入射される。第１ポート１０４は、ＭＣＦの第１コアにパルス光を入射可能なように接続される。第１コアから戻ってきた後方散乱光は、第１ポート１０４および方向性結合器１０３を経て、光スイッチ１０６に供給される。

第２ポート１０５は、ＭＣＦの第２コアに接続される。第２ポート１０５とＭＣＦの第２コアとの間は、参照ファイバ以外の光ファイバを介して接続してもよい。図２では、２つのポートを図示したが、３以上のポートを有するＯＴＤＲ装置を構成することも可能である。ＭＣＦのコア数と同数（またはそれ以上）のポートを設けて、ＭＣＦの各コアをそれぞれ別のポートに接続するようにしてもよい。各コアと各ポートとを接続する光ファイバの構成は、参照ファイバと同一でも異なってもよい。ＭＣＦの２以上のコアにそれぞれＳＭＦを接続する場合、ＭＣＦと各ＳＭＦとの間に、コア間隔が長手方向に変化する分岐部材（ファンイン・ファンアウトデバイス）を介在させてもよい。この種の分岐部材として、例えば、ＳＭＦに接続される側がそれぞれＳＭＦと同種の複数の光ファイバに分岐され、ＭＣＦに接続される側のコア間隔が接合または融合によりテーパ状に縮小している、ファイババンドルが挙げられる。

第２コアから戻ってきた後方散乱光は、第２ポート１０５および方向性結合器１０３を経て、光スイッチ１０６に供給される。光スイッチ１０６は、第１ポート１０４または第２ポート１０５のいずれか一方を選択する。光スイッチ１０６により選択された後方散乱光は、受光器１０７に受光される。受光器１０７は、後方散乱光を電気信号（後方散乱光情報）に変換する。

得られた後方散乱光情報は、増幅器１０８により増幅された後、デジタルプロセッシングシステム１０９に供給される。パルス発生器１０１で発生した電気パルスは増幅器１０８にも供給されるので、デジタルプロセッシングシステム１０９は、電気パルスと後方散乱光情報とが合成された電気信号を受け取る。電気パルスと後方散乱光情報との時間差を距離に換算することにより、後方散乱光強度の分布（距離と後方散乱光強度との関係）を求めることができる。デジタルプロセッシングシステム１０９は、後方散乱光強度の分布を求めるだけでなく、種々の電算処理を行うことができる。ディスプレイ１１０は、デジタルプロセッシングシステム１０９から受け取った処理の結果を表示することができる。

クロストークを評価する測定手順においては、ＭＣＦに参照ファイバを接続しても、しなくてもよい。参照ファイバを介在させないで直接ＭＣＦにパルス光を入射させる場合は、参照ファイバの長さｌ_０を０とする。参照ファイバを介在させる場合も、２種類の参照ファイバを用いる場合に限られない。電力結合係数ｈを求めることができれば、ＯＴＤＲに限定されず、任意の方法が利用可能である。

次に、反対側、すなわち図１のＭＣＦ１２側（ｚ＝ｌ_０＋Ｌ）の端からパルスを入射してＯＴＤＲ測定した場合を考察する。この場合に位置ｚにおける後方散乱光強度Ｐ_３（λ，ｚ）は、次式（８）のように記述できる。

ここで、Ｐ_１はＯＴＤＲからの入射パワー（定数）であり、α_ｓ（ｚ）はファイバの散乱係数、Ｂ（λ，ｚ）は捕獲率を表す。Ｐ_１は式（５）のＰ_０とは異なる定数であり、Ｐ_１（λ，ｚ）とも異なる。

次に、Ｓ_１（λ，ｚ）＝１０ｌｏｇＰ_１（λ，ｚ）、Ｓ_２（λ，ｚ）＝１０ｌｏｇＰ_３（λ，ｚ）として、Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）を定義する。ｌｏｇは常用対数（底が１０の対数）である。式（５）および式（８）から、式（９）および式（１０）が得られる。

