JP6162028B2 - 光学特性の測定用機器 - Google Patents

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Description

本発明は、光コネクタに代表される光ファイバ部品の光学特性を測定するのに好適な機器に関する。
光ファイバは、複数のモードを通すマルチモード光ファイバ(Multi mode optical fiber)と、単一のモードのみを通すシングルモード光ファイバ(Single mode optical fiber)とに区分される。マルチモード光ファイバは、コア内の屈折率分布が一様であるステップインデックス(SI)型光ファイバと、コア内の屈折率分布がゆるやかに変化したグレーデッドインデックス(GI)型光ファイバに区分される。
SI型光ファイバは、産業分野や自動車分野で広く使われている。
SI型光ファイバを含め、マルチモード光ファイバそのものの挿入損失の試験方法について、JIS C 6823で規定されている。しかし、この損失試験方法は、特許文献1にも開示されるように、十分に長い光ファイバを使うことを前提としているが、流通している光ファイバではこの前提を満足することが容易ではない。
一方で、光ファイバを含む光伝送路を構成するのに必要な光ファイバ部品、例えば光コネクタについても、光ファイバと同様に挿入損失を含めた光学的特性を測定する必要がある。SI型光ファイバに用いられる光コネクタの挿入損失については、JIS C 5961に規定されている。しかし、JIS C 5961に準拠して測定しても、測定する毎に結果が異なることがあり、測定結果に再現性が得られないことが往々にして生じていた。測定は、通常、光コネクタに接続された光ファイバに測定光を入射して行なわれるが、測定する度に様々な要因で光ファイバ内の光分布の状態が必ずしも同じにならないことが原因である。
特開2007−46973号公報
光ファイバ内の光分布状態を安定にするためには、測定時に定常モード励振を適用すればよく、そうすると測定結果の再現性が得られる。しかし、これを実現するためには、やはり十分に長い光ファイバが必要になる。一例として、プラスチッククラッドマルチモード光ファイバであれば、2km以上の長さが必要になる。しかし、市販されている光ファイバは長くても数百m程度であるから、定常モード励振による測定を行なうことは、事実上は困難である。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、長大な光ファイバを用いることなく、挿入損失の測定結果を再現性よく得ることのできる光学特性の測定用機器を提供することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明の光学特性の測定用機器は、測定光を出射する光源と、一端側と他端側を備え、測定光が一端側から入射される光ファイバと、光ファイバの他端側に接続される出射端と、を備え、光ファイバの定常モード励振による挿入損失Lαに対応する挿入損失Lβが得られる開口数NAβの測定光が光ファイバに入射されることを特徴とする。
本発明者らの検討によると、ランチコネクタにおける挿入損失Lβが測定光(入射光)のNA(開口数)と比例関係にある。そこで、この特性を利用して、定常モード励振による挿入損失Lαと一致する挿入損失Lβが得られるNAを使えば、定常モード励振による光の分布状態を光ファイバに再現できるであろうことに本発明者らは着目した。
本発明の測定用機器において、開口数NAβは、挿入損失Lβが挿入損失Lαと一致することが、定常モード励振による光の分布状態を光ファイバに再現する上では最も望ましい。しかし、ばらつきを考慮して、例えば±15%というマージンを設け、その範囲で開口数NAβを設定してもよい。
以上の本発明の測定用機器は、測定に供される際に、開口数NAβの測定光が光ファイバに入射されると、定常モード励振による光の分布状態と同等の挿入損失Lβを測定することができる光の分布状態を光ファイバに再現できる。
本発明の測定機器によれば、長大な光ファイバを用いることなく、定常モード励振による光の分布状態と同等の挿入損失Lβを測定することができる光の分布状態を光ファイバに再現できるので、光学特性、挿入損失の測定結果を再現性よく得ることができる。
