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

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Ｌ_αに対応する挿入損失Ｌ_βが得られる開口数ＮＡ_β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Ｌ_β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Ｌ_αと一致する挿入損失Ｌ_β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ＮＡ_βは、挿入損失Ｌ_βが挿入損失Ｌ_α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ＮＡ_β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ＮＡ_β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Ｌ_β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Ｌ_β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Ｌ_β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_１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_０を測定しておく。測定された強度Ｐ_１と強度Ｐ_０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_０，Ｐ_１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Ｌ_β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）＝０．３７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Ｌ_α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。

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Ｌ_βがよく直線に乗ることがわかる。また、挿入損失Ｌ_βの結果と定常モード励振による挿入損失Ｌ_α（＝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Ｌ_βを定常モード励振による挿入損失Ｌ_α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Ｌ_α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（Ｌ_α）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Ｌ_α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Ｌ_αを取得する。

［測定用機器１における挿入損失Ｌ_β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（Ｌ_β）を得ることができる。

［入射光の特定］
次に、挿入損失Ｌ_αを挿入損失の測定データＬ_β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Ｌ_αに対応する挿入損失Ｌ_β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Ｌ_αに対応する挿入損失Ｌ_βが得られる開口数ＮＡ_β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ＮＡ_βは、
   前記挿入損失Ｌ_βが、前記挿入損失Ｌ_αと一致するか、又は、前記挿入損失Ｌ_α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ＮＡ_β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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