ここで、ｅは、指数関数ｅｘｐまたは自然対数ｌｎの底（ネイピアの数）である。
式（９）および（１０）式は、構造不整とクロストークの両方の損失成分を含んでいるので、構造不整（構造成分）に依存した損失成分を考えると、式（９）および式（１０）より次の式（１１）および式（１２）のように変形できる。

したがって、構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）は、次式（１３）のように記述できる。

式（１３）において、ｈを含む項がクロストーク（ＸＴ）によって生成する項である。
式（１３）のうち、Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）が双方向ＯＴＤＲ（両端からのＯＴＤＲ）によって求まる値であり、ｈはＸＴの測定結果より求まる値である。よって、これらの測定結果よりＩ（λ，ｚ）を求めることができる。

また、規格化された構造成分に依存した損失成分Ｉ_ｎ（λ，ｚ）は以下の式（１４）で表されることが知られている。
参考文献１：Ｍ．Ｓ．Ｏ′Ｓｕｌｌｉｖａｎ，ｅｔ ａｌ．，“Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＭ ｆｉｂｅｒ ＯＴＤＲ ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ，” ｉｎ Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ′８６ Ｏｐｔｉｃｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．６６１，ｐｐ．１７１−１７６ １９８６．

Ｉ（λ，ｚ）は、波長λおよび位置ｚにおける構造成分に依存した損失成分を表す。α_ｓ（ｚ）は位置ｚにおける光ファイバの散乱係数を表す。ｎ^２（ｚ）は、位置ｚにおける屈折率の二乗である。ｗ（λ，ｚ）は、波長λおよび位置ｚにおけるモードフィールド半径（ＭＦＤの半分）である。Ｉ（λ，ｚ_０）、α_ｓ（ｚ_０）、ｎ^２（ｚ_０）およびｗ（λ，ｚ_０）は、それぞれ、第１参照ファイバ１１ａ中の位置ｚ＝ｚ_０におけるＩ（λ，ｚ）、α_ｓ（ｚ）、ｎ^２（ｚ）およびｗ（λ，ｚ）の値を表す。

また、式（１４）は次式（１５）のように記述することもできる。

Ａ（λ）およびＣ（λ）は、それぞれ波長λの関数である。
この式（１５）は任意のｚに対して成り立つので、第１参照ファイバ１１ａ中の位置ｚ＝ｚ_０のとき、および第２参照ファイバ１１ｂ中の位置ｚ＝ｚ_１のときにも成立する。式（１５）にｚ＝ｚ_０を代入することで、Ｃ（λ）が決定される。さらに、式（１５）にｚ＝ｚ_１を代入することで、Ａ（λ）が決定される。その結果、Ａ（λ）およびＣ（λ）は以下の式（１６）を満たす。

したがって、式（１５）と式（１６）より、位置ｚにおけるＭＦＤ、すなわち、２ｗ（λ，ｚ）は以下の式（１７）で記述できる。

なお、ｗ（λ，ｚ）は、ＭＦＤの半分、すなわち、モードフィールド半径（ＭＦＲ）を、波長λおよび位置ｚの関数として表す。式（１７）の右辺は、ｚ＝ｚ_０のとき２ｗ（λ，ｚ_０）に等しく、ｚ＝ｚ_１のとき２ｗ（λ，ｚ_１）に等しい。

式（１７）より、２本の参照ファイバ１１ａ，１１ｂのＭＦＤ、すなわち２ｗ（λ，ｚ_０）および２ｗ（λ，ｚ_１）が既知であれば、ＭＣＦ１２の長手方向のＭＦＤの分布特性、すなわち２ｗ（λ，ｚ）を評価することができる。２種類の参照ファイバ１１ａ，１１ｂは、ＭＦＤが互いに異なるため、２ｗ（λ，ｚ_０）≠２ｗ（λ，ｚ_１）である。さらに、式（１７）が定義されるためには、Ｉ（λ，ｚ_０）≠Ｉ（λ，ｚ_１）が必要である。