本実施形態における測定用機器を示し、(a)はその概略構成を示し、(b),(c)は挿入損失の測定手順の概要を示している。 本実施形態における測定用機器の変形例を示す。 入射光のNAとランチコネクタにおける挿入損失Lβが比例関係にあることを示す実験結果である。 各々の光ファイバの定常モード励振による挿入損失、入射光のNAとランチコネクタにおける挿入損失の関係の例を示すグラフである。 図4の例を測定用機器の構成上に表している図である。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態に係る光ファイバ部品の光学特性の測定用機器1は、図1に示すように、光源モジュール2と、光源モジュール2に一端側が接続される光ファイバ7と、光ファイバ7の他端側が接続されるランチコネクタ9とから構成される。測定用機器1は、図1(c)に示すように、ランチコネクタ9に測定対象となる光コネクタ10を装着した状態で、光源モジュール2から光コネクタ10に向けて測定光DLを照射して、光コネクタ10を通過する測定光DLの強度Pを測定する。一方で、図1(b)に示すように、光コネクタ10を装着しない測定用機器1の単体の状態で、ランチコネクタ9から出射される測定光DLの強度Pを測定しておく。測定された強度Pと強度Pから、光コネクタ10の挿入損失の測定結果を得ることができる。測定光DLの強度P,Pは、図1に示すように、光パワーメータ11により測定する。光パワーメータ11は、その測定原理として、熱変換型または光電変換型が一般的に用いられているが、いずれを用いてもかまわない。
光源モジュール2は、光源3と、光源3から出射される測定光DLを効率よく導く光学系4と、光ファイバ7の一端側が固定された例えばフェルール5と、から構成される。
光源3は、安定化光源としてのレーザーダイオード、発光ダイオードを用いることができるが、これに限定されず、ハロゲンランプ等を使用した白色光源を用いることもできる。光学系4は、具体的には、単数又は複数の光学レンズからなる。
測定用機器1のランチコネクタ9から出射される測定光DLを用いて挿入損失Lβを実際に測定した。光ファイバ7には、長さ1m、コア径/クラッド径=200μm/230μm、開口数(NA:Numerical Aperture)=037のハードポリマークラッドファイバを用いた。また、光源3からは、NAを0.05〜0.60の範囲で変動させた光を光ファイバ7に入射させた。この入射光としては、ガウシアンビームを用いることができる。一方で、同じ仕様でかつ長さが2kmの光ファイバを用いて定常励振モードを作り出して、当該光ファイバ7の挿入損失Lαを測定した。その結果を表1に示し、さらに表1の結果を直線近似にて解析した結果を図3に示す。
Figure 0006162028
表1及び図3に示すように、入射光のNAに対して挿入損失Lβがよく直線に乗ることがわかる。また、挿入損失Lβの結果と定常モード励振による挿入損失Lα(=1.04)とを対比すると、入射光のNAを0.45程度にすることにより、挿入損失Lβを定常モード励振による挿入損失Lαに一致又は近似させることができる。つまり、入射光のNAを調整することにより、定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現することができる。
この実験例の場合には、光ファイバのNA0.37に対して、1.2倍のNA(0.45)の光を測定用機器1により入射すればよい。挿入損失に対するばらつきを考慮して、光のNAを定めることができる。例えば、ばらつきに基づくマージンを±15%にすると、光ファイバのNAに対して、0.95〜1.5倍のNAの光を用いてコネクタ損失を測定すればよい。
以上の結果に基づいて、測定用機器1を作製する手順を説明する。
[定常モード励振による挿入損失Lα測定]
はじめに、適用される光ファイバ7について、定常モード励振による挿入損失(Lα)を取得する。定常モード励振は、既知であればその値を用いればよいし、新たに挿入損失を取得するための試験を行ってもよい。なお、上述した光ファイバ7の他の仕様を取得しておく。
光ファイバ7には多く種類が存在し規格化されているので、測定用機器1に適用され得る光ファイバ7の種類に対応して、定常モード励振による挿入損失Lαを取得しておく。仮に、「光ファイバ X」、「光ファイバ Y」、「光ファイバ Z」…という規格の光ファイバ7を測定用機器1に適用するものとすれば、図4に示すように、測定用機器1に適用される光ファイバ7の種類(X,Y,Z…)ごとに定常モード励振による挿入損失Lαを取得する。
[測定用機器1における挿入損失Lβ測定]
次に、光ファイバ7、ランチコネクタ9を含む測定用機器1を用いて挿入損失を測定する。この測定は、光ファイバ7の種類ごとに、光ファイバ7に入射する光のNAを変えて行なわれる。こうして、図4に示すように、光ファイバ7の種類ごとに、光のNAと挿入損失が対応する測定データ(Lβ)を得ることができる。
[入射光の特定]
次に、挿入損失Lαを挿入損失の測定データLβに照合することで、測定用機器1において定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現できる入射光のNAを特定する。図4の例は、光ファイバ Xの0.43、光ファイバ Xが0.36、光ファイバ Yが0.58というNAを採用すると、測定用機器1において、対応する種類の光ファイバ7を用いたときに、定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現できることを示している。なお、定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現できるNAを、以下、再現NAと称する。
再現NAは、光ファイバ Xの場合に0.43に限らず、ばらつきを考慮して定めることができるのは、上述の通りである。
[測定用機器1の作製]
再現NAが得られたならば、測定用機器1の入射光を再現NAになるように調整する。例えば、図5に示すように、光ファイバ Xを光ファイバ7として用いる測定用機器1であれば、入射光のNAを0.43にし、同様に、光ファイバ Yを用いる測定用機器1の入射光のNAを0.36に、光ファイバ Xを用いる測定用機器1の入射光のNAを0.58にする。
NAは、物体(本実施形態では光源3)から対物レンズ(本実施形態では光学系4)に入射する光線の光軸に対する最大角度をθ、物体と対物レンズの間の媒質の屈折率n(空気,n=1)として、次の式(1)で与えられる。したがって、入射光のNAを調整するには、この式(1)に基づいて、光源3及び光学系4の調整を行なえばよい。
NA = n・sinθ … (1)
[測定用機器1の構成]
以上の手順で作製された測定用機器1は、以下の要件を備える。
つまり、測定用機器1は、定常モード励振による光ファイバ7の挿入損失Lαに対応する挿入損失Lβが得られるNAの光が、光ファイバ7に入射されるように構成され、この構成により、測定用機器1は定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現することができる。したがって、本実施形態の測定用機器1によれば、長大な光ファイバを用いることなく、挿入損失の測定結果を再現性よく得ることができる。
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
測定対象は光コネクタに限るものでなく、光学的な特性の測定が必要な光ファイバに関する種々の部品、例えば、分岐器、合流器、分波合波器およびSI型の埋め込み導波路などを測定の対象にすることができる。これら光部品が用いられる分野も限定されず、産業分野、自動車分野、航空宇宙分野など、種々の分野に適用できる。
また、上述の形態では挿入損失を光学的特性の測定対象としたが、本発明はこれに限らない。本発明は、短い長さの光ファイバを用いても、定常モード励振による光と同等の光分布の状態を再現できるところに特徴を有しており、この特徴を利用して測定できる光学特性、例えば、反射減衰量などを測定することができる。
また、例えば図2(a)に示すように、図1の固定式のフェルール5に代えて、光源モジュール2に対して着脱可能なプラグ6を用いることができる。このプラグ6には、他端にランチコネクタ9が接続されている。これにより、光源モジュール2に対して、異なる光ファイバ7を接続して測定することができる。
また、図2(b)に示すように、光ファイバ7の途中に励振器8を設けることができる。励振器8を用いることにより、光ファイバ7中の光の状態を所望の分布形状に整えることができるので、測定結果をより安定して得ることができる。また、励振器8の他に、測定に不要な光を除外するモードフィルタを光ファイバ7の途中に設けることもできる。
1 測定用機器
2 光源モジュール
3 光源
4 光学系
5 フェルール
6 プラグ
7 光ファイバ
8 励振器
9 ランチコネクタ
10 光コネクタ(測定対象)
11 光パワーメータ

Claims (3)

  1. 測定光を出射する光源と、
    一端側と他端側を備え、前記測定光が前記一端側から入射される光ファイバと、
    前記光ファイバの前記他端側に接続され、前記測定光を出射する出射端と、を備え、
    前記光ファイバの定常モード励振による挿入損失Lαに対応する挿入損失Lβが得られる開口数NAβの前記測定光が前記光ファイバに入射される、
    ことを特徴とする光学特性の測定用機器。
  2. 前記開口数NAβは、
    前記挿入損失Lβが、前記挿入損失Lαと一致するか、又は、前記挿入損失Lαに所定のマージンを加えた範囲に含まれる、
    請求項1に記載の光学特性の測定用機器。
  3. 前記光ファイバは、
    前記開口数NAβの前記測定光が前記光ファイバに入射されると、
    前記定常モード励振による光の分布状態と同等の光の分布状態が実現される、
    請求項1に記載の光学特性の測定用機器。
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