また、ＳＭＦと同様、さらに式を展開することで比屈折率差、導波路分散および波長分散の分布特性も評価可能である。

まず、比屈折率差の評価方法について説明する。ＧｅＯ_２が添加されたコアを有する光ファイバのレイリー散乱係数α_ｓは、純石英ガラスのレイリー散乱係数をＲ_０、光ファイバの比屈折率差をΔ［％］で表すとき、次式（１８）の関係式が実験的に求められている。
参考文献２：Ｋ．Ｔｓｕｊｉｋａｗａ，ｅｔ ａｌ．，“Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ Ｆ ａｎｄ ＧｅＯ_２ ｃｏｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃａ ｇｌａｓｓｅｓ，” Ｅｌｅｃｔｒｏｎ． Ｌｅｔｔ．， ｖｏｌ．３０，ｐｐ．３５１−５３２，１９９４．

ここで、ｋは比例定数であり、ＧｅＯ_２添加ファイバの場合、ｋ＝０．６２である。
一般に、光ファイバのコアの屈折率の二乗ｎ^２（ｚ）およびｎ^２（ｚ_０）は、伝送路中では、次式（１９）のように近似できる。

式（１８）および式（１９）を式（１４）に代入し、式を展開すると次式（２０）が得られる。この際、式（１８）のα_ｓおよびΔは、それぞれ位置ｚの関数としてα_ｓ（ｚ）およびΔ（ｚ）に置き換える。α_ｓ（ｚ_０）およびΔ（ｚ_０）は、それぞれ、第１参照ファイバ１１ａ中の位置ｚ＝ｚ_０におけるα_ｓ（ｚ）およびΔ（ｚ）の値を表す。

以上より、比屈折率差の長手方向分布特性Δ（ｚ）は、参照ファイバの比屈折率差Δ（ｚ_０）とＭＦＤの値２ｗ（λ，ｚ_０）、およびＭＣＦを含めた光ファイバ伝送路におけるＭＦＤの分布特性２ｗ（λ，ｚ）を用いることにより評価できる。

次に、これらの評価結果を用いた波長分散分布の評価方法について述べる。
一般に、波長分散Ｄは、式（２１）のように、材料分散Ｄ_ｍと導波路分散Ｄ_ｗの和で与えられる。

材料分散Ｄ_ｍおよび導波路分散Ｄ_ｗはそれぞれ、次式（２２）および（２３）で評価できる。

ここで、λは真空中の波長、ｃは真空中の光速、ｎはコアの屈折率、ｗはモードフィールド半径（ＭＦＲ）、πは円周率を表す。材料分散Ｄ_ｍは、光ファイバのドーパント濃度からセルマイヤの関係式を用いて評価できる。なお、セルマイヤの関係式とは、屈折率の波長依存性を表す近似式であり、その係数の値は材料ごとに決定できる。ドーパント濃度は、光ファイバの比屈折率差Δがわかると求めることができる。一方、導波路分散Ｄ_ｗは、式（２０）より、ＭＦＲ ｗの波長依存性、すなわち、ｗ（λ，ｚ）を知ることによって評価できる。

ＭＦＲの波長依存性には、次式（２４）のような経験式が与えられている。
参考文献３：Ｄ．Ｍａｒｃｕｓｅ，“Ｌｏｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｓｐｌｉｃｅｓ，” Ｂｅｌｌ Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．５６，ｐｐ．７０３−７１８，１９７７．

ただし、ａはコア半径、λ_ｃはカットオフ波長、ｖは規格化周波数を表す。ｐ_０、ｐ_１、ｐ_２、ｑ_０、ｑ_１、ｑ_２はそれぞれ係数である。ここで、ｑ_０＝ｇ_０／ａ、ｑ_１＝ｇ_１λ_ｃ ^１．５／ａ、ｑ_２＝ｇ_２λ_ｃ ^６／ａと置き換えることにより、ＭＦＲを、波長λの関数ｗ（λ）として、式（２５）で近似する。

係数ｇ_０、ｇ_１、ｇ_２は、３波長以上でのＭＦＤを評価することで算出することができる。そして、式（２５）を式（２３）に代入すると式（２６）が得られる。このとき、式（２３）のｗおよび式（２５）のｗ（λ）は、ｗ（λ，ｚ）に置き換える。

したがって、係数ｇ_０、ｇ_１、ｇ_２を求めることにより、ｗ（λ，ｚ）を用いて、位置ｚでの導波路分散Ｄ_ｗを評価することができる。
以上のように、ＭＣＦにおいても後方散乱光強度の長手方向特性（ＯＴＤＲ波形）とＸＴの長手方向特性を測定することで、ＭＦＤ、比屈折率差、導波路分散および波長分散の分布特性を評価できる。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

例えば、上述の実施形態は、ＭＣＦがいくつも接続されている場合にも適用可能である。この場合、各ファイバの比屈折率が異なるために捕獲率も異なる。したがって、光伝搬路中に複数のＭＣＦが接続されている場合には、式（５）〜（１３）においてファイバ間の捕獲率の違いも考慮する必要がある。

参照ファイバとしては、各種のＳＭＦを用いることができる。ＳＭＦとしては、汎用のＳＭＦに限らず、ＤＳＦ（分散シフトファイバ）、ＮＺＤＳＦ（ノンゼロ分散シフトファイバ）等でもよい。参照ファイバは、ＭＣＦと同様の材料から製造されることが好ましい。例えば、コアがＧｅ添加石英ガラスからなり、クラッドが純石英ガラス等の石英系ガラスからなる光ファイバが好ましい。

ＭＣＦにおけるコアの個数、配置等は特に限定されないが、各コアにおいてシングルモード伝搬が可能であることが好ましい。２種類の参照ファイバおよびＭＣＦのコア径は、互いに異なってもよい。各光ファイバの接続は、融着接続が好ましい。ＯＴＤＲ測定に際し、参照ファイバとＭＣＦとの間、２種類の参照ファイバの間、光ファイバ伝送路とＯＴＤＲ装置との間等には、他の光ファイバを介在させてもよい。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。

〔実施例１〕
７コアのＭＣＦを用いてＭＣＦの特性を評価した。図３に７コアのＭＣＦの断面構造を示す。このＭＣＦは、長手方向に垂直な断面において、クラッド１４の内部に７個のコア１３を有する。コア１３は、１個の中心コアと、その周囲に略等間隔に配置された６個の外側コアからなる。また、表１および表２にＭＣＦおよび参照ファイバの特性を示す。第１参照ファイバとしてはＤＳＦ（分散シフトファイバ）を用いた。第２参照ファイバとしては汎用のＳＭＦを用いた。

表１に記載したＭＣＦの特性のうち、ＭＦＤは両端から数ｍそれぞれ採取したＭＣＦをＦＦＰ（ファーフィールドパターン）法により測定した結果であり、波長分散は、位相シフト法を用いて測定した結果である。

以下に測定手順を示す。
（手順１）ＭＣＦの被測定コアと隣接するコア間のクロストークを、ＯＴＤＲを用いて測定する。
（手順２）ＭＣＦの長手方向の片側に、参照ファイバとして、異なる２種類のＳＭＦ（モードフィールド径、比屈折率差が既知）を接続して光ファイバ伝送路を構成する。この接続時には、参照ファイバのコアをＭＣＦの被測定コアに調心する。
（手順３）参照ファイバが接続された光ファイバ伝送路を用いて、ＭＣＦの被測定コアに対して双方向でＯＴＤＲ測定をする。
（手順４）この双方向ＯＴＤＲの測定結果とＯＴＤＲによるクロストーク測定結果、２種類の参照ファイバの特性を用いて、ＭＣＦの被測定コアにおけるモードフィールド径の分布が測定できる。

図４および図５に、ＯＴＤＲを用いて、ＭＣＦの中心コアにパルス光を入射した場合の、中心コアと外側コアの後方散乱光強度分布の測定結果（ＯＴＤＲ波形）を示す。また、図６に、図４および図５の測定結果よりＭＣＦのクロストークの分布特性（波長１．３１μｍおよび１．５５μｍ）を評価した結果を示す。

図７および図８に、ＯＴＤＲを用いて両端から測定した波長１．３１μｍ、１．５５μｍの後方散乱光強度を示す。実線は横軸が０ｋｍの端からの測定値を示し、破線は横軸が約８ｋｍの端からの測定値を示す。また、図９に、図６、図７および図８に示す測定結果と式（７）および式（１３）を用いて算出した構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を示す。

図１０に、図９に示す測定結果および表２に示す参照ファイバのＭＦＤの結果と式（１７）より算出したＭＦＤの長手方向の分布特性を示す。表１に示すＭＣＦのＭＦＤと図１０より読み取れるＭＦＤは、波長１．５５μｍ、１．３１μｍどちらにおいても非常に良く一致していることがわかる。

さらに、図１１に、図９に示す双方向ＯＴＤＲから得られた構造成分に依存した損失成分の測定結果と図１０に示すＭＣＦのＭＦＤの測定結果、表２に示す参照ファイバの比屈折率差および式（２０）を用いて比屈折率差Δの分布を評価した結果を示す。表１に示すＭＣＦの比屈折率差と図１１より読み取れる比屈折率差の値は、略一致していることがわかる。

１０…光ファイバ伝送路、１１…参照ファイバ、１１ａ…第１参照ファイバ、１１ｂ…第２参照ファイバ、１２…ＭＣＦ、１３…コア、１４…クラッド、１００…ＯＴＤＲ装置、１０１…パルス発生器、１０２…光源、１０３…方向性結合器、１０４…第１ポート、１０５…第２ポート、１０６…光スイッチ、１０７…受光器、１０８…増幅器、１０９…デジタルプロセッシングシステム、１１０…ディスプレイ。

Claims (4)

1. 異なる２種類の参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、
   前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法。
2. 異なる２種類の参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、
   前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を導出し、
   前記構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）と、前記異なる２種類の参照ファイバのモードフィールド径および構造成分に依存した損失成分とを用い、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径、比屈折率差、導波路分散、波長分散から選択される分布特性を評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法。
3. 請求項２に記載された光ファイバの特性評価方法であって、
   異なる２種類の参照ファイバである第１参照ファイバおよび第２参照ファイバと、マルチコアファイバとを有し、前記異なる２種類の参照ファイバがそれぞれシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路に波長λのパルス光を入射し、前記光ファイバ伝送路の長手方向の位置ｚの関数として、前記光ファイバ伝送路の両端からの後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）（単位：ｄＢ）を測定し、
   前記後方散乱光強度Ｓ_１（λ，ｚ）およびＳ_２（λ，ｚ）と、任意の方法で測定された前記マルチコアファイバのクロストークとから、前記マルチコアファイバの構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）を導出し、
   前記構造成分に依存した損失成分Ｉ（λ，ｚ）と、前記異なる２種類の参照ファイバのモードフィールド径および構造成分に依存した損失成分とを用い、第１参照ファイバのモードフィールド径を２ｗ（λ，ｚ_０）、第１参照ファイバの構造成分に依存した損失成分をＩ（λ，ｚ_０）、第２参照ファイバのモードフィールド径を２ｗ（λ，ｚ_１）、第２参照ファイバの構造成分に依存した損失成分をＩ（λ，ｚ_１）として、前記光ファイバ伝送路の任意の位置ｚにおけるモードフィールド径の分布を式（１）
   

   

   により評価することを特徴とする、光ファイバの特性評価方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された光ファイバの特性評価方法であって、前記シングルモードファイバが、汎用のシングルモードファイバ、分散シフトファイバまたはノンゼロ分散シフトファイバであることを特徴とする、光ファイバの特性評価方法。